2019_2020学年高中物理5.4变压器学案（含解析）新人教版选修.docx

4变压器学习目标1.知道变压器的构造及几种常见的变压器.2.用实验探究变压比关系,认识变压器的原理基础.3.理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系.自主探究1.变压器是由和组成的.一个与交流电源连接,叫做,也叫初级线圈;另一个线圈与负载连接,叫做,也叫次级线圈.2.是变压器工作的基础.没有能量损失的变压器叫做.3.理想变压器的原、副线圈两端的电压之比,等于.合作探究一、变压器的原理生活中常用电器的额定工作电压:用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3 V机床上的照明灯36 V扫描仪12 V防身器3 000 V手机充电器4.2 V黑白电视机显像管几万伏录音机6 V彩色电视机显像管十几万伏思考讨论:生活中的用电器一般都可以使用220 V的交流电源,与它们的额定工作电压都不相同,用电器是如何正常工作的呢?思路点拨:变压器可以降低电压也可以升高电压,通过变压器得到用电器所需的合适电压.实物观察:观察变压器的构造.对应可拆式变压器实物和课本中的图片介绍变压器的构造及标示符号,说明闭合铁芯是由极薄且彼此绝缘的硅钢片叠压而成的.自主学习:阅读课本P41“变压器的原理”的内容,总结出相关的知识.1.变压器的工作原理是.电流通过原线圈时在铁芯中激发,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的也在不断变化.在副线圈中产生感应电动势,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出.2.从能量角度看,显然变压器不能产生电能,它只是利用闭合铁芯通过将电能从原线圈转移到副线圈,实现电能到再到电能的转化.二、电压与匝数的关系实验探究:探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系.猜想假设:变压器线圈两端的电压可能与原、副线圈匝数有关.设计实验:小组讨论设计实验方案:(1)实验电路:(2)操作方法:控制变量法.(3)实验表格:原线圈匝数n1副线圈匝数n2原线圈两端电压U1(V)副线圈两端电压U2(V)n1n2U1U210010610100206520020610(4)实验步骤:A.按实验电路连接实验器材;B.保持原线圈的匝数不变,增加或减少副线圈的匝数,测量副线圈两端的电压C.保持副线圈的匝数不变,增加或减少原线圈的匝数,测量副线圈两端的电压;D.分析实验数据,得出实验结论.注意事项:(1)输入电压不超过12 V.(2)手不能接触裸露的导线、接线柱.(3)电压表先用最大量程试测,然后再选用适当挡位进行测量.进行实验:分组实验连接好电路,记录的数据填入表格.数据分析:分析处理实验数据并得出实验结论.实验结论:在实验误差范围内,原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即U1U2=n1n2.自主学习:阅读课本P42P43“电压与匝数的关系”的内容,学习相关的知识.1.理想变压器的特点(1).(2).(3).2.理想变压器的基本规律(1)电压关系:.(2)功率关系:.(3)电流关系:.课堂检测1.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有()A.交变电流的频率B.磁通量的变化率C.功率D.交变电流的峰值2.关于理想变压器的说法正确的是()A.理想变压器不考虑铁芯漏磁与发热B.U1U2=n1n2只适用于一个原线圈和一个副线圈组成的变压器C.在理想变压器中,无论有几个线圈,一定有输入功率等于输出功率,即P入=P出D.在理想变压器中,即使有多个(大于等于3个)线圈同时工作,I1I2=n2n1也同样适用3.如图所示,匝数为100的矩形线圈abcd处于磁感应强度B=6225 T的水平匀强磁场中,线圈面积S=0.5 m2,内阻不计.线圈绕垂直于磁场的轴以角速度=10 rad/s匀速转动,线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连,变压器的副线圈接入一只“12 V12 W”的灯泡,灯泡正常发光,下列说法中正确的是()A.通过灯泡的交变电流的频率是50 HzB.变压器原、副线圈匝数之比为101C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 VD.若将灯泡更换为“12 V24 W”且保证其正常发光,需要增大矩形线圈的转速4.如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为15,原线圈两端的交变电压为u=202sin 100t(V),氖泡在两端电压达到100 V时开始发光,下列说法中正确的有()A.开关接通后,氖泡的发光频率为100 HzB.开关接通后,电压表的示数为100 VC.开关断开后,电压表的示数变大D.开关断开后,变压器的输出功率不变5.变压器原线圈1 400匝,副线圈700匝并接有电阻R,当变压器工作时,原、副线圈中()A.频率比为21B.功率比为21C.电流比为21D.电压比为216.如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是图()7.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为201,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220 V60 W”的灯泡一只,且灯泡正常发光.则()A.电流表的示数为32220 AB.电源输出功率为1 200 WC.电流表的示数为3220 AD.原线圈的端电压为11 V8.理想变压器原、副线圈的匝数比为115,当原线圈接在6 V的蓄电池两端以后,副线圈的输出电压为()A.90 V B.0.4 VC.6 V D.09.如图所示,理想变压器的原线圈接入u=11 0002sin 100t(V)的交变电压,副线圈通过电阻r=6 的导线对“220 V880 W”的电器RL供电,该电器正常工作.由此可知()A.原、副线圈的匝数比为501B.交变电压的频率为100 HzC.副线圈中电流的有效值为4 AD.变压器的输入功率为880 W10.一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏,为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原线圈接到220 V交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1 V.按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A.1 100、360B.1 100、180C.2 200、180D.2 200、36011.如图所示,与理想变压器相连的四只灯泡相同,变压器原、副线圈的匝数比为31,接在副线圈上的三只灯泡正常发光.则对于串联在原线圈上的灯泡A()A.比正常发光时的亮度更大B.也能正常发光C.比正常发光时的亮度更暗D.无法判断其亮度情况12.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为101,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈两端加上瞬时值表达式为u=2202sin 100t(V)的交变电压,则()A.电压表的示数为222 VB.在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电流表A2的示数变小C.在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电流表A1的示数变大D.在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,理想变压器的输入功率变小13.如图所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端电压为一最大值不变的正弦式交流电源,在其他条件不变的情况下,为了使变压器输入功率增大,可使()A.原线圈匝数n1增加B.副线圈匝数n2增加C.负载电阻R的阻值增大D.负载电阻R的阻值减小14.变压器副线圈电路中有电阻R=7.26 ,消耗功率为6 W.另有一匝线圈接有电压表,读数U0=50 mV.原线圈两端电压为u=311sin 100t(V).求原、副线圈的匝数和铁芯内的磁通量变化率的表达式(如图所示).15.如图所示,一台有两个副线圈的变压器,原线圈匝数 n1=1 100,接入电压U1=220 V的电路中.(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2=6 V,U3=110 V,它们的匝数n2、n3分别为多少?(2)若在两副线圈上分别接上“6 V20 W”“110 V60 W”的两个用电器,原线圈的输入电流为多少?参考答案自主探究1.闭合铁芯绕在铁芯上的两个线圈原线圈副线圈2.互感现象理想变压器3.两个线圈的匝数之比合作探究一、变压器的原理1.互感现象磁场磁场变化的磁场电流2.交变磁场磁场能二、电压与匝数的关系1.(1)无漏磁现象(2)线圈电阻不计(3)铁芯不发热2.(1)U1U2=n1n2(2)P出=P入,U1I1=U2I2(3)I1I2=n2n1课堂检测1.ABC解析:理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量变化率相同,原、副线圈中功率相同,B、C两项正确;变压器的原理是互感现象,其作用是改变电压峰值,不改变频率,A项正确,D项错误.2.AC解析:理想变压器是不计一切损失的变压器,A、C两项正确;U1U2=n1n2可适用于多个线圈组成的变压器的任意两个线圈之间,B项错误;I1I2=n2n1只适用于一个原线圈、一个副线圈工作的变压器,D项错误.3.B解析:由=2f知,交变电流的频率是5 Hz,A项错误;矩形线圈中产生感应电动势的最大值为Emax=NBS=1202 V,C项错误;变压器输入电压为U1=Emax2=120 V,由n1n2=U1U2知,B项正确;由U2=n2n1U1可知,U2大小与负载无关,D项错误.4.AB解析:由交变电压的瞬时值表达式知,原线圈两端电压的有效值为U1=2022 V=20 V,由n1n2=U1U2得,副线圈两端的电压为U2=100 V,电压表的示数为交变电压的有效值,B项正确;交变电压的频率为f=1002 Hz=50 Hz,一个周期内电压两次大于100 V,即一个周期内氖泡能两次发光,所以其发光频率为100 Hz,A项正确;开关断开前后,输入电压不变,变压器的变压比不变,故输出电压不变,C项错误;断开后,电路消耗的功率减小,输出功率决定输入功率,D项错误.5.D解析:由于变压器不能改变交变电流的功率和频率,所以原、副线圈电流功率和频率之比均为11,A、B两项错误;而根据电流与匝数之间的关系I1I2=n2n1得电流比为12,C项错误;根据电压与匝数之间的关系U1U2=n1n2得电压比为21,D项正确.6.C解析:变压器应该接在交流电路中,升压变压器中副线圈的匝数大于原线圈的匝数.7.C解析:由灯泡正常发光,可知副线圈电压为220 V,由U1U2=n1n2可知,原线圈电压U1=20220 V=4 400 V,D项错误;又因输入功率等于输出功率,P1=P2=60 W,故B项错误;电流表示数为有效值,原线圈中电流I1=P1U1=604 400 A=3220 A,故A项错误,C项正确.8.D解析:由于蓄电池向外输出的是恒定电流,铁芯中磁通量不能发生变化,在副线圈中不能产生感应电动势,所以副线圈的输出电压为0.9.C解析:由P=UI可得,I=PLUL=4 A,C项正确;根据Ur=Ir=24 V得,副线圈电压U2=UL+Ur=244 V,再由n1n2=U1U2可得,n1n2=2 75061451,A项错误;由u=11 0002sin 100t(V)及f=2可得,f=50 Hz,B项错误;因导线电阻消耗电能,故变压器输入功率为P=PL+I2r=976 W,D项错误.10.B解析:由U1U2=n1n2得,220V36V=n1n2,220V1V=n15,解得,n1=1 100、n2=180,B项正确.11.B解析:灯泡A的亮度如何,主要看灯泡A的功率是多大,在本题中就是看通过灯泡A的电流如何变化.设每只灯泡的额定电流为I0,因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光,所以副线圈中的电流I2=3I0.由I1I2=n2n1,得原线圈的电流I1=n2n1I2=I0,恰为灯泡A的额定电流,因此灯泡A也能正常发光.12.BD解析:电压表的示数为有效值,应为22 V;在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,由于电压不变,变阻器接入电路中的电阻变大,所以电流表A2的示数变小,电流表A1的示数也变小,输入功率变小,B、D两项正确.13.BD解析:由U1U2=n1n2,P出=U22R,可得P出=U12n22n12R.又因为P入=P出,所以P入=U12n22n12R.分析可知,B、D两项正确.14.解析:由题中条件可知该变压器每匝线圈感应电压有效值为50 mV.由P2=U22R可得,U2=6.6 V,即可得n2=6.6V0.05V=132.由原线圈上电压表达式可知,交流电压U1的有效值为U1=220 V,由U1U2=n1n2得,原线圈匝数n1=4 400.铁芯内磁通量的变化率即单匝线圈的感应电动势,其最大值为0.