新教材人教版物理选择性必修第二册学案33变压器.docx

1、新教材人教版物理选择性必修第二册学案33变压器3变压器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。2理解理想变压器的匝数与电压和电流的关系，并能用其解决基本问题。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。 知识点一变压器的原理情境导学如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光。(1)闭合铁芯的作用是什么？(2)两个线圈并没有直接接触，小灯泡为什么能发光？提示：(1)闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使原、副线圈的磁通量变化情况基本相同。(2)原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，

2、变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光。知识梳理1变压器的构造变压器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变压器的工作原理变压器工作的基础是互感现象。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感应电动势。3作用改变交变电流的电压。4理想变压器没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。初试小题1判断正误。(1)变压器中一个线圈与交流电源连接，叫原线圈，也叫初级线圈。()

3、(2)变压器中闭合铁芯是由很薄的硅钢片叠合而成。()(3)变压器的两个线圈间是绝缘的，但通过磁场联系在一起，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。()(4)变压器既能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压。()2如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n241，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为()A3 mA B0C48 mA D与负载R的值有关解析：选B当导体棒向左做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，通过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流，即电流表A

4、2的示数为0，B正确。知识点二电压与匝数的关系情境导学某同学在探究变压器电压与匝数关系时，发现缺少电源，于是就用一个蓄电池代替。他能在实验中观察到什么现象？为什么？提示：无论如何调整副线圈或原线圈匝数，副线圈两端的电压总是0。因为蓄电池输出的是恒定电流，恒定电流通过变压器的原线圈时，电流的大小方向不变，它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变，因此副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压。知识梳理1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、副线圈的匝数之比，即。2两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。3变压器的效率

5、变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。初试小题1判断正误。(1)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。()(2)实际变压器的效率都比较高，可以近似看成理想变压器。()(3)适用于任何变压器。()(4)变压器可以升压也可以降压。()2某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110，当输入电压增加20 V时，输出电压()A降低2 V B增加2 VC降低200 V D增加200 V解析：选D假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，由变压器的工作原理可知，则变压器副线圈的输出电压U210U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U120 V时，变压器的输出电

6、压U210(U120 V)，则输出电压的增加量UU2U210U1200 V10U1200 V。故A、B、C错误，D正确。理想变压器的特点及规律问题探究变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？提示：副线圈，因为副线圈中电流大于原线圈的电流。要点归纳1工作原理2基本规律(1)电压关系：。当有n组线圈时，则有 。(2)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入P出。(3)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得。当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3，得I1n1I2n

7、2I3n3。例题1如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，两个标有“12 V 6 W”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(可视为理想的电表)的示数分别是()A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 A思路点拨解答本题时可按以下思路分析： 解析灯泡正常发光，所以U212 V根据 代入数据解得U1240 V两个灯泡均正常发光，I221 A根据代入数据解得I10.05 A。故D正确。答案D(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能在直流电路中使用。(2)原、副线圈的电压、电流发生变化，而

8、频率不变。(3)当变压器有多个副线圈时，电压关系仍适用，而电流关系式不再适用。 针对训练1如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(V)的交流电源上，副线圈接有R55 的负载，原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为220 WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110 VD副线圈输出交流电的周期为50 s解析：选B由交流电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为220 V，故有效值U1220 V；由知，副线圈电压的有效值U2110 V，故输出功率P2220 W；再由输入功率等于输出功率知P1P2220 W，A项错误。根

9、据欧姆定律知I22 A，由得I11 A，故电流表读数为1 A，B项正确。电压表的读数为有效值，即U2110 V，C项错误。由交流电压的表达式可知，100 rad/s，又T，解得T0.02 s，D项错误。2某理想变压器原、副线圈匝数之比为559，原线圈所接电源电压的变化规律如图所示，副线圈接有负载。下列判断正确的是()A输出电压的最大值为36 VB原、副线圈中电流之比为559C该理想变压器的输入、输出功率之比为559D原线圈两端电压有效值为220 V，频率为50 Hz解析：选D由题图可知原线圈两端电压的有效值U1220 V，频率f50 Hz，D正确；输出电压的有效值U2U136 V，故输出电压的

10、最大值U2max36 V，A错误；由于，B错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，C错误。3在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2n3631，电流表均为理想交流电流表，两电阻阻值相同。当在原线圈两端加上大小为U的交变电压时，三个电流表的示数之比I1I2I3为()A123 B121C136 D593解析：选D由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比可知，解得U2U，U3U，设电流表A3的示数为I，即I3I，则I23I，理想变压器输入功率与输出功率相等，即U1I1U2I2U3I3，解得I1I，则I1I2I3593，故A、B、C错误，D正确。理想变压器的动态变化问题探究如图所示，

11、当开关S闭合后，电压表和电流表的示数是如何变化的？提示：正弦交流电源不变，所以V1与V2示数均不变。当开关S闭合后，副线圈的总电阻减小，则总电流增大，故A2与A1示数变大。要点归纳1电压制约当变压器原、副线圈的匝数之比一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2。2电流制约当变压器原、副线圈的匝数之比一定，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。3功率制约理想变压器的功率P入P出，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。4对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数之比不变，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RI2P

12、2P1I1；(2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝数之比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1。例题2多选如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R。开始时，开关S断开。当开关S接通时，以下说法正确的是()A副线圈两端M、N的输出电压减小B副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C通过灯泡L1的电流减小D原线圈中的电流增大思路点拨解析由于输入电压不变，当S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变。并联灯泡L2，总电阻变小，由欧姆定律知，流过R的电流增大，等效电阻上的电压URIR增大。副线圈输出电流增大，根据

13、输入功率等于输出功率I1U1I2U2，得原线圈输入电流I1也增大。UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小。故A错误，B、C、D正确。答案BCD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。 针对训练1变压器的副线圈匝数可调，R0为输电线电阻。滑动触头P处于如图所示位置时，用户的用电

14、器恰好正常工作。当用电器增多时，下列说法正确的是()A原线圈中的电流减小B副线圈两端的电压减小C用电器增多时，只需使滑动触头P向上滑，用电器仍能正常工作D用电器增多时，只需减小电源的输出电压，用电器仍能正常工作解析：选C原线圈两端电压和原、副线圈匝数比不变，则副线圈两端电压不变，故B错误；当用电器增加时，总电阻减小，副线圈中电流增大，根据原、副线圈电流之比等于匝数的反比可知，原线圈中电流也增大，故A错误；通过R0的电流增大，R0分得的电压也增大，要使用电器仍能正常工作，应增大副线圈两端电压，而原线圈两端电压不变，故应使滑动触头P向上滑动，增加副线圈匝数，C正确；若减小电源的输出电压，在匝数比不

15、变的情况下，副线圈两端电压减小，则用电器不能正常工作，故D错误。2如图所示，某理想变压器原、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交流电。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减少C负载电阻R的阻值增大D负载电阻R的阻值减小解析：选D由，P出，可得P出，又因为P入P出，所以P入，减少原线圈匝数、增大副线圈匝数以及减小负载电阻R的阻值，均可使变压器的输入功率增大，选项D正确。3如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为101，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬

16、时值表达式为u1220 sin 100t(V)，则()A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 VB当t s时，c、d间电压的瞬时值为110 VC单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小解析：选A原、副线圈的匝数之比为101，原线圈两端的电压有效值U1 V220 V，根据，代入数据得U222 V，故电压表的示数为22 V，A正确；当t s时，c、d间电压的瞬间值u220 sinV110 V，故B错误；当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，

17、副线圈输出电压不变，电流减小，即电压表示数不变，电流表示数减小，故C错误；当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈匝数减小，根据知U2变大，电压表和电流表的示数均变大，故D错误。变压器的常见模型1自耦变压器图甲是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取原线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。2互感器电压互感器n1n2，把高电压变为低电压，并联在

18、被测电路中，用电压表测得低电压U2，再根据铭牌上变压之比，算出被测高电压应用于实际测量高电压的器材电流互感器n1n2，把大电流变成小电流，串联在被测电路中，用电流表测得小电流I2，再根据铭牌上变流之比，算出被测大电流测量大电流的一种方法示例如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数之比为k1，电压表读数为U；乙图中变压器原、副线圈的匝数之比为k2，电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为()Ak1U，k2I Bk1U，C，k2I D，解析由理想变压器的工作原理，对甲图得k1，解得U1k1U；对乙图得k2，解得I1。B正确，A、C

19、、D错误。答案B拓展训练1普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图所示。电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab；cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd。为了使交流电流表能正常工作，则()Aab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcd解析：选B电流互感器ab一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，根据电流关系I1n1I2n2知IabIcd，交流电流表应接在电流较小的一侧，故选项B正确。2一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线

20、圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()AU2U1，U2降低BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低DU2U1，U2升高解析：选Ca、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数，在滑动触头由M点移动到N点的过程中，副线圈的匝数进一步减小，由变压器工作原理知，U2U1，且U2降低，选项C正确。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：选C通有正弦式交变电

21、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变化，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。2多选钳形电流表多用于大电流的估测。某钳形电流表如图所示，被测导线、铁芯、线圈构成一个电流互感器。按下手柄时，钳形电流表的铁芯可以被分开，把被测的载流导线放入后，松开手柄，铁芯闭合。导线中的交流在铁芯中产生交变磁场，电流表与套在铁芯上的线圈相连，可以间接得知导线中的电流。关于该钳形电流表，下列说法正确的是()A该钳形电流表属于升压变压器B该钳形电流表属于降压变压器C若载流导线在

22、钳口多绕几圈，则钳形电流表的示数将偏大D若载流导线在钳口多绕几圈，则钳形电流表的示数将偏小解析：选AC钳形电流表用于大电流的估测，输出电流很小，根据变压器的规律可知，钳形电流表实质上是一个升压变压器，故A正确，B错误；根据n1I1n2I2知，若将载流导线在钳口多绕几圈，即n1变大，I1、n2不变，则钳形电流表的示数I2将变大，即与原来示数相比偏大了，故C正确，D错误。3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式交流电源上。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220 V和22 A。以下判断正确的是()A变压器输入功率为484

23、 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22 AD变压器原、副线圈匝数之比n1n2113解析：选BD理想变压器的输入功率等于输出功率，P1P2I2U22260 W132 W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I222 A0.6 A，选项B正确；根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI2 A31 A，选项C错误。4如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法正确的是()A原、副线圈匝数之比为31B原、副线圈匝数之比为13CAB端的输入电压为3UDAB端的输入电压为4U解析：选C设灯泡正常发光时，流过它的

24、电流为I，则该变压器原线圈电流I1I，副线圈中电流I22I，则原、副线圈匝数之比21；所以原线圈两端的电压U1U22U，则AB端输入电压为3U。故A、B、D错误，C正确。5多选如图所示，理想变压器原线圈输入电压u220sin 100t(V)，原、副线圈匝数之比为101，副线圈电路中R0为定值电阻，R是光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小)，图中电表均为理想电表。下列说法正确的是()A变压器输出电压的频率为50 HzB电压表V2的示数为22 VC照射R的光变强时，灯泡L变暗D照射R的光变强时，电压表V1、电流表A1的示数都不变解析：选AC原线圈接正弦式交流电，由题知角速度100 rad/s，所以f Hz50 Hz，故A正确；由表达式知输入电压有效值为220 V，根据知，副线圈电压有效值即电压表V2的示数为22 V，故B错误；光敏电阻R受到的光照增强时，阻值减小，但不会影响变压器的输入电压及输出电压，则副线圈电路总电流变大，原线圈电流也变大，定值电阻分压增大，灯泡两端电压减小，灯泡变暗，故C正确，D错误。