新教材同步系列2024春高中物理第3章交变电流第3节变压器学生用书粤教版选择性必修第二册

第三节变压器1．了解变压器的构造及工作原理。2．通过试验探究，得到电压、电流与匝数的关系。3．能够利用变压比、变流比定性和定量分析有关变压器的实际问题。学问点一相识变压器1．用途：变更____电压的设备。2．构造：变压器是由____铁芯和绕在铁芯上的两个____组成。(1)原线圈：与电源相连的线圈(也叫初级线圈)。(2)副线圈：与负载相连的线圈(也叫次级线圈)。3．原理：变压器工作的基础是电磁感应现象，原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，所以在副线圈中产生感应电动势。学问点二探究变压器电压与线圈匝数的关系1．试验目的：探究变压器电压与线圈匝数的定量关系。2．试验器材：__________、低压沟通电源、沟通电压表、带夹的导线。3．试验步骤(1)要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择沟通电压表的________进行测量。(2)把两个____穿在铁芯上，闭合铁芯。(3)用沟通电压表测量输入、____电压。(4)变更输入端电压，重新测量输入、输出端电压，记录在设计好的表格内。项目123456U1U2n1n2(5)变更线圈____，重新测量输入、输出端电压，记录在上面设计好的表格内。4．留意事项(1)在变更低压沟通电源电压、线圈匝数前均要先____开关，再进行操作。(2)为了人身平安，低压沟通电源的电压不能超过12V，不能用手接触袒露的导线和接线柱。(3)为了多用电表的平安，运用沟通电压挡测电压时，先用____量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。学问点三志向变压器原、副线圈基本量的关系1．铜损和铁损(1)铜损：变压器的线圈有内阻，电流通过时发热所损失的能量。(2)铁损：铁芯在交变磁场中反复磁化，产生涡流，使铁芯发热所损失的能量。2．志向变压器：忽视原、副线圈的____和各种电磁能量损失的变压器。3．电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比等于这两个线圈的________，即U14．功率关系：原线圈的输入功率____副线圈的输出功率。5．电流与匝数关系：原、副线圈中的电流跟它们的匝数______，即I16．两类变压器：n2>n1，能使电压上升的变压器叫作____变压器；n2<n1，能使电压降低的变压器叫作____变压器。1．思索推断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)变压器只能变更交变电流的电压，不能变更直流电的电压。 ()(2)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。 ()(3)志向变压器不仅可以变更交变电流的电压和电流，还可以变更交变电流的功率和频率。 ()(4)志向变压器是客观存在的。 ()(5)U1U2＝n2．(多选)志向变压器的原、副线圈中肯定相同的物理量有()A．沟通电的频率 B．磁通量的变更率C．功率 D．沟通电的峰值3．一个含有志向变压器的电路如图所示，图中电阻R＝10Ω。当原线圈接320V的沟通电压时，原线圈中电流为2A，则变压器原、副线圈匝数比为()A．2∶1 B．1∶2C．4∶1 D．1∶4(1)在课外，某同学在进行低压沟通变压器试验的打算工作时，发觉缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图所示进行试验。闭合开关后，灯泡是否发光？说明出现这种现象的缘由。(2)学生电源(低压沟通12V)，可拆变压器，多用表(沟通电压挡)，电路图如图所示。对于志向变压器，在只有一组副线圈的状况下，原线圈和副线圈的电流跟它们的匝数的关系是什么？对变压器原理的理解1．变压器的变压原理是电磁感应。如图所示，当原线圈上加沟通电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都会产生感应电动势。假如副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要产生感应电动势。2．由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。3．能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。【典例1】(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它运用的是12V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10000V的高压，开关是自动限制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使()A．开关总处于接通状态B．开关在接通时断开C．开关在断开时接通D．开关总处于断开状态(1)变压器只对变更的电流起作用，对恒定电流不起作用。(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。(3)变压器不能变更交变电流的周期和频率。(4)若直流的电压是随时间变更的，也可以用变压器变更电压。[跟进训练]1．如图所示，甲图中两导轨不平行，而乙图中两导轨平行，其余物理条件都相同，金属棒MN正在导轨上向右做匀速运动，在金属棒运动过程中，将视察到()A．L1、L2都发光，只是亮度不同B．L1、L2都不发光C．L2发光，L1不发光D．L1发光，L2不发光探究变压器电压与线圈匝数的关系1．数据处理依据试验中记录的数据分析完成表格：项目123456U1U2n1n2U1/U2n1/n22．试验结论：在误差允许的范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，表达式为U1U23．误差分析(1)由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。(2)原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗，造成试验误差。(3)铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。【典例2】在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”的试验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某试验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的沟通电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。试验序号原线圈两端的电压U1/V副线圈两端的电压U2/VU13.98.21∶2.125.911.81∶2.037.815.2(1)试验小组依据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把算出的结果填在表格中。(2)本试验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为________(用题目中给出的字母表示)。(3)该变压器是________变压器(选填“升压”或“降压”)。[听课记录][跟进训练]2．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的试验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②闭合电源开关，用多用电表的沟通电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；③将匝数较多的一组线圈接到沟通电源输出端上，另一组作为副线圈，接上小灯泡；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。(1)以上操作的合理依次是________(只填步骤前数字序号)。(2)如图所示，在试验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；原线圈与副线圈对调后，当U′1＝8V时，U′2＝32V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________。志向变压器的基本关系应用1．志向变压器的变压(变流)规律项目规律表示依据备注变压规律U1n1＝UE＝nΔ适于一个原线圈及多个副线圈的状况功率关系P入＝P出能量守恒适于志向变压器变流规律I1IU1I1＝U2I2适于一个原线圈，一个副线圈n1I1＝n2I2＋n3I3…U1I1＝U2I2＋U3I3…适于一个原线圈，多个副线圈2．志向变压器各物理量间的制约关系(1)输入电压确定输出电压：由U1n1＝U2n2，得U当U1不变时，U2也不会变，与负载电阻R多大及是否变更无关。(2)输出功率确定输入功率：对志向变压器P出＝P入。(3)负载确定输出电流：当U1肯定时，U2也肯定，对副线圈有I2＝U2R，所以当R变更时，I2也随之变更，即R变大，I2变小；R变小，I(4)输出电流确定输入电流：由n1I1＝n2I2，得I1＝n2n1I2，所以当I2变更时，I1也随之变更。即I2变大，I1变大；I2变小，【典例3】如图所示，志向变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为志向电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB两端电压u1＝122sin100πt(V)。下列说法正确的是()A．电流频率为100HzB．的读数为24VC．的读数为0.5AD．变压器输入功率为6W[听课记录]志向变压器的电压关系和电流关系(1)志向变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的状况都成立。(2)电流关系只适用于有一个副线圈的状况，若有多个副线圈，则电流关系应依据功率关系P入＝P出求出。[跟进训练]3．如图所示，志向变压器的原线圈接在u＝2202sin50πt(V)的沟通电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为志向电表，下列说法正确的是()A．电流表的读数为1AB．增大原线圈的匝数，则电压表示数增大C．副线圈输出沟通电的周期为0.01sD．假如提高原线圈的电压，则电流表示数减小1．如图所示四个电路，能够实现升压的是()ABCD2．如图所示，一志向变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W，原线圈电路中接有电压表和电流表，电压表、电流表均为志向电表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝1102V，I＝0.2AD．U＝1102V，I＝0.22A3．两彼此正对的相同金属圆环竖直放置在竖直向下、磁感应强度为0.8T的匀强磁场中，圆环半径为0.2m、相距0.5m，用导线将环与匝数比为4∶1的志向变压器相连，变压器输出端接一阻值为1Ω的灯泡，让导体杆沿两环内侧做角速度为502rad/s的匀速圆周运动，圆环电阻不计，杆长为0.5m，电阻为4Ω，则灯泡()A．两端电压为0.8VB．两端电压为1.0VC．两端电压为1.5VD．两端电压为2.0V4．如图所示，一个变压器(可视为志向变压器)的原线圈接在220V的沟通电上，向额定电压为1.80×104V的霓虹灯供电，使它正常发光。为了平安，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔断器的熔丝熔断。(1)熔丝的熔断电流是多大(结果保留两位有效数字)?(2)当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？回来本节内容，自我完成以下问题：1．变压器的构造是什么？2．变压器的工作原理是什么？3．志向变压器的基本关系是什么？无线充电技术我们知道，变压器能通过电磁感应输送电能。当原线圈中由变更的电流激发了一个变更的磁场，电场的能量就转变成磁场的能量；当这个变更的磁场在副线圈上产生感应电流，磁场的能量就转化成了电场的能量，这样电能就从原线圈不必经过导线干脆连接就转移到了副线圈。无线充电是近年发展起来的新技术，其中一种就是基于这样的原理而产生的，只不过变压器磁场的回路是铁芯，而无线充电装置磁场的回路是空气。无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。假如移动电话中有无线充电装置，那么把移动电话干脆放在充电基座上就可以充电(图甲)。对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收器放在无线充电基座上来进行充电。打开无线充电接收器，就可以看到其内部有一个接收线圈(图乙)。目前已经有移动电话、数字照相机、电动牙刷等电子产品采纳无线充电技术。随着新能源汽车的快速发展，无线充电技术在电动汽车中也将会有广泛的应用。相比有线输电技术，无线充电器与用电装置之间不用电线连接，因而具有运用便利、削减触电危急、不易老化磨损等优点。但目前无线充电技术也存在着传输距离短、成本高、能量损耗大等不足。因此，无线充电技术还需不断地改进、发展。送电线圈中电流产生的磁场是什么样的？受电线圈磁场是什么样的？送电线圈与受电线圈是否须要导线连接？第三节变压器[必备学问·自主预习储备]学问梳理学问点一1．沟通2．闭合线圈学问点二2．可拆变压器3．(1)最大量程(2)线圈(3)输出(5)匝数4．(1)断开(3)最大学问点三2．电阻3．匝数之比n14．等于5．成反比n6．升压降压基础自测1．(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√2．ABC[志向变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变更率相同，原、副线圈中功率相同，B、C正确；变压器能变更沟通电的峰值但不变更沟通电的频率，A正确，D错误。]3．C[输入功率等于输出功率，大小为P＝U1I1＝640W，依据P＝U22R，输出电压为U2＝80V，则变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝U1∶[关键实力·情境探究达成]情境探究(1)提示：因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光。缘由：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变更，因而副线圈中的磁通量也不发生变更，所以E＝nΔΦ(2)提示：I1I2＝n2n1。因为P1＝P2，即I1U1＝I2U2，又U1典例1BC[欲使副线圈两端得到一个高压，必需使变压器铁芯中的磁通量发生变更，即原线圈中的电流必需发生变更，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变更，故选B、C。]跟进训练1．D[题图甲右侧线圈中感应电动势的大小时刻变更，在题图甲的右侧线圈中形成变更的电流，产生变更的磁场，在左侧线圈和灯L1中产生感应电流，灯L1发光；题图乙右侧线圈中感应电动势恒定不变，在题图乙的右侧线圈中形成恒定不变的电流，不能在左侧线圈和灯L2回路中产生感应电流，灯L2不发光。故D正确。]典例2解析：(1)第三组数据为U1U2＝7.8(2)线圈匝数之比n1n2＝120240＝12(3)从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。答案：(1)1∶1.9(2)U1U2跟进训练2．解析：(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”试验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到沟通电源输出端上，另一组作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的沟通电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最终将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的依次是①③②④。(2)两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；当原线圈与副线圈对调后，U′1＝8V时，U′2＝32V，此时U′2为原线圈的电压，而U′1为副线圈的电压；由以上数据可得U1U2答案：(1)①③②④(2)U1U典例3D[依据u1＝122sin100πt(V)及U＝Um2知U1＝12V，f＝ω2π＝50Hz，故A错误；依据U1U2＝n1n2得U2＝n2n1U1＝12×12V＝6V，即的读数为6V，故B错误；又I2＝U2RL＝66A＝1A，即的读数为1A，故C错误；依据跟进训练3．A[由志向变压器的原、副线圈两端电压与线圈匝数成正比可知，副线圈两端的电压表示数为U2＝n2n1U1，则增大原线圈的匝数n1，则电压表示数减小，B错误；依据选项B分析和题意可知U1＝220V、U2＝110V，则依据欧姆定律可知流过电阻R的电流为I2＝U2R＝2A，由志向变压器的原、副线圈电流与线圈匝数成反比可知，电流表的读数为I1＝I2·n2n1＝1A，A正确；依据原线圈接在u＝2202sin50πt(V)的沟通电源