高中物理选修2步步高同步讲义 第三章 3 变压器

3变压器第三章交变电流【学习目标】1.了解变压器的构造及工作原理.2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系.3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系.【内容索引】梳理教材夯实基础探究重点提升素养随堂演练逐点落实课时对点练SHULIJIAOCAI

HANGSHIJICHU梳理教材夯实基础1一、变压器的原理1.构造：由

和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作

，与负载连接的线圈叫作

.2.原理：

现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的

也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生

.闭合铁芯原线圈副线圈互感磁场感应电动势二、电压与匝数的关系1.理想变压器：没有

的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型.2.电压与匝数的关系理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的

，即3.两类变压器副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作

变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作

变压器.能量损耗匝数之比降压升压三、变压器中的能量转化原线圈中电场的能量转变成

的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了

的能量.磁场电场1.判断下列说法的正误.(1)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.(

)(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高.(

)(3)变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压.(

)(4)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率.(

)(5)理想变压器的输入和输出功率相等.(

)即学即用×√××√2.一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为________，输出功率为________，变压器原线圈中的电流为______.250V返回50kW5ATANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重点提升素养2一、变压器的原理1.变压器的构造变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图1甲、乙所示.图12.变压器的工作原理(1)原理互感现象是变压器工作的基础.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，所以铁芯中的磁场也在不断变化.变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流.(2)原理图解注意(1)变压器不改变交变电流的周期和频率.(2)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.(3)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.例1关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变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√解析通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量相等，故B错误；由互感现象知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，电流不通过铁芯，故D错误.针对训练1

(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是A.原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效

地传送电能B.铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险C.变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出√√√解析铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器.二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系1.实验思路交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压.线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系.2.实验器材多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图2所示)图23.物理量的测量(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响.实物接线如图3所示.图3表格一U1＝5V，n1＝400匝实验次数123n2/匝

U2/V

①选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上.②将选择开关调至5V挡，使原线圈两端电压为5V，如图甲所示.③将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示.读出副线圈两端的电压U2.④将n2、U2记录在表格一中.⑤保持n1＝400匝，U1＝5V不变.将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中.⑥保持n1＝400匝，U1＝5V不变.将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中.(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响.表格二U1＝5V，n2＝400匝实验次数123n1/匝

U2/V

①将(1)中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈.②选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈n1＝200匝接在学生电源的交流输出接线柱上.③将选择开关拨至5V挡.④将多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.⑤将U2、n1记录在表格二中.⑥保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800匝和n1＝1400匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中.⑦拆除实验线路，整理好实验器材.4.数据分析与结论分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论：(1)当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比.当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比.例2

(多选)如图4所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电

动势和内阻”实验中的直流电压表C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，

副线圈电压大于原线圈电压D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改

变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响图4√√解析变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆变压器研究，选项A、D正确.变压器只对交流电压有作用，故不能用直流电压表测量原、副线圈的电压，选项B错误.根据输入、输出电压之比等于原、副线圈匝数之比可知，原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压小于原线圈电压，选项C错误.针对训练2如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：_______________________________________________________________.A线圈的匝数为nA＝____________.(用所测物理量符号表示)答案见解析解析①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈.②把低压交流电源接B线圈，用多用电表交流电压挡测得绕制的线圈的输出电压U.③用A线圈换下绕制的线圈，用多用电表交流电压挡测得A线圈的输出电压UA.三、理想变压器的基本关系1.电压关系当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器.当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低，是降压变压器.2.功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出.3.电流关系(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…例3

(2020·山东省学业考试)图5所示电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝22∶5，原线圈接在u1＝sin100πt(V)的交流电源上，电阻R＝25Ω，A为理想电流表，则A的示数为A.12.44A B.8.80AC.2.00A D.2.83A图5√例4

如图6，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝4∶1，电压表和电流表均为理想电表，灯泡电阻RL＝110Ω，A、B端电压u1＝sin100πt(V).下列说法正确的是A.副线圈输出的交流电的频率为25HzB.电压表的示数为C.电流表的示数为1.0AD.变压器输入功率为27.5W图6√解析由题可知，交流电的频率f＝50Hz，故A错误；变压器的输入功率等于输出功率，大小为P＝U2I2＝55×0.5W＝27.5W，故D正确.返回SUITANGYANLIAN

ZHUDIANLUOSHI随堂演练逐点落实31.(变压器的工作原理)下列各图是变压器电路图，可以将电压升高供给电灯的变压器是1234解析变压器的原线圈应接交流电，故A、C错误；由题意知要求电压升高，故副线圈的匝数比原线圈的匝数多，故B正确，D错误.√2.(理想变压器的基本关系)(多选)理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈两端接通交流电源，副线圈两端接上电阻，则A.原、副线圈中电流频率之比f1∶f2＝10∶1B.原、副线圈两端电压之比为U1∶U2＝10∶1C.原、副线圈内交变电流之比I1∶I2＝1∶10D.变压器输入和输出功率之比P1∶P2＝10∶11234√√变压器不改变电流的频率，理想变压器的输入与输出的功率相等，即P1＝P2，所以选项A、D错误.3.(理想变压器基本关系的应用)(多选)如图7所示，一理想变压器的原线圈匝数n1＝1100匝，副线圈匝数n2＝220匝.交流电源的电压u＝220sin100πt(V)，电阻R＝44Ω，电压表、电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是A.副线圈中交变电流的频率为50HzB.电压表的示数为44VC.电流表A1的示数为0.2AD.电流表A2的示数为1.4A1234图7√√√123412344.(探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，必须要选用的是________.A.有闭合铁芯的原、副线圈

B.无铁芯的原、副线圈C.交流电源

D.直流电源

E.多用电表(交流电压挡) F.多用电表(交流电流挡)用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表，1234根据测量数据可判断连接电源的线圈是_____(选填“na”或“nb”).Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98ACEnb解析为了完成实验，需要使用交流电源变压，故选用多用电表的交流电压挡.为了让变压效果明显，需要带闭合铁芯的原、副线圈.由于存在漏磁，所以副线圈测量电压值应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端.1234返回KESHIDUIDIANLIAN课时对点练4考点一变压器基本原理的理解1.(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相等的物理量是A.每匝线圈中磁通量的变化率B.交变电流的频率C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势基础对点练123456789101112√√√2.如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表

的示数是12mA，则副线圈中电流表

的示数是A.3mA B.48mAC.0 D.与R的阻值有关√123456789101112图1解析当导体棒在平行导轨上匀速切割磁感线时，产生的电流是恒定的，不会使副线圈的磁通量变化，因而副线圈中无感应电流，选项C正确.3.(多选)(2021·河北省石家庄市月考)下列关于理想变压器的说法正确的是A.输入功率等于输出功率B.输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能C.输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能D.输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去解析变压器传输的是交变电流，当电流经过原线圈时，在铁芯中产生变化的磁场，电能转化为磁场能，此变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，若副线圈闭合，则产生感应电流，磁场能又转化为电能，理想变压器无漏磁，无能量损失，即输入功率等于输出功率，故A、B正确，C、D错误.√√123456789101112考点二变压器的基本规律4.(2019·江苏卷)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20V时，输出电压A.降低2V B.增加2VC.降低200V D.增加200V√1234567891011125.如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V

6W”的小灯泡并联在副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(均可视为理想电表)的示数分别是A.120V,0.10A B.240V,0.025AC.120V,0.05A D.240V,0.05A√图21234567891011126.如图3所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦式交流电源，电压表V的示数为220V，负载电阻R＝44Ω，电流表A1的示数为0.2A.电表均为理想电表，下列判断正确的是A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1C.电流表A2的示数为0.8AD.电流表A2的示数为0.4A123456789101112图3√1234567891011127.用有效值为220V的正弦交流电通过理想变压器对一灯泡供电，变压器输出电压的有效值是110V，通过灯泡的电流随时间变化的规律如图4所示，则A.变压器的输入功率为110WB.输出电压的最大值是110VC.变压器原、副线圈匝数比是1∶2D.变压器原线圈所在电路中电流的最大值为√123456789101112图41234567891011128.(多选)如图5所示，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上.闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A.以下判断正确的是A.变压器输入功率为484WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2AD.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3√123456789101112图5√123456789101112解析理想变压器的输入功率等于输出功率，P1＝P2＝I2U2＝2.2×60W＝132W，选项A错误；9.(多选)如图6所示，Q是熔断电流为1A的保险丝，R为用电器，理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝2∶1.原线圈的电压为u＝220sin(100πt)V.要使保险丝不熔断，则A.副线圈中电流最大值不超过2AB.副线圈中电流有效值不超过2AC.R的阻值一定不能小于55ΩD.R的阻值一定不能小于77Ω