2022-2023学年人教版选择性必修第二册 第三章 3.变压器 学案

1、3变压器【课程标准】通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。【素养目标】1.理解互感现象和变压器的工作原理。(物理观念)2掌握理想变压器的电压与匝数的关系及应用。掌握理想变压器的功率关系，并导出原、副线圈中的电流关系及应用。(科学思维)一、变压器的原理1变压器的构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。2原理：互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3作用：改变交变电流的电压，不改变交变电

2、流的周期和频率。二、 电压与匝数的关系1理想变压器(1)定义：没有能量损失的变压器。(2)特点变压器铁芯内无漏磁。原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。铁芯中不产生涡流。2原、副线圈的电压关系(1)对理想变压器，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的 eq f(,t) ，根据法拉第电磁感应定律有E1n1 eq f(,t) ，E2n2 eq f(,t) ，所以 eq f(E1,E2) 。(2)由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1E1，副线圈两端的电压U2E2，所以 eq f(U1,U2) 。当有多组线圈时，则有 eq f(U1,n1) eq f(U2,n2) eq f(U3,n3) 3两

3、类变压器(1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器。(2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈电压高的变压器。变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。如图所示为一小区的降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则哪个线圈应该使用较粗的导线？提示：副线圈应该使用较粗的导线。小红同学在学习了变压器知识后，得到以下结论：理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压。理想变压器原、副线圈中每匝线圈中磁通量的变化率相同。理想变压器的输入和输出功率相等。你的判断：正确的结论有。任务一

4、、理想变压器的基本关系现在部分手机已经可以实现无线充电，其中一种无线充电主要通过在充电器面板和手机背面各安装一个线圈来实现，如图所示。探究：若仅改变手机线圈匝数，手机线圈两端电压会发生改变吗？提示：若仅改变手机线圈匝数，手机线圈两端电压会发生改变。1电压关系：U1U2U3n1n2n3或 eq f(U1,n1) eq f(U2,n2) eq f(U3,n3) 2功率关系：输入功率等于输出功率，即P入P出，U1I1U2I2。3电流关系：由功率关系可知，当只有一个副线圈时， eq f(I1,I2) eq f(U2,U1) eq f(n2,n1) ；当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3，I1n1

5、I2n2I3n34原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。 变压器中提到的电压关系、电流关系、电路中电表的示数等，指的都是交流电的有效值。【典例1】(多选)某同学通过理想变压器把电压u220 eq r(2) sin (100t)V的交变电流降压后，给一个标有“20 V1 A”的灯泡供电，变压器原、副线圈匝数比为101。为使灯泡正常工作，可以在原线圈串联一个电阻R1或在副线圈串联一个电阻R2(图中未画出)，则下列说法正确的有()A该交变电流方向每秒钟改变100次B灯泡正常工作时，原线圈电流的有效值为10 ACR1R21001DR1与R2的功率之比为101【解析】选A、C。根据角速度公式 eq

6、f(2,T) 2f，f50 Hz，一秒钟有50个周期，由于一个周期电流方向改变2次，即电流方向改变100次，A正确；副线圈上的电流I2IL1 A，根据原、副线圈电流与匝数成反比 eq f(I1,I2) eq f(n2,n1) ，I10.1 A，B错误； 原线圈串联一个电阻R1，交变电流的电压有效值U有 eq f(U,r(2) 220 V，U2UL20 V，根据原、副线圈电压与匝数成正比， eq f(U1,U2) eq f(n1,n2) ，U1200 V，R1两端的电压U有U120 V，R1200 ，副线圈串联一个电阻R2，根据原、副线圈电压与匝数成正比 eq f(U有,U2) eq f(n1,

7、n2) ，U222 V，R2两端的电压U2UL2 V，R22 ，由上可得R1R220021001，C正确；根据功率公式 eq f(P1,P2) eq f(I eq oal(sup1(2),sdo1(1) R1,I eq oal(sup1(2),sdo1(2) R2) eq f(1,1) ，D错误。1如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，和均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，A、B两端电压u112 eq r(2) sin 100t(V)。下列说法正确的是()A.电流频率为100 HzB的读数为24 VC的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W【解析】选D。根据u112 eq r(2)

8、sin 100t(V)及U eq f(Um,r(2) 知U112 V，f eq f(,2) 50 Hz，A错误；根据 eq f(U1,U2) eq f(n1,n2) 得U2 eq f(n2,n1) U1 eq f(1,2) 12 V6 V，即的读数为6 V，B错误；又I2 eq f(U2,RL) eq f(6,6) A1 A，即的读数为1 A，C错误；根据P1P2及P2 eq f(U eq oal(sup1(2),sdo1(2) ,RL) eq f(62,6) W6 W，D正确。2(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，

9、交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是()A变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比n1n2113【解析】选B、D。变压器的输入功率P1P2I2U22.260 W132 W，选项A错误；由 eq f(U1,U2) eq f(n1,n2) 得 eq f(n1,n2) eq f(U1,U2) eq f(220 V,60 V) eq f(11,3) ，选项D正确；由 eq f(I1,I2) eq f(n2,n1) 得I1 eq f(n2,n1) I2 eq f(3

10、,11) 2.2 A0.6 A，选项B正确；根据I eq f(Im,r(2) 得通过副线圈的电流的最大值Im eq r(2) I2 eq f(11,5) eq r(2) A，选项C错误。【拔高题组】1某同学做探究变压器工作原理实验时，他用多用电表的欧姆挡正确测量了完全相同的两个螺线管的不同匝数A、B线圈的电阻值分别为12 和3 ，如图所示。某同学先去掉可拆变压器上压紧横条的胶木螺钉，并将横条放在U形铁芯的左侧上。变压器左边的螺线管A接在12 V低压交流电源上，右边的螺线管B接一个标有“3.0 V1.0 A”的小灯泡和电阻值可视为无穷大的电压传感器。闭合开关S1，断开开关S2后，把横条铁芯慢慢推

11、向右侧，直至与右侧完全闭合。下列说法正确的是()A线圈A、B的匝数之比是14B电压传感器示数为一个定值C穿过螺线管B的最大磁通量在逐渐增加D铁芯完全闭合后再闭合开关S2，小灯泡能正常发光【解析】选C。根据电阻定律R eq f(l,S) ，两个线圈中导线的长度之比等于电阻之比，两线圈的导线长度之比为41，则A、B线圈的匝数之比也为41，A错误；把横条铁芯慢慢推向右侧的过程中，B线圈的漏磁越来越小，电压传感器示数越来越大，B错误；把横条铁芯慢慢推向右侧的过程中，螺线管B的漏磁越来越小，穿过的最大磁通量越来越大，C正确；两个线圈均有电阻，该变压器不能看作理想变压器，小灯泡实际得到的电压小于3 V，小

12、灯泡不能正常发光，D错误。2.随着电动汽车的大量普及，汽车无线充电受到越来越多的关注，无线充电简单方便，不需手动操作，没有线缆拖拽，大大提高了用户体验。受电线圈安装在汽车的底盘上，如图所示，当电动汽车行驶到安装在地面的供电线圈装置上，受电线圈即可“接受”到供电线圈的电流，从而对蓄电池进行充电。关于无线充电，下列说法不正确的是()A无线充电技术与变压器的工作原理相同B只有将供电线圈接到直流电源上，才能对蓄电池进行充电C受电线圈中交变电流的频率与供电线圈中交变电流的频率相同D受电线圈没有对准供电线圈(二者没有完全重合)时，也可以进行无线充电【解析】选B。无线充电技术与变压器的工作原理相同，都是电磁

13、感应原理，A正确，不符合题意；只有将供电线圈接到交流电源上，才能对蓄电池进行充电，B错误，符合题意；电磁感应现象中不改变交变电流的频率，则受电线圈中交变电流的频率与供电线圈中交变电流的频率相同，C正确，不符合题意；受电线圈没有对准供电线圈(二者没有完全重合)时，也可以发生电磁感应现象，也可以进行无线充电，D正确，不符合题意。任务二、理想变压器工作时的制约关系当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率为多少？提示：输入功率为0。1电压制约：输入电压U1决定输出电压U2。当变压器原、副线圈的匝数比 eq f(n1,n2) 一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2 eq f(n2U1,n1

14、) 。2电流制约：输出电流I2决定输入电流I1。当变压器原、副线圈的匝数比 eq f(n1,n2) 一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1 eq f(n2I2,n1) 。而变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，即I2 eq f(U2,R) 。3功率制约：输出功率P2决定输入功率P1。变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，即P2P负1P负2。P2增大，P1增大；P2减小，P1减小。【典例2】(2022绵阳高二检测)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A若闭合开关S，则电压表V示数变大，电流

15、表A1示数变大B若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大C当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，电压表V示数变大D当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，R1消耗的功率变大【解析】选C。闭合开关S，电路中总电阻变小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，那么并联部分的电压变小，则流过R2的电流变小，所以A2示数变小，根据原、副线圈中电流与匝数的关系可知，电流表A1的示数变大，故A、B错误。仅将滑片P上移，滑动变阻器接入电路的电阻变大，则负载电路的总电阻变大，而副线圈的电压不变，故副线圈中总电流减小，根据PI2R可知R1消耗的功率变小，R1两端的电压变小，副线圈电压不变，那么并联部分的电压增大，故C

16、正确，D错误。 两类理想变压器的动态分析技巧(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1。(2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1。1如图所示，理想变压器输入电压保持不变。若将滑动变阻器的滑片向上移动，下列说法正确的是()A电表A1的示数增大B电表A2的示数减小C电表V1、V2的示数都不变D电表V1、V2的示数都增大【解析】选B。输入电压不变，匝数比不变，输出电压就不变，滑动变阻器滑片向上移动，其接入电路的阻值变大，副线圈中的电流就减小，A2示数减小，原

17、线圈电流也减小，则A1示数也减小；V1示数不变，则次级电压不变，而R0电压变小，则V2示数变大， B正确，A、C、D错误。2一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是()A副线圈输出电压的频率为原来的 eq f(1,10) B副线圈输出电压的有效值为31 VCP向右移动时，原、副线圈的电流比减小DP向右移动时，变压器的输入功率增加【解析】选D。由题图甲可知，原线圈输入电压的周期为T2102 s，频率f eq f(1,T) 50 Hz，变压器不改变交流电的频率，所以副线圈输出电压的频率为50 Hz，

18、A错误；由甲图可知，原线圈输入电压的最大值为310 V，其有效值为U1 eq f(310,r(2) V220 V，根据电压与匝数成正比可知，副线圈输出电压的有效值U2 eq f(n2,n1) U1 eq f(220,10) V22 V，B错误；P向右移动时，滑动变阻器的电阻变小，而副线圈的电压不变，则副线圈中的电流变大，变压器的输出功率变大，根据变压器原理，变压器的输入功率增加，原线圈中的电流也随之变大，但电流之比仍然等于匝数的反比，恒定不变，C错误，D正确。【拔高题组】1(多选)如图所示的电路，R、R0均为定值电阻，电路中接入开关S，原、副线圈匝数比为51的理想变压器，V1和V2是理想交流电

19、压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是()A原线圈中的输入电压的有效值U1Um，交变电流的周期为TB电压表V1的示数为 eq f(Um,r(2) C闭合开关S，U2变小，I1变小，I2变大D闭合开关S，U2不变，I1变大，I2变大【解析】选B、D。由理想变压器原线圈中的输入电压uUmsin eq f(2,T) t可知，该交变电流的周期为T，原线圈中的输入电压的有效值为U1 eq f(Um,r(2) ，电压表V1的示数为 eq f(Um,r(2) ，A错误，B正确；闭合开关S，两个电阻并联，其等效电阻的阻值减小，因输出电压不变，则U

20、2不变，I2变大，输出功率增大，根据变压器的输出功率决定输入功率可知，输入功率增大，因输入电压的有效值不变，则输入电流增大，即I1变大， C错误，D正确。2(多选)如图所示，电流表、电压表为理想电表，变压器为理想变压器，R1、R2是定值电阻，R3为滑动变阻器。闭合开关S，则下列说法正确的是()A仅将滑片P1上移时，电流表A的示数变大B仅将滑片P2下移时，电压表V的示数变大C滑片P1下移、P2上移时，电阻R1的功率增大D只断开开关S，电压表V的示数变大，电流表A的示数变小【解析】选A、D。只将滑片P1上移时，副线圈匝数增大，由原、副线圈两端电压与匝数成正比可知，输出电压增大，输出功率增大，输入功

21、率也增大，电流表A的示数增大，A正确；只将滑片P2下移时，R3接入的阻值减小，R3接入的阻值与R2的并联电阻减小，副线圈电流增大，R1两端电压增大，而副线圈两端电压不变，故电压表V的示数变小，B错误；滑片P1下移，副线圈电路电压减小，滑片P2上移，副线圈电路总电阻增大，故总电流减小，电阻R1的功率减小，C错误；只断开开关S，副线圈两端电压不变，电路总电阻增大，电流减小，消耗功率减小，原线圈输入功率也减小，电流表A的示数变小，R1两端电压减小，则电压表V测的是电阻R2两端的电压，示数变大，D正确。【拓展例题】考查内容：变压器和分压器【典例】如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V，M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D间接4 V交流，P、Q间接4 V直流，下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压()A10 V10 VB10 V4 VC4 V10 V D10 V0【解析】选B。对于题图甲，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，相当于一个降压变压器，两边电压之比等于两边线圈的匝数之比，当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，相当于一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流时，A、B间将得到10