(统编版)2020学年高中物理第二章交变电流第6节变压器教学案教科版选修3
高中物理教科版选修3-2学案：第二章 交变电流
[目标定位］ 1。
理解交变电流、直流的概念,会观察交流电的波形图、2、理解正弦式交变电流的产生,掌握交流电产生的原理。
３。
明白交变电流的变化规律及表示方法、一、交变电流1、交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流、2、直流:方向不随时间变化的电流称为直流,大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流、3。
正弦式交变电流:电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流、这是一种最简单、最基本的交变电流、深度考虑(１)交变电流的大小一定是变化的不?(2)交变电流与直流电的最大区别是什么?答案 (１)交变电流的大小不一定变化,如方波交变电流,其大小是不变的、(２)交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化,而直流电的方向不变、例1 如图所示的图像中属于交变电流的有( )解析 选项Ａ、B 、C 中e 的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,但不是正弦式交变电流;选项Ｄ中ｅ的方向未变化,故是直流、答案 A ＢＣ判断电流是交变电流依然直流应看方向是否变化,只有方向发生周期性变化的电流才是交流电、二、正弦式交变电流的产生1、产生:如图１所示,在匀强磁场中的线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时,产生交变电流。
图12、两个特殊位置:(1)中性面(S ⊥B 位置,如图1中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置,此时Φ最大,错误!未定义书签。
为0,e 为0,i 为0。
(填“最大"或“0”)线圈经过中性面时,电流方向发生改变,线圈转一圈电流方向改变两次。
(2)垂直中性面位置(S ∥B 位置,如图1中的乙、丁)此时Φ为0,ΔΦΔt最大,e 最大,ｉ最大、(填“最大”或“0”) 深度考虑假如将图1中的线圈ＡＢCD 换为三角形,轴ＯO ′也不在中心位置,其他条件不变,还能产生交变电流不?答案 能,因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线,线圈闭合,对轴的位置和线圈形状没有特定要求、例2 如图中哪些情况线圈中产生了交变电流( )解析 由交变电流的产生条件可知,轴必须垂直于磁感线,但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求、故选项B 、C 、D 正确。
2020-2021学年高中物理 第二章 交变电流 6 变压器教案3 教科版选修3-2
变压器一、教学目标1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。
2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。
二、教学重点探究变压比和匝数比的关系。
三、教学难点探究变压比和匝数比的关系。
四、教学方法:引导教学法，实验探究法、讲解法。
五、教学工具学生电源、可拆变压器、交流电压表、灯泡，多媒体六、教学用时：1课时七、教学过程（一）引入新课师：（多媒体展示生活中不同用电器的工作电压）不同的用电器的工作电压是不同的，而我国民用电的电压是220 V，怎么才能使不同工作电压的用电器正常工作呢？生：用变压器变压。
（二）教学过程：1，变压器的构造展示：试验用可拆变压器的结构及小型变压器的结构多媒体：变压器的结构动画变压器的结构：铁芯原线圈副线圈2，变压器的工作原理 思考与讨论：变压器的原，副线圈是否接通？实验演示：1，用直流电源接变压器连接小灯泡（小灯泡闪一下熄灭）2，接直流电源，试触（小灯泡不断的闪烁）3，改接交流电源（小灯泡持续发光）师：变压器是怎样工作的呢？多媒体展示视频（变压器的工作原理）互感现象是变压器工作的基础。
在原线圈上加交变电压U 1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。
这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。
如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。
副线圈两端的电压就是这样产生的。
3，理想变压器（理想化物理模型）忽略变压器原，副线圈的电阻，忽略变压过程中的各种损耗，这样的变压器称为理想变压器。
4，理想变压器的变压规律理论推导：2121n n U U实验验证：（1，展示视频：理想变压器的变压规律。
2，师生一起用学生电源，可拆变压器，交流电压表验证：原，副线圈的匝数比为2:1不变，输入电压分别为12V ，10V ，8V ，6V ，观察交流电压表的示数。
）升压变压器，n 2＞n 1，降压变压器，n 2＜n 1。
教科版高中物理选修(3-2)第二章《交变电流》学案
教科版高中物理选修（3-2）第二章《交变电流》学案一、交变电流“四值”的计算和应用1．最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值Em ＝NBSω，在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值．2．有效值：正弦式交流电的有效值I ＝Im 2，其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值． 3．瞬时值：当从线圈平面处于中性面时开始计时，瞬时电动势的表达式为e ＝Emsin ωt.瞬时值对应某一时刻的电压、电流值．4．平均值：平均值需用E ＝N ΔΦΔt 和I ＝E R进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值．q ＝I ·Δt ＝N ΔΦR. 例1 如图1所示，交流发电机的矩形线圈abcd 中，ab ＝cd ＝50 cm ，bc ＝ad ＝30 cm ，匝数n ＝100匝，线圈电阻r ＝0.2 Ω，外电阻R ＝4.8 Ω.线圈在磁感应强度B ＝0.05 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO′匀速转动，角速度ω＝100π rad/s.图1(1)求产生感应电动势的最大值．(2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式．(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少？(4)此发电机的功率为多少？(5)从图示位置起，转过90°过程中，平均电动势为多少？通过线圈截面的电荷量为多少？ 解析 (1)设ab ＝l1，bc ＝l2，则交流电动势的最大值Em ＝nBl1l2ω≈235.5 V(2)根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值Im ＝Em R ＋r ＝47.1 A 在题图所示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为i ＝Imcos ωt ，代入数值得i ＝47.1cos (100πt) A(3)电流的有效值为I ＝Im 2≈33.3 A 路端电压的有效值为U ＝IR≈160 V即电压表的示数为160 V ，电流表的示数为33.3 A.(4)电动势的有效值为E ＝Em 2≈166.5 V 则发电机的功率为P ＝IE≈5 544 W(5)平均电动势为E ＝n ΔΦΔt ＝n BS －0π/2ω＝n 2Bl1l2ωπ＝150 V 通过线圈截面的电荷量q ＝I Δt ＝E R ＋r Δt ＝n ΔΦR ＋r ＝n Bl1l2R ＋r＝0.15 C 答案 (1)235.5 V (2)i ＝47.1cos (100πt) A(3)160 V 33.3 A (4)5 544 W (5)150 V 0.15 C二、交变电流图像的应用交流电的图像反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征，对正弦式交流电来说，我们可以从图像中获取如下信息：1．交流电的周期(T)一个完整的正弦波对应的时间段，知道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω＝2πT. 2．交流电的最大值(Em 、Im)图像上的峰值，知道了最大值，便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值．3．任意时刻交流电的瞬时值图像上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值．例2 如图2所示是某正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的 ( )图2A ．周期是0.01 sB ．最大值是311 VC ．有效值是220 VD ．表达式为u ＝220sin πt (V)解析 由题图知：最大值Um ＝311 V ，且为正弦交流电，有效值U ＝Um 2≈220 V ，周期T ＝0.02 s ，表达式为u ＝311sin (100πt) V ，故B 、C 选项正确．三、变压器电路的动态问题分析动态分析该类问题的思路可表示为：例3 用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，如图3所示．开始时开关S 是断开的．现将开关S 闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是 ( )图3A.、的示数不变，的示数增大，的示数减小，P 入增大B.、的示数不变，、的示数增大，P 入增大C.、的示数不变，、的示数减小，P 入减小D.的示数不变，的示数增大，的示数减小，的示数增大，P 入减小 解析 电压表的示数由输入电压决定；电压表的示数由输入电压U1(大小等于电压表的示数)和匝数比n1/n2决定；电流表的示数由输出电压U2(大小等于电压表的示数)和负载电阻R 负决定；电流表的示数即I1由变压器的匝数比n2/n1和输出电流I2决定；P 入随P 出而变化，由P 出决定．因输入电压不变，所以电压表的示数不变．据公式U2＝n2U1/n1，可知U2也不变，即电压表的示数不变．又据I2＝U2/R 负知，S 闭合后R 负减小，故I2增大，电流表的示数增大；输入电流I1随输出电流I2的增大而增大，故电流表的示数增大．因P 出＝U2I2，故P 出增大．P 入随P 出变化而变化，故P 入也增大．故选B.答案 B四、远距离输电线路的分析与计算解决远距离输电问题要注意以下两点：1．首先画出输电示意图，包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，在图中标出相应物理量符号，利用输电电流I ＝P/U ，输电线上损失电压ΔU ＝IR 线，输电线损失功率ΔP ＝I2R 线＝⎝⎛⎭⎫P U 2R 线及其相关知识解答．2．分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系．例4 发电机输出功率为40 kW ，输出电压400 V ，用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5 Ω，到达用户后再用变压器降为220 V ，求：(1)输电线上损失的电功率是多少？(2)降压变压器的变压比是多少？解析 输电线路如图所示(1)发电机输出的电压为400 V ，经升压变压器后电压为U ＝51×400 V ＝2×103 V ，由P ＝UI 得输电线上的电流I ＝P U ＝40×1032×103A ＝20 A ，输电线上损失的功率ΔP ＝I2R ＝202×5 W ＝2×103 W.(2)输电线上的电压损失ΔU ＝IR ＝20×5 V ＝100 V加在降压变压器原线圈两端的电压U1＝U －ΔU ＝2×103 V －100 V ＝1.9×103 V ，降压变压器副线圈两端的电压(用户所需的电压)U2＝220 V ，故降压变压器的变压比n1n2＝U1U2＝1.9×103 V 220 V ＝9511. 答案 (1)2×103 W (2)95∶111．(交变电流图像的应用)在匀强磁场中，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图4甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则 ( )图4A ．t ＝0.005 s 时线框的磁通量变化率为零B ．t ＝0.01 s 时线框平面与中性面重合C ．线框产生的交变电动势有效值为311 VD ．线框产生的交变电动势频率为100 Hz2．(变压器电路的动态分析问题)如图5所示，是通过街头变压器降压给用户供电的示意图．输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动．输出电压通过输电线输送给用户，每条输电线总电阻用R0表示．当负载增加时，则 ( )图5A ．电压表的示数减小B ．电流表的示数减小C ．电流表的示数减小D ．电压表、的示数之差增大3．(交变电流“四值”的应用和计算)如图6所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝0.5 T ，边长L ＝10 cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r ＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s ，外电路电阻R ＝4 Ω，求：图6(1)转动过程中感应电动势的最大值；(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；(4)交流电压表的示数；(5)线圈转动一周外力所做的功；(6)从图示位置起，16周期内通过R 的电荷量为多少？4．(远距离输电线路的分析与计算)一交流发电机输出端的电压为220 V ，输出功率为4 400 W ．若用2 Ω的输电导线给用户送电．(1)如果用220 V 的电压直接输送，用户得到的电压和电功率各是多少？输电效率是多少？(2)如果先用匝数比为1∶10的变压器将电压升高，经过同样的输电线后，再用匝数比为10∶1的变压器将电压降低供给用户，用户得到的电压和电功率各是多少？输电效率又是多少？。
2020学年高中物理第二章交变电流第6节变压器课件教科版选修3_2
是电容器，其击穿电压为
2 2
V．图乙为原线圈两端的输入电
压与时间的关系图像．下列说法正确的是( )
A．输入电压的频率为 50 Hz，经过变压器后通过电阻的交流 电频率为 25 Hz B．S 断开时电压表的示数为 1.41 V，电流表的示数为 0.35 A C．S 断开时电压表的示数为 1 V，电流表的示数为 0.25 A D．闭合开关 S，电容器将被击穿 [解题探究] (1)变压器能否改变交流电的频率？ (2)电表示数是交流电的有效值． (3)电容器击穿电压是最大值．
(1)变压器可以改变交变电流的电压，不能改变 交变电流的周期和频率． (2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最 大值)间的关系，对于某时刻的瞬时值其关系不成立．
命题视角 1 只有一个副线圈的变压器
如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 n1∶n2 ＝2∶1，电表均为理想电表，两个电阻的阻值均为 1 Ω，C
[解析] (1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由UU12＝nn12得 n2＝UU21n1＝2620×1 100 匝＝30 匝 n3＝UU31n1＝211200×1 100 匝＝550 匝． (2)设原线圈输入电流为 I1，由 P 入＝P 出得 I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3 I1＝P2U＋1P3＝202＋2060 A≈0.36 A. [答案] (1)30 匝 550 匝 (2)0.36 A
一、变压器的结构与原理 1．结构：一个_铁__芯___和两组__线__圈__．与电源相连的一组线圈 称为_原__线__圈___，也叫初级线圈；另一组接负载，称为__副__线__圈__， 也叫次级线圈．如图甲、乙所示，分别表示变压器模型与符 号．
2．工作原理：变压器工作的基础是_电__磁__感__应___现象．
2020-2021学年教科版选修3-2 第二章 6. 变压器 教案
变压器教案学习目标知识与技能1．了解变压器的构造及工作原理。
2．掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。
3．掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。
过程与方法1．通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。
2．从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。
3．从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。
情感态度与价值观1．通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。
2．让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。
3．培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。
重点、难点、疑点及解决办法重点变压器工作原理及工作规律。
难点(1)理解副线圈两端的电压为交变电压。
(2)推导变压器原副线圈电流与匝数关系。
(3)掌握公式中各物理量所表示对象的含义。
疑点变压器铁心是否带电即如何将电能从原线圈传输出到副线圈。
解决办法(1)通过理论推导来研究变压器工作规律使学生能在数学推导过程中建立规律。
(2)通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电流与匝数间的关系。
(3)通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义。
教具准备可拆式变压器学生活动设计1．通过数据处理、得出结论的全过程，使学生获得新知识。
2．通过提问引发学生思考，并应用学到的知识来解决实际问题。
4．通过练习掌握公式的应用及理解公式各物理量的含义。
六、教学过程(一)明确目标通过实验得出变压器工作规律并能运用解决实际问题。
(二)整体感知这节内容承上启下，它是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，体现出了交变电流的优点，为电能输送奠定了基础。
(三)重点、难点的学习与目标完成过程1．引入新课幻灯打出一组数据从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？出示已拆录音机，指出变压器。
这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压，从而使我们各类用电器在供电电压220V以下都能正常工作。
【新部编版】2020版高中物理 第二章 交变电流 2.6 变压器学案 教科版选修3-2
6 变压器[学习目标] 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系，并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.一、变压器的结构与原理1.变压器的结构：变压器包括三个基本组成部分，一个铁芯及两组线圈.两组线圈中的一组与电源相连，称为原线圈，也叫初级线圈；另一组接负载，称为副线圈，也叫次级线圈.2.变压器工作原理：当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过原线圈也穿过副线圈，在原、副线圈中都产生感应电动势. 二、理想变压器的电压与匝数的关系1.理想变压器：理想变压器中，原、副线圈电流产生磁场的磁感线都集中在铁芯内，且没有能量损耗.2.理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比，即U 1U 2＝n 1n 2. 三、理想变压器的电流与匝数的关系1.理想变压器的输入功率＝(选填“>”、“<”或“＝”)输出功率，即U 1I 1＝U 2I2. 2.理想变压器的电流与匝数关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1. 四、电压互感器和电流互感器1.电压互感器是一种降压变压器，它的初级并联在高压交流线路上，次级与交流电压表相连.2.电流互感器是一种升压变压器，它的原线圈串联在被测交流电路中，副线圈与交流电流表相连. [即学即用]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)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失.( × ) (4)理想变压器不能改变交变电流的频率.( √ )2.一台理想降压变压器从10 kV 的线路中降压并提供200 A 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________. 答案 250 V 50 kW 5 A解析 由U 1U 2＝n 1n 2，得U 2＝U 1n 2n 1＝10×103×140 V ＝250 V ；由理想变压器功率关系，得P 入＝P 出＝U 1I 1＝U 2I 2＝250×200 W ＝50 kW ，同时得I 1＝U 2I 2U 1＝250×20010×103 A ＝5 A.一、变压器的原理及电压与匝数的关系[导学探究] 如图1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，接通电源，小灯泡能发光.图1(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？ (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？答案 (1)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，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率ΔΦΔt 都相同，若左边匝数为n 1，则U 1＝E 1＝n 1ΔΦΔt.若右边匝数为n 2，则U 2＝E 2＝n 2ΔΦΔt ，故有E 1E 2＝n 1n 2；若忽略左边线圈的电阻则有U 1＝U 电源，这样看来只要n 1≠n 2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等.小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关. (3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势. [知识深化]1.变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流.2.变压器不能改变交流电的频率与功率.3.变压器原、副线圈中电压关系 (1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2(2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…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 答案 C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，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，故D 错误.二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系 [导学探究] 阅读教材回答下列三个问题：(1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？ (2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系. (3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.答案 (1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出. (2)由能量守恒有P 入＝P 出，即U 1I 1＝U 2I 2. 所以I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1.(3)若有多个副线圈，则P 1＝P 2＋P 3＋…， 即U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…将U 1∶U 2∶U 3∶…＝n 1∶n 2∶n 3∶…代入得n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…[知识深化] 1.电流关系(1)只有一个副线圈时，有U 1I 1＝U 2I 2，得：n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2n 1.(2)当有多个副线圈时，由I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋……得：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋……. 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P 入＝P 出.例2 如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻R L ＝6 Ω，AB 两端电压u 1＝122sin 100πt (V).下列说法正确的是( )图2A.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答案 D解析 根据u 1＝122sin 100πt (V)及U ＝U m2知U 1＝12 V ，f ＝ω2π＝50 Hz ，选项A 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝12×12 V＝6 V ，即的读数为6 V ，选项B 错误；又I 2＝U 2R L ＝66A ＝1 A ，即的读数为1 A ，选项C 错误；根据P 入＝P 出及P 出＝U 22R L ＝626W ＝6 W ，选项D 正确.1.电压表、电流表示数均为有效值.2.理想变压器P 入＝P 出.3.变压器不改变频率，即原、副线圈交变电流频率相等.三、理想变压器的动态分析 1.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U 1决定输出电压U 2，当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定时，有U 2＝n 2U 1n 1. (2)功率制约：P 出决定P 入，P 出增大，P 入增大；P 出减小，P 入减小；P 出为0，P 入为0.(3)电流制约：副线圈中的输出电流I 2决定原线圈中的电流I 1，当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定，且输入电压U 1确定时，有I 1＝n 2I 2n 1.2.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 →I 2→P 出→P 入→I 1.(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n 1、n 2→U 2→I 2→P 出→P 入→I 1.例3 (多选)如图3所示，T 为理想变压器，电流表、电压表均为理想交流电表.R 1、R 2为定值电阻，R 3为滑动变阻器，L 为电感线圈，A 、B 两点间接正弦交流电，则( )图3A.只将滑片P 1下移时，电流表示数变小B.只将滑片P 2下移时，电压表示数变大C.只增大交流电的电压时，电流表示数变大D.只增大交流电的频率时，电压表示数不变 答案 AC解析 只将滑片P 1下移时，变压器副线圈输出电压U 2减小，由U 1I 1＝U 22R可知，U 1、R 不变，I 1减小，A 正确；只将滑片P 2下移时，副线圈电路中的总电阻减小，U 2不变，因此副线圈电路中的电流增大，R 1两端的电压增大，R 3两端的电压减小，电压表的示数减小，B 错误；只增大交流电的电压时，根据变压器的变压比公式可知，副线圈两端的电压增大，因此副线圈的电流增大，根据变流比公式可知，原线圈的电流增大，故电流表示数增大，C 正确；只增大交流电的频率时，电感线圈的感抗增大，副线圈电路中的总电阻增大，总电流减小，R 1两端的电压减小，R 3两端的电压增大，电压表示数增大，D 错误.针对训练 如图4所示，理想变压器原、副线圈回路中的输电线的电阻忽略不计.当S 闭合时( )图4A.电流表A 1的读数变大，电流表A 2的读数变小B.电流表A 1的读数变大，电流表A 2的读数变大C.电流表A 1的读数变小，电流表A 2的读数变小D.电流表A 1的读数变小，电流表A 2的读数变大 答案 B解析 当S 闭合后，变压器副线圈电路中的总电阻R 减小，而输出电压不变.由I 2＝U 2R得I 2增大，即电流表A 2的读数变大，变压器的输出功率变大.由U 1I 1＝U 2I 2可知，I 1变大，即电流表A 1的读数也变大，选项B 正确. 四、自耦变压器和互感器 1.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图5所示.图52.互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流. 互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器.①电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压.(如图6所示)图6②电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流.(如图7所示)图7例4(多选)如图8甲、乙所示是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是( )图8A.线圈匝数n1<n2，n3<n4B.线圈匝数n1>n2，n3>n4C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路答案CD解析题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确.1.电压互感器应并联接入电路，电流互感器应串联接入电路.2.电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2.3.电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2.例5如图9所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0＝220 V，n0＝2 200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1 100匝、2 200匝.电动机M的内阻r＝4 Ω，额定电压为U＝220 V，额定功率P＝110 W.下列判断正确的是( )图9A.当选择挡位3时，电动机两端电压为110 VB.当挡位由3变换到2时，电动机的功率增大C.当选择挡位2时，电动机的热功率为1 WD.当选择挡位4时，电动机的输出功率为110 W答案 A解析 由电压与匝数的关系U 0∶U 3＝n 0∶n 3，解得U 3＝110 V ，A 正确；当挡位由3变换到2时，输出电压减小，电动机的功率减小，B 错误；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I ＝P U＝0.5 A ，热功率P r ＝I 2r ＝1 W ，输出功率为P －P r ＝(110－1) W ＝109 W ，D 错误；当没有达到额定功率时，热功率小于1 W ，C 错误.1.(变压器的工作原理)(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是( ) 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 答案 ABC2.(理想变压器基本关系的应用)(多选)如图10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，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( )图10A.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n 1∶n 2＝11∶3 答案 BD解析 变压器的输入功率等于输出功率P 1＝P 2＝I 2U 2＝2.2×60 W＝132 W ，选项A 错误；n 1n 2＝U 1U 2＝22060＝113，选项D正确；由I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2n 1I 2＝311×2.2 A＝0.6 A ，选项B 正确；根据I ＝I m2得通过副线圈的电流的最大值I 2m ＝2I 2＝1152 A ，选项C 错误. 3.(理想变压器的动态分析)如图11所示，理想变压器原线圈输入电压u ＝U m sin ωt ，副线圈电路中R 0为定值电阻，R 是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U 1和U 2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I 1和I 2表示.下列说法正确的是( )图11A.I 1和I 2表示电流的平均值B.U 1和U 2表示电压的最大值C.滑片P 向下滑动过程中，U 2不变、I 1变大D.滑片P 向下滑动过程中，U 2变小、I 2变大 答案 C解析 电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A 、B 错误.根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1，U 1不变，则U 2不变，滑片P 向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，由闭合电路欧姆定律知I 2变大，根据I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2n 1I 2，I 1变大，故C 正确，D 错误.4.(互感器)(多选)如图12所示，L 1、L 2是高压输电线，图中两电表示数分别是220 V 和10 A ，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则( )图12A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 VB.甲图是电流互感器，输电电流是100 AC.乙图中的电表是电压表，输电电压为22 000 VD.乙图是电流互感器，输电电流是100 A 答案 AD解析 根据U 1U 2＝n 1n 2，有U 1＝n 1n 2U 2＝1001×220 V＝22 000 V ，故A 正确；题图甲是电压互感器，故B 错误；题图乙是电流互感器，电表是电流表，故C 错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比I 1I 2＝n 4n 3，有I 1＝n 4n 3I 2＝101×10A ＝100 A ，故D 正确.。
2020学年高中物理第二章交变电流6变压器学案教科版选修3-2
6 变压器[目标定位] 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的功率关系.3.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.一、变压器的结构与原理1.变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号.图1(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n 1表示)、副线圈(匝数用n 2表示).输入电压是U 1，输出电压是U 2，两个线圈都绕在闭合铁芯上.(2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈. (3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈.2.变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率ΔΦΔt 相等，若原线圈匝数为n 1，则U 1＝n 1ΔΦΔt ，副线圈匝数为n 2，则U 2＝n 2ΔΦΔt ，所以U 1U 2＝n 1n 2.3.原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载. (2)副线圈在其所处回路中充当电源.4.变压器不改变(填“改变”或“不改变”)交流电的频率.深度思考(1)把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？(2)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？图2答案(1)能.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通量，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.(2)不发光.例1理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是( )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答案ABC变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变功率和交变电流的频率.二、理想变压器的规律1.理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁；无发热损失.(2)原副线圈不计内阻，即也无能量损失.2.理想变压器的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.变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2. (2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…… 4.电流关系(1)只有一个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2，得：n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2n 1(2)当有多个副线圈时，由I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋……得：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…… 5.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U 1决定输出电压U 2.(填“U 1”或“U 2”)(2)功率制约：P 出决定P 入，这体现了能量守恒的特点.(填“P 出”或“P 入”) (3)电流制约：输出电流I 2决定输入电流I 1.(填“I 1”或“I 2”) 深度思考变压器为什么不能改变交流电的频率？答案 因为原、副线圈中的磁通量变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率.例2 如图3所示，理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻R L ＝6Ω，AB 两端电压u 1＝122sin100πt (V).下列说法正确的是( )图3A.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解析 根据u 1＝122sin100πt (V)及U ＝U m2知U 1＝12V ，f ＝ω2π＝50Hz ，选项A 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝12×12V＝6V ，即的读数为6V ，选项B 错误；又I 2＝U 2R L ＝66A ＝1A ，即的读数为1A ，选项C 错误；根据P 1＝P 2及P 2＝U 22R L ＝626W ＝6W ，选项D 正确.答案 D(1)电压表、电流表示数均为有效值. (2)理想变压器P 入＝P 出.(3)变压器不改变频率，即原、副线圈电流频率相等.针对训练 如图4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变电源上.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( )图4A.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n 1∶n 2＝11∶3 答案 BD解析 变压器的输入功率P 1＝P 2＝I 2U 2＝2.2×60W＝132W ，选项A 错误；由U 1U 2＝n 1n 2得n 1n 2＝22060＝113，选项D 正确；由I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2n 1I 2＝311×2.2A＝0.6A ，选项B 正确；根据I ＝I m2得通过副线圈的电流的最大值I 2m ＝2I 2＝1152A ，选项C 错误.例3 如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n 1∶n 2∶n 3＝10∶5∶1，其中n 1接到220V 的交流电源上，n 2和n 3分别与电阻R 2、R 3组成闭合回路.已知通过电阻R 3的电流I 3＝2A ，电阻R 2＝110Ω，求通过电阻R 2的电流I 2和通过原线圈的电流I 1.图5解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R 2上的电压U 2＝n 2n 1U 1＝510×220V＝110V通过电阻R 2的电流I 2＝U 2R 2＝110110A ＝1A加在R 3上的电压U 3＝n 3n 1U 1＝110×220V＝22V根据输出功率等于输入功率得：U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3代入数据解得通过原线圈的电流为：I 1＝0.7A.答案 1A 0.7A含多个副线圈的变压器，电压仍与匝数成正比，但电流关系只能通过功率关系来判断.三、电压互感器和电流互感器1.电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图6甲所示.(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地. (3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压.图62.电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示.(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地. (3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流.例4 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7所示，图中电流互感器ab 一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab ，cd 一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd ，为了使电流表能正常工作，则( )图7A.ab接MN、cd接PQ，I ab＜I cdB.ab接MN、cd接PQ，I ab＞I cdC.ab接PQ、cd接MN，I ab＜I cdD.ab接PQ、cd接MN，I ab＞I cd解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd 接PQ，I ab＞I cd，故B正确.答案 B(1)电压互感器U1>U2，n1>n2；(2)电流互感器I1>I2，n1<n2.(3)电压互感器应并联接入电路，电流互感器应串联接入电路.1.(变压器原理分析)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答案 C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，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，故D错误.2.(理想变压器基本规律的应用)如图8所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V,6W”的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(可视为理想电表)的示数分别是( )图8A.120V,0.10AB.240V,0.025AC.120V,0.05AD.240V,0.05A答案 D解析 两灯泡正常工作，副线圈电压U 2＝12V ，副线圈电流I 2＝2×612A ＝1A ，根据匝数比得原线圈电流I 1＝120I 2＝0.05A ，原线圈电压U 1＝20U 2＝240V ，选项D 正确.3．(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图9所示，一理想变压器的原线圈A 、B 两端接入电压为u ＝32sin 314t V 的交变电流．原线圈匝数n 1＝100匝，副线圈匝数n 2＝200匝，则( )图9A ．将击穿电压为6 V 的电容器接在C 、D 两端，能正常工作B ．把电磁打点计时器接在C 、D 两端，打点周期为0.02 s C ．把额定电压为6 V 的小灯泡接在C 、D 两端，小灯泡能正常工作 D ．把交流电压表接在C 、D 两端时，电压表读数为8.48 V 答案 BC解析 交变电流的周期T ＝2πω＝0.02 s ，有效值U 1＝3 V ，变压器不改变交变电流的频率，故B 正确；由U 1U 2＝n 1n 2，得U 2＝n 2n 1U 1＝6 V ，变压器输出电压的峰值为6 2 V ，故大于电容器的击穿电压，A 、D 错误，C 正确．4.(互感器的应用)如图10所示，L 1和L 2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n 1∶n 2＝1000∶1，n 3∶n 4＝1∶100，图中电压表示数为220V ，电流表示数为10A ，则高压输电线的送电功率为( )图10答案 C解析 由电流互感器知高压输电线中电流I ＝1000A ，由电压互感器知高压输电线的电压U ＝220×103V ，则高压输电线的送电功率P ＝UI ＝2.2×108W.题组一 变压器原理分析1．(多选)如图1，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a 和b.当输入电压U 为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是( )图1A ．原、副线圈匝数比为9∶1B ．原、副线圈匝数比为1∶9C ．此时a 和b 的电功率之比为9∶1D ．此时a 和b 的电功率之比为1∶9 答案 AD解析 设灯泡的额定电压为U 0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U 1＝9U 0，副线圈两端电压为U 2＝U 0，故U 1U 2＝91，根据U 1U 2＝n 1n 2＝91，A 正确，B 错误；根据公式I 1I 2＝n 2n 1可得，I 1I 2＝19，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P ＝UI 可得，灯泡a 和b 的电功率之比为1∶9，C 错误，D 正确．2.如图2甲、乙所示的电路中，当A 、B 接有效值为10V 的交流电压时，C 、D 间电压的有效值为4V ；当M 、N 接10V 直流电压时，P 、Q 间的电压也为4V.现把C 、D 接4V 交流电压，P 、Q 接4V 直流电压，下列表示A 、B 间和M 、N 间电压的是( )图2A.10V,10VB.10V,4VC.4V,10VD.10V,0答案 B解析 题图甲是一个自耦变压器，当A 、B 作为输入端，C 、D 作为输出端时，是一个降压变压器，两边的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，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C 、D 接4V 交流电压时，A 、B 间将得到10V 交流电压.题图乙是一个分压电路，当M 、N 作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们电阻的大小成正比.但是当把电压加在P 、Q 两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流通过，M 、P 两端也就没有电势差，即M 、P 两点的电势相等.所以当P 、Q 接4V 直流电压时，M 、N 两端的电压也是4V.如果M 、N 或P 、Q 换成接交流电压，上述关系仍然成立，因为交流电在纯电阻电路中欧姆定律仍然适用. 题组二 变压器基本规律的应用3.如图3所示，一输入电压为220V 、输出电压为36V 的变压器副线圈烧坏.为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，然后将原线圈接到220V 交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为1V ，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )图3A.1100,360B.1100,180C.2200,180D.2200,360答案 B解析 由U 1∶U 2∶U 3＝n 1∶n 2∶n 3，可得n 1＝U 1U 3n 3＝1100匝，n 2＝U 2U 1n 1＝180匝，B 选项正确. 4.一台理想变压器从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，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是( ) A.5A,250V,50kW B.5A,10kV,50kW C.200A,250V,50kW D.200A,10kV,2×103kW 答案 A解析 设原线圈的输入电压、电流、输入功率分别为U 1、I 1、P 1，副线圈输出电压、电流、输出功率分别为U 2、I 2、P 2，原、副线圈匝数分别为n 1、n 2.由I 1I 2＝n 2n 1知I 1＝n 2n 1I 2＝140×200A＝5A. 由U 1U 2＝n 1n 2知U 2＝n 2n 1U 1＝140×10×103V ＝250V ， 输出功率P 出＝U 2I 2＝250×200W＝50kW.5.(多选)如图4所示是霓虹灯的供电电路图，变压器可视为理想变压器.已知变压器原线圈与副线圈的匝数比n 1n 2＝120，加在原线圈两端的电压为u 1＝2202sin (100πt ) V.霓虹灯正常工作的电阻R ＝440k Ω，I 1、I 2表示原、副线圈中的电流.下列判断正确的是( )图4A.副线圈两端电压为6220V ，副线圈中的电流为14.1mAB.副线圈两端电压为4400V ，副线圈中的电流为10mAC.I 1＜I 2D.I 1＞I 2 答案 BD解析 原线圈两端电压的有效值U 1＝U m2＝22022V ＝220V ，由变压比U 1U 2＝n 1n 2知，U 2＝U 1n 2n 1＝4400V ，副线圈中的电流I 2＝U 2R ＝4400440×103A ＝0.01A ＝10mA ，原、副线圈中的电流跟匝数成反比，故I 1＞I 2.6.如图5所示，理想变压器的原线圈接入u ＝110002sin(100πt )V 的交变电压，副线圈通过电阻r ＝6Ω的导线对“220V，880W”的用电器R L 供电，该电器正常工作，由此可知( )图5A.原、副线圈的匝数比为50∶1B.交变电压的频率为100HzC.副线圈中电流的有效值为4AD.变压器的输入功率为880W 答案 C解析 因为用电器正常工作，可知用电器R L 上的电压是220 V ，电流为4 A ，C 正确；副线圈电压为244 V ，所以原副线圈匝数比n 1n 2＝U 1U 2＝11 000244≈45∶1，A 错误；变压器不改变交变电流的频率，原线圈电压频率为50 Hz ，副线圈电压频率还是50 Hz ，B 错误；变压器输入功率等于输出功率，输出功率为976 W ，所以输入功率也为976 W ，D 错误.7.(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n 1∶n 2＝2∶1.原线圈的电压为u ＝2202sin (100πt ) V.要使保险丝不熔断，则( )图6A.副线圈电流最大值不超过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 答案 BC解析 保险丝的原理是电流的热效应，应该用电流的有效值.由U 1U 2＝n 1n 2得：U 2＝n 2n 1U 1＝12×220V＝110V.由I 1I 2＝n 2n 1得：I 2＝n 1n 2I 1＝21×1A＝2A.所以R min ＝U 2I 2＝55Ω，故B 、C 正确.8.一理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝11∶5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u 随时间t 变化的图像如图7所示，副线圈仅接入一个10Ω的电阻.则( )图7A.流过电阻的电流是20AB.与电阻并联的电压表的示数是1002VC.经过1min 电阻发出的热量是6×103J D.变压器的输入功率是1×103W 答案 D解析 设输入电压为U 1，输出电压为U 2，由U 1U 2＝n 1n 2知U 2＝100V ，I 2＝U 2R ＝10010A ＝10A ，故选项A 、B 错误；1min 内电阻产生的热量Q ＝I 22Rt ＝102×10×60J＝6×104J ，故选项C 错误；P 入＝P出＝U 22R＝1×103W ，故选项D 正确. 9．一含有理想变压器的电路如图8所示，图中电阻R 1、R 2和R 3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和 4 Ω，为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S 断开时，电流表的示数为I ；当S 闭合时，电流表的示数为4I .该变压器原、副线圈匝数比为( )图8A ．2B ．3C ．4D ．5答案 B解析 开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比I I 2＝n 2n 1，通过R 2的电流I 2＝In 1n 2，副线圈的输出电压U 2＝I 2(R 2＋R 3)＝5In 1n 2，由U 1U 2＝n 1n 2可得原线圈两端的电压U 1＝5I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22，则U ＝U 1＋IR 1＝5I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22＋3I ；开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比4I I 2′＝n 2n 1，通过R 2的电流I 2′＝4In 1n 2，副线圈的输出电压U 2′＝I 2′R 2＝4In 1n 2，由U 1′U 2′＝n 1n 2可得原线圈两端的电压U 1′＝4I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22，则U ＝U 1′＋4IR 1＝4I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n22＋12I ，联立解得n 1n 2＝3，选项B 正确．甲 乙题组三 几种变压器的使用10.一自耦变压器如图9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 间作为副线圈，在a 、b 间输入电压为U 1的交变电流时，c 、d 间的输出电压为U 2，在将滑动触头从M 点顺时针转到N 点的过程中( )图9A ．U 2>U 1，U 2降低B ．U 2>U 1，U 2升高C ．U 2<U 1，U 2降低D ．U 2<U 1，U 2升高答案 C解析 由U 1U 2＝n 1n 2，n 1>n 2知U 2<U 1；滑动触头从M 点顺时针旋转至N 点过程，n 2减小，则U 2降低，C 项正确．11.(多选)为了监测变电站向外输电情况，要在变电站安装互感器，其接线如图10所示，两变压器匝数分别为n 1、n 2和n 3、n 4，a 和b 是交流电表，则( )图10A.n 1＞n 2B.n 3＞n 4C.a 为交流电流表，b 为交流电压表D.a 为交流电压表，b 为交流电流表 答案 AD解析 由电路连接方式可知，左图是电压互感器，把高电压经过变压器降压后测量，所以n 1＞n 2，a 为交流电压表，右图为电流互感器，把大电流经过变压器变为小电流再测量，所以n 3＜n 4，b 为交流电流表.12.如图11所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n 1＝1100匝.接入电压U 1＝220V 的交流电路中.图11(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U 2＝6V ，U 3＝110V ，它们的匝数n 2、n 3分别为多少？ (2)若在两副线圈上分别接上“6V,20W”、“110V，60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？答案 (1)30匝 550匝 (2)411A解析 (1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系： 由U 1U 2＝n 1n 2得n 2＝U 2U 1n 1＝6220×1100匝＝30匝n 3＝U 3U 1n 1＝110220×1100匝＝550匝.(2)设原线圈输入电流为I 1，由P 入＝P 出得U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＝P 2＋P 3所以I 1＝P 2＋P 3U 1＝20＋60220A ＝411A.。
2024-2025学年高中物理第二章交变电流第06节变压器教案粤教版选修3-2
设计实践活动或实验，让学生在实践中体验变压器知识的应用，提高实践能力。
在变压器新课呈现结束后，对变压器知识点进行梳理和总结。
强调变压器重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。
（四）巩固练习（预计用时：5分钟）
随堂练习：
随堂练习题，让学生在课堂上完成，检查学生对变压器知识的掌握情况。
鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决变压器问题。
5.实验操作：进行变压器实验，观察并记录原副线圈的电压、电流变化，验证变压器的原理和特性。
核心素养目标
本节课旨在培养学生的物理学科核心素养，主要包括：
1.科学探究能力：通过实验观察和数据分析，让学生掌握变压器的基本原理和特性，培养学生的实验操作能力和问题解决能力。
2.物理观念：引导学生理解电磁感应现象，形成关于电压、电流和匝数之间关系的正确观念。
3.学生可能遇到的困难和挑战：在学习变压器的原理和特性时，学生可能对电磁感应现象的理解不够深入，难以把握电压、电流与匝数之间的关系。此外，在进行实验操作时，学生可能对仪器的使用和数据的处理存在一定的困难。同时，对于变压器在实际生活中的应用，部分学生可能缺乏直观的认识。
教学资源准备
1.教材：确保每位学生都有粤教版选修3-2《高中物理》的第二章交变电流的第06节变压器教案。教材作为基本的学习材料，是学生获取知识的重要来源。
在教学策略方面，我采用了小组讨论和互动探究的方式，以提高学生的合作精神和沟通能力。我发现，这种教学方式能够激发学生的学习兴趣和主动性，同时也有助于学生对变压器知识的理解和掌握。然而，在小组讨论的过程中，我发现有些学生参与度不高，这可能需要我在今后的教学中更加关注学生的参与情况，并采取相应的措施提高学生的参与度。
7.学习任务单：设计学习任务单，引导学生通过实验观察、数据分析等方式，自主探究变压器的原理和特性，提高学生的实践能力。
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第6节 变_压_器一、变压器的结构与原理 1．变压器的结构变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，变压器的模型与符号如图261所示。
图261(1)原线圈：与电源相连接的线圈，也叫初级线圈。
(2)副线圈：与负载相连接的线圈，也叫次级线圈。
2．变压器的原理变压器的工作原理是电磁感应。
当原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过副线圈产生感应电动势。
当副线圈闭合时，就会有交流电通过。
3．能量传递电能从原线圈通过磁场传输给副线圈。
二、变压器的电压与匝数的关系1.变压器由闭合铁芯和原、副线圈构成，它的工作原理是电磁感应。
2．理想变压器是忽略漏磁、原副线圈的电阻及变压器本身其他一切能量损耗的变压器。
3．理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为U 1U 2＝n 1n 2；电流与匝数的关系为I 1I 2＝n 2n 1。
4．电压互感器是一种降压变压器，它的主要作用是把高电压降为便于测量的低电压，应并联在被测电路上；而电流互感器是一种升压变压器，它的主要作用是把大电流变成小电流，应串联在被测电路中。
1．实验探究(1)实验目的：探究变压器原、副线圈匝数与电压的关系。
(2)实验器材：原线圈、副线圈、变压器铁芯。
(3)实验过程：如图262所示，连接好电路。
可先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响，然后再保持副线圈匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。
为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V 。
图262(4)实验结论：理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比。
即U 1U 2＝n 1n 2。
2．升压变压器与降压变压器(1)升压变压器：当n 2>n 1时，U 2>U 1，变压器使电压升高。
(2)降压变压器：当n 2<n 1时，U 2<U 1，变压器使电压降低。
三、电流与匝数的关系 1．能量关系对理想变压器，时间t 内输入端输入的电能等于从输出端输出的电能，故有：I 1U 1t ＝I 2U 2t 。
2．电流关系I 2I 1＝n 1n 2。
四、电压互感器和电流互感器 1．电压互感器用来把高电压变成低电压。
副线圈比原线圈匝数少，如图263甲所示，根据已知的变压比可以计算出原线路中的电压。
2．电流互感器用来把大电流变成小电流，副线圈比原线圈匝数多，如图乙，根据已知的变流比可以计算出原线路中的电流。
图2633．两种互感器的比较(1)两种互感器的连接方式：电压互感器原线圈并联在被测的高压线路上，电流互感器原线圈串联在被测的电路中。
(2)两种互感器的特点：电压互感器是一种降压变压器，原线圈匝数多，电流互感器是一种升压变压器，副线圈匝数多。
(3)使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地。
此外，电流互感器在使用时绝对不允许副线圈开路。
1．自主思考——判一判(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)学校中用的变压器工作时没有能量损失。
(×)(3)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。
(×)(4)电压互感器是一种降压变压器。
(√)(5)电压互感器的原线圈应串联在被测电路中。
(×) (6)在使用互感器时，互感器的外壳和副线圈应接地。
(√) 2．合作探究——议一议(1)如图264所示，一蓄电池连接在低压交流变压器上，闭合电键会观察到什么现象？你能解释这种现象发生的原因吗？图264提示：可以观察到闭合电键瞬间灯泡发光，然后熄灭。
原因是：恒定电压加在原线圈上瞬间，线圈内的磁通量发生变化，因而副线圈中的磁通量也发生变化，所以由E ＝nΔΦΔt知，副线圈中有感应电动势，灯泡闪亮，之后原线圈中电流恒定，线圈内的磁通量恒定不变，副线圈中无电动势，因而灯泡闪亮后熄灭。
(2)怎样区分升压变压器和降压变压器？提示：根据U 1U 2＝n 1n 2知，当n 2>n 1时，U 2>U 1，这种变压器称为升压变压器；当n 2<n 1时，U 2<U 1，这种变压器称为降压变压器。
(3)变压器原、副线圈匝数不同，对应的电流也不同，两线圈所用导线粗细也不相同，对降压变压器而言，哪个线圈所用导线粗些可以减少热损耗？为什么？提示：副线圈所用导线较粗，对降压变压器n 1＞n 2，由I 2I 1＝n 1n 2可知，I 2＞I 1，副线圈中电流大，用粗导线可以降低损耗。
理想变压器中基本关系的理解与应用1．工作原理变压器的变压原理是电磁感应。
如图265所示，当原线圈上加交流电压U 1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、副线圈中都要产生感应电动势。
如果副线圈是闭合的，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、副线圈中同样要引起感应电动势。
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。
其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。
图2652．理想变压器的理想化条件(1)忽略原、副线圈的内阻即线圈不产生焦耳热(无能量损失)；(2)忽略原、副线圈磁通量的差别即变压器铁芯内无漏磁(磁通量全部集中在铁芯内)； (3)忽略变压器铁芯内的涡流，即铁芯不发热。
3．理想变压器的基本关系 (1)电动势关系由于互感现象，且没有漏磁，所以穿过原副线圈的磁通量的变化率相同，即原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的ΔΦΔt ，由法拉第电磁感应定律得E 1＝n 1ΔΦΔt ，E 2＝n 2ΔΦΔt ，所以E 1E 2＝n 1n 2。
(2)电压关系由于理想变压器不计原、副线圈的电阻，因此线圈两端的电压U 1＝E 1，U 2＝E 2，所以U 1U 2＝n 1n 2。
当有多个副线圈时，则有U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝… (3)功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失P 1＝P 2。
当有多个副线圈时，有P 1＝P 2＋P 3＋… (4)电流关系由功率关系知，当只有一个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2，得I 1I 2＝n 2n 1。
当有多个副线圈时I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋… 得I 1n 1＝I 2n 2＋I 3n 3＋…[典例] 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压在220 V 的正弦交流电源上，如图266所示。
设副线圈回路中电阻两端的电压为U ，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k ，则( )图266A ．U ＝66 V ，k ＝19B ．U ＝22 V ，k ＝19C ．U ＝66 V ，k ＝13D ．U ＝22 V ，k ＝13[思路点拨]解答本题应注意以下两点：(1)变压器的输入电压不等于电源电压220 V 。
(2)原、副线圈中的电阻相同。
[解析] 设原、副线圈中的电流分别为I 1、I 2，则I 1I 2＝n 2n 1＝13，故k ＝I 12R I 22R ＝19。
设原线圈两端的电压为U 1，则U 1U ＝n 1n 2＝31，故U 1＝3U ，而原线圈回路中电阻分担的电压为13U ，故U3＋3U＝220 V ，解得U ＝66 V 。
选项A 正确。
[答案] A公式U 1U 2＝n 1n 2及I 1I 2＝n 2n 1中的电压和电流一般指有效值，但也可以是最大值，但必须要对应。
1．一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V 交变电流改变为110 V 。
已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为( )A ．200B ．400C ．1 600D ．3 200解析：选B 根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系U 1U 2＝n 1n 2，得n 2＝n 1U 2U 1＝800×110220＝400，选项B 正确。
2.用220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V ，通过负载的电流图像如图267所示，则( )图267A ．变压器输入功率约为3.9 WB ．输出电压的最大值是110 VC ．变压器原、副线圈匝数比是1∶2D ．负载电流的函数表达式i ＝0.05 sin(100πt ＋π2)A解析：选A 根据理想变压器的输入功率等于输出功率，则P 入＝P 出＝P 负＝110×0.052W≈3.9 W，故A 选项正确；由于题干中变压器输出电压的数值是有效值，则变压器的输出电压的最大值应是110 2 V ，故B 选项错误；根据理想变压器的变压比关系式U 1U 2＝n 1n 2可得，变压器原、副线圈匝数比n 1n 2＝U 1U 2＝21，故C 选项错误；根据题图可得，负载电流的函数表达式为i ＝I m sin ⎝⎛⎭⎪⎫2πT t ＋0，解得i ＝0.05sin(100πt )A ，故D 选项错误。
3. (多选)如图268所示，一理想变压器原线圈匝数n 1＝1 000，副线圈匝数n 2＝200，交流电源电动势为E ＝311sin(100πt )V ，电阻R ＝88 Ω，电流表和电压表对电路的影响可忽略不计，则( )图268A ．A 1的示数约为0.10 AB ．V 1的示数约为311 VC ．A 2的示数约为0.75 AD ．V 2的示数约为44 V解析：选AD 交流电的有效值即原线圈两端的电压为U 1＝3112 V ＝220 V ，即V 1的示数约为220 V ，根据公式U 1U 2＝n 1n 2可得副线圈两端电压，即V 2的示数U 2＝U 1n 2n 1＝44 V ，B 错误，D 正确；副线圈中的电流为I 2＝U 2R ＝0.5 A ，根据公式I 1I 2＝n 2n 1，解得I 1＝0.1 A ，即A 1的示数约为0.10 A ，A 正确，C 错误。
理想变压器动态问题分析1．理想变压器工作时的制约关系(1)电压：当变压器的原、副线圈的匝数比(n 1∶n 2)一定时，输出电压U 2由输入电压U 1决定，即U 2＝n 2n 1U 1。
(2)电流：当变压器的原、副线圈的匝数比(n 1∶n 2)一定，且输入电压U 1一定时，原线圈中的电流I 1由副线圈中的电流I 2决定，即I 1＝n 2n 1I 2。