人教版高中物理选择性必修第二册第三章3变压器课件

3．变压器第三章

交变电流整体感知·自我新知初探[学习任务]

任务1．了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解互感现象和变压器的工作原理。任务2．理解理想变压器的电压和电流与匝数的关系，并能用其解决基本问题。任务3．理解理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系。[问题初探]

问题1．变压器的工作原理是什么？问题2．理想变压器输出功率与输入功率有什么关系？问题3．理想变压器原、副线圈电压之比与匝数之比满足什么关系？[自我感知]经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。探究重构·关键能力达成[链接教材]

生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢？知识点一变压器的原理及其基本规律提示：变压器有原、副两个线圈，当原线圈输入交变电流时，由于互感，副线圈上也产生交变电流，原、副线圈的电压之比与原、副线圈匝数之比有关，故可通过改变原、副线圈的匝数之比，在输入电压(有效值)不变时，在副线圈上得到需要的电压。1．变压器的构造变压器由________和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。(1)原线圈：与________连接的线圈，也叫________。(2)副线圈：与____连接的线圈，也叫________。闭合铁芯交流电源初级线圈负载次级线圈2．变压器的工作原理变压器工作的基础是____现象。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生__________。3．作用改变交变电流的电压。互感感应电动势4．理想变压器没有能量损耗的变压器叫作__________。理想变压器是一个__________。提醒：①原、副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化率时刻相同。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。5．两类变压器(1)降压变压器：______的电压比______电压低的变压器。(2)升压变压器：______的电压比______电压高的变压器。理想变压器理想化模型副线圈原线圈副线圈原线圈如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路，闭合开关，小灯泡能发光。问题1．两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？提示：当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。问题2．小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？提示：不相等。问题3．若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？提示：不发光。1．理想变压器的特点(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”。(2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。(3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。说明：实际中的变压器(特别是大型变压器)一般都可以近似看成理想变压器。

√

规律总结

(1)理想变压器的电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系。(2)电流与匝数成反比只适用于有一个副线圈的情况，有多个副线圈时不成立。(3)原、副线圈的电压、电流发生变化，而频率不变。【典例2】

(2022·山东卷)(两个副线圈)如图所示的变压器，输入电压为220V，可输出12V、18V、30V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos100πt(V)。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1V。将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12W。下列说法正确的是(

)A．n1为1100匝，Um为220VB．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4AC．若将R接在AB两端，R两端的电压为18V，频率为100HzD．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5A，周期为0.02s√

√√

知识点二理想变压器工作时的制约关系和动态分析

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P2＝P负1＋P负2＋…。P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为零，P1为零。4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(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R→I2→P出→P入→I1。(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。【典例3】

(理想变压器的动态分析)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，下列说法正确的是(

)A．仅将滑片P1上移时，电流表A的示数减小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√

规律方法

理想变压器动态问题的处理方法(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判断副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律，判断原线圈电流的变化及输入功率的变化。1．实验目的探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。2．实验器材可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干。知识点三科学探究——探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系3．实验原理电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于交变电流的大小、方向在不断地变化，铁芯中的磁场强弱和方向也在不断地变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。4．实验操作(1)按图示连接电路。(2)保持原线圈的匝数n1不变，副线圈的匝数n2逐渐增多，观察小灯泡亮度情况。(3)保持副线圈的匝数n2不变，原线圈的匝数n1逐渐增多，观察小灯泡亮度情况。(4)原线圈接6V低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，改变副线圈匝数n2，用多用电表交流电压挡测出副线圈两端的电压，记入表格，重复三次。(5)原线圈接6V低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，改变原线圈匝数n1，用多用电表交流电压挡测出副线圈两端的电压，记入表格，重复三次。5．实验现象小灯泡的亮度如表所示。n1n2100200400100暗较亮亮200较暗暗较亮400很暗较暗暗(1)当原线圈匝数不变时，副线圈的匝数越多小灯泡越亮；当副线圈的匝数不变时，原线圈的匝数越多小灯泡越暗。(2)将不同匝数的线圈接入线路，测出线圈当中的电压并填入表中：

原线圈匝数n1副线圈匝数n2原线圈电压U1副线圈电压U2n1∶n2U1∶U21002006V12V1∶21∶21004006V24V1∶41∶41006006V36V1∶61∶62002006V6V1∶11∶14002006V3V2∶12∶16002006V2V3∶13∶1

【典例4】做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。(1)以下给出的器材中，本实验需要用到的有______。A

BC

DBD(2)下列说法正确的是________。A．变压器工作时副线圈电流的频率与原线圈不相同B．实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法C．为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12VD．绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些BD(3)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的

________(选填“平均”“有效”或“最大”)值；某次实验操作，所接电表的读数如图所示(电压表的量程为15V)，则此时电表读数为________V。有效5.5(4)若用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器做实验，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，则N1一定是

_____(选填“原”或“副”)线圈。实验次数1234U11.92.93.84.8U24.06.08.010.0副[解析]

(1)变压器的工作原理是互感现象，电源应该选用学生电源提供的交流电压，干电池只能提供直流电压，A不需要，B需要，故A错误，B正确；直流电压表不能测量交流电压，C不需要，故C错误；该实验需要教学用的变压器，故D正确。故选BD。

应用迁移·随堂评估自测1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(

)A．通有正弦式交变电流的原线圈的磁通量不变B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈√243题号1C

[通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故穿过原线圈的磁通量Φ变化，故A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由法拉第电磁感应定律知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故D错误。]243题号12．无线充电是近年发展起来的新技术，无线充电技术与变压器相类似，是通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用磁场传递能量。如图所示，假设基座线圈和受电线圈组成的是一个理想变压器，已知基座线圈的匝数为4400匝，受电线圈的匝数为100匝，充电基座接上220V、50Hz家用交流电，则受电线圈的输出电压及频率为(

)A．9680V，50Hz

B．5V，1.25HzC．9680V，2200Hz

D．5V，50Hz23题号14√

23题号14

23题号41√√

23题号414．如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，副线圈匝数可以通过滑动触头P来调节，副线圈两端连接了电压表、电阻R、灯泡L1、L2，闭合开关S，滑片P处于图示位置，灯泡正常发光。下列说法正确的是(

)

A．保持开关S闭合，将滑片P向上移，电压表读数不变B．保持开关S闭合，将滑片P向上移，灯泡变亮C．保持滑片P位置不变，断开开关S，灯泡L1变暗D．保持滑片P位置不变，断开开关S，电阻R上消耗功率变大243题号1√

243题号1回归本节知识，完成以下问题：(1)变压器能输送电能是利用什么？提示：电磁感应。(2)由电压与匝数关系及什么关系得到电流关系？提示：输入功率等于输出功率。(3)理想变压器电压、电流与匝数的关系分别是？

题号课时分层作业(十一)变压器135246879101112√

题组一理想变压器的基本关系1．如图所示，可以将电压升高给电灯供电的变压器是(

)A

BC

DC

[变压器只能对交变电流实现变压，不能对直流变压，故选项A、D错误；由于原、副线圈的电压之比与原、副线圈的匝数比相等，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压，故选项B错误，C正确。]题号135246879101112题号213456879101112√2．汽油发动机内经过压缩的汽油与空气的混合物，需要火花塞来点燃。某汽油发动机火花塞需要高达10kV的电压才能点火，一同学设计了如图所示的点火电路。已知直流电源的电压为12V，升压变压器的输出端接到火花塞上，开关是自动控制的。下列说法正确的是(

)A．两电路都不可能使火花塞点火，因为变压器不能改变直流电压B．图甲和乙的电路中，保持开关闭合，输出端都会获得持续的高压C．图甲的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压D．图乙的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压题号213456879101112C

[欲使副线圈两端获得高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流发生变化，只有当开关闭合或断开瞬间，原线圈中的电流才有变化，输出端才有高压产生，选项C正确。]题号324568791011121√3．如图所示的理想变压器电路中，小灯泡A上标有“9V

18W”，小灯泡B的电阻是5Ω，副线圈回路中接入三个均标有“12V

24W”的小灯泡，小灯泡A与右边三个小灯泡均正常发光，下列说法正确的是(

)A．理想变压器的原、副线圈匝数比为n1∶n2＝4∶1B．通过小灯泡B的电流是10AC．副线圈两端的电压为9VD．小灯泡B两端的电压20V题号324568791011121

题号423568791011121√

题组二理想变压器工作时的制约关系和动态分析4．如图所示是街头变压器给用户供电的示意图。变压器的输入电压基本保持不变，两条输电线的总电阻用R0表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻。用电高峰时，R的值会减小。忽略变压器上的能量损失，用电高峰与用电低谷相比，下列说法正确的是(

)A．V2不变，V3减小

B．V2和V3都减小C．A1和A2均减小

D．A1增大，A2减小题号423568791011121A

[变压器的输入电压基本保持不变，变压器匝数比不变，则变压器副线圈两端电压V2不变，用电高峰时，R的值会减小，A2增大，输电线损失的电压增大，则V3减小，故A正确，B错误；由上述分析知用电高峰时A2增大，根据变压器原、副线圈电流关系知，A1也增大，故C、D错误。]题号245368791011121√5．在探究变压器的两个线圈电压关系时，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上，如图甲所示，线圈a作为原线圈连接到学生电源的交流输出端，输出的电压如图乙所示，线圈b接小灯泡。线圈a与绕圈b的匝数比为12∶1。他所用的线圈电阻忽略不计。则(

)A．交流电压的频率为100HzB．小灯泡两端的电压可能为2VC．适当增加原线圈a的匝数，小灯泡功率变大D．将线圈a改接在学生电源直流输出端，小灯泡也能发光题号245368791011121

题号245368791011121

题组三探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系6．某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。(1)变压器的铁芯，它的结构和材料是________(填字母)。A．整块硅钢铁芯B．整块不锈钢铁芯C．绝缘的铜片叠成D．绝缘的硅钢片叠成D题号245368791011121(2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数________(选填“多”或“少”)。(3)在实际实验中，将电源接在组装后的变压器原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为________(填字母)。A．1.5V

B．3.0V

C．5.0V

D．7.0V少D题号245368791011121

题号245376891011121√

√题号245376891011121

题号245386791011121√8．(多选)家庭中的热水器和抽油烟机功率较大。现用一小型变压器对其供电，如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，原线圈接交流电源和交流电压表，副线圈与热水器、抽油烟机连接。已知副线圈上的电压按图乙所示规律变化，现闭合开关S接通抽油烟机，下列说法正确的是(

)A．变压器的输入功率变大B．热水器消耗的功率变大C．电压表示数仍为1100V，保持不变D．原线圈两端电压的瞬时值表达式u＝1100sin100πt(V)√题号245386791011121

题号924538671011121√9．(多选)如图所示，理想变压器原线圈所在电路输入有效值U＝220V的交变电流，测得完全相同的灯泡a、b两端的电压均为55V，已知RT为随温度升高阻值减小的热敏电阻，变压器为理想变压器，两灯泡阻值不变且始终未烧坏，下列说法正确的是(

)A．原、副线圈的匝数之比为3∶1B．流经灯泡a的电流与热敏电阻的电流之比为1∶1C．若