高中物理第二章交变电流第六节变压器粤教版
2020-2021学年物理粤教版选修3-2教案：第二章第06节-变压器-【含答案】
《变压器》教案一、设计思路指导思想：变压器的工作原理是本章的重点内容，是高考命题率较高的知识点。
本节通过实验探究来说明这一观点。
在教学过程建立理想化模型——理想变压器，利用分组实验探究从而推出变压器变压规律，抓住能量守衡使学生展开讨论，推出电流与匝数关系，培养学生的表达能力和逻辑思维能力，教学联系生活、贴近实际，以激发学生学习的兴趣。
设计理念：本节课的设计主要突出三案六环节理念，强调把课堂还给学生，提高学习效率。
学生在教师的组织协调下，分析、思考、小组讨论和实验探究，归纳总结规律，促进了学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考；通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。
教材分析：1、变压器是用来改变交变电流电压的．变压器不能改变恒定电流的电压．互感现象是变压器工作的基础．让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象．这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化时刻都是相同的．因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关．这样原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了．2、在分析变压器的原理时，一般情况下，忽略变压器的磁漏，认为穿过原线圈每一匝的磁通量与穿过副线圈的磁通量总是相等的．这两个条件，都是“理想”变压器的工作原理的内容．变压器是一个传递能量的装置．如果不计它的损失，则变压器在工作中只传递能量不消耗能量．要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系式．3、教材要求学生探究实验得出变压器的变压规律，做好探究性实验是本节教学的关键。
是突破本节课教学难点和重点的关键。
为了培养学生根据实验研究物理规律的能力，采用分组实验得出变压器的输入、输出电压及原、副线圈匝数的关系。
4、学习几种常用的变压器，不仅增加了生产知识，还可提高学生分析、应用能力。
广东省惠州市高中物理第二章交变电流第六节变压器(一)导学案(无答案)粤教版选修3_2
第六节 变压器（一）【自主学习】 一、学习目标1. 能说出变压器的构造2. 知道互感现象，理解变压器的原理3. 掌握理想变压器的电压关系、电流关系和功率关系 二、重点难点1. 理想变压器的电压关系、电流关系和功率关系2. 变压器的原理三、自主学习（阅读课本P56-58页，《金版学案》P54考点1、2） 1．变压器的原理(1)用途：改变 电压的设备． (2)构造：变压器是由 铁芯和绕在铁芯上的组成．一个线圈与交流电源连接，叫做 ，也叫初级线圈；另一个线圈与负载连接，叫做 ，也叫次级线圈．如图所示．(3)原理：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 ，所以在副线圈中产生 ．如果在副线圈两端接入负载，负载中就会有 ．2．理想变压器原、副线圈基本量的关系(1)理想变压器：忽略原、副线圈的 和各种电磁能量损失的变压器．(2)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U 1U 2＝n 1n 2. (3)功率关系：原线圈的输入功率 副线圈的输出功率．(4)电流与匝数关系：原、副线圈中的电流跟它们的匝数 ，即I 1I 2＝n 2n 1.(5)两类变压器：n 2>n 1，能使电压升高的变压器叫做 变压器；n 2<n 1，能使电压降低的变压器叫做 变压器．四、 要点透析理想变压器的原理和规律 1．理想变压器的特点(1)铁芯封闭性好，无漏磁现象．每匝线圈中所产生感应电动势相等． (2)不计铜损． (3)不计铁损． 2．变压器的工作原理变压器的工作原理是电磁感应原理，当原线圈加上交变电流时，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，则副线圈中将有交变的感应电流，其能量转换方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能． 3．理想变压器原、副线圈物理量之间的关系4. 特别提醒1．由U 1U 2＝n 1n 2，当n 1>n 2时为降压变压器，当n 1<n 2时为升压变压器．2．对公式U 1U 2＝n 1n 2，无论副线圈一端是空载还是负载都适用，当有多个副线圈时，电流与匝数成反比这一结论不成立． 3．变压器与变阻器不同．变压器的工作原理是电磁感应，应接交流，能使交流电压升高或降低． 滑动变阻器的工作原理是串联电阻分压，可接交流或直流，但只能使电压降低．【课前自测】1．关于理想变压器的工作原理，以下说法中正确的是( )A．通有正弦式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2．（双选）一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）A．交变电流的频率 B。
高中物理第二章交变电流第6节变压器教案粤教版选修
第6节变压器本节教材分析三维目标（一）知识与技能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。
3. 知道变压器的三种决定关系，并会对变压器进行动态分析。
（二）过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。
（三）情感、态度与价值观1．使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。
2．培养学生实事求是的科学态度。
教学重点探究变压比和匝数比的关系。
教学难点知道变压器的三种决定关系，对变压器进行动态分析。
教学建议变压器在平时生活中比较常见，学生对变压器这一名词并不陌生，因此课外要求学生搜集各种变压器，了解变压器的基本作用，必然会引起学生对变压器的极大兴趣，激发出学生对变压器的好奇心和求知欲，增强了感性认识，使变压器教学更贴近学生的实际生活，体会到物理与生活的紧密联系，提高学习物理的兴趣。
引导学生自主搜集和整理学习材料，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
新课导入设计导入一引入新课在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。
各种用电设备所需的电压也各不相同。
电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。
一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。
交流便于改变电压，以适应各种不同需要。
变压器就是改变交流电压的设备。
这节课我们学习变压器的有关知识。
导入二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。
粤教版高二物理选修3-2第二章 交变电流第06节变压器教学课件 (共18张PPT)
理 想
原、副线圈无电阻
变
压 能量传输无损失 器
P1=P2
理想变压器原副线圈的两端电压之比等 于这两个线圈的匝数之比
U1/U2= n1/n2
n2 <n1 U2 <U1 -----降压变压器 n2 >n1 U2>U1 -----升压变压器
四、理想变压器的变流规律 问题：原副线圈的电流可能满足何规律？ 1.理想变压器输出功率应等于输入功率
即: P1= P2
U1I1=U2I2
I 1/ I 2= U2 / U1= n2 / n1
2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成 反比
I 1/ I 2= n2 / n1
注意:上式只对仅有一个副线圈时适用.
例1、如图所示，原、副线圈匝数分
别是n1=200匝，n2=100匝，电池组 电压为6V，则电压表示数为多少？
n1
n2 V
例2、有一理想变压器，原线圈输入电压为
交流220V，L1、L2为“22V 11W”的同型号 灯泡，当闭合K1时，L1正常发光，求： （1）原副线圈匝数比n1：n2 10:1
（2）流过安培表的电流为多大？原线圈总功率为
多大？ 0.05A；11w （3）闭合K2，L2能否正常发光？此时流过安培表
1 400 800 2 2 400 800 4 3 400 200 4 4 100 200 4
实验结论：在误差允许的范围内，原副线 圈的电压之比等于它们的匝数之比。
从能量传输角度来说，变压器产生的误 差主要来自三个方面： 1、磁损 2、铜损 3、铁损
由于在材料和技术上采取了很多有效措施，实 际上大型的变压器的效率已经可以高达99.5%以 上了，能量在转换过程中损失很小，为了便于 研究，物理学中引入了一种理想化模型-----理想变压器。
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。
高中物理第二章第六节变压器课件粤教版选修3-2
知识点一 认识变压器
提炼知识 1．作用． 变压器是改变交流电压的设备． 2．构造． 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈构成．与 交流电源相连的线圈叫作原线圈(也称为初级线圈)，与负 载相连的线圈叫作副线圈(也称为次级线圈)．
拓展一 变压器的原理、规律及种类
1．理想变压器有哪些特点？ 提示：理想变压器的特点 (1)铁芯封闭性好，无漏磁现象． (2)原副线圈不计电阻，不计一切能量损失．
2．(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数 比为 10∶1，b 是原线圈的中心接头，电压表 V 和电流表 A 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，其瞬时值表达式为 u＝220 2sin 100πt (V)．下 列说法正确的是( )
拓展三 几种常见的变压器
有一种钳形电流表(如图所示)，只要按动扳手，打开 钳口，在不切断导线的情况下，通过电流表的读数就可 以测出导线中的电流．问该电流是直流还是交流？请说 明钳形电流表测电流的原理．
第二章 交变电流
学习目标
重点难点
1.了解变压器的工作原理 重点
和构造.
2.掌握理想变压器的电流、
电压与匝数的关系.
难点
3.学会分析讨论负载变化
时的电流、电压等相关物
理量的变化情况．
1.变压器的工作原理. 2.理想变压器的电压、 电流与匝数的关系．
1.推导变压器原副线圈电 流与匝数的关系. 2.能够运用变压器的规 律分析实际问题.
当理想变压器的匝数比和输入电压都保持不变时， 若将变压器负载的电阻减小，则原、副线圈的电流、电 压、电功率将如何变化？
1．匝数比不变时，变压器的几种制约关系． (1)输入电压 U1 决定输出电压 U2.因为 U2＝nn21U1，当 U1 不变时，不论负载电阻 R 如何变化、是否存在负载， U2 都不会改变． (2)输出电流 I2 决定输入电流 I1.在输入电压一定的情 况下，输出电压 U2 也被完全确定，当负载电阻 R 增大时， I2 减小，则 I1 相应减小；当负载电阻 R 减小时，I2 增大， 则 I1 相应增大．
【2019-2020】高中物理第二章交变电流第六节变压器学案粤教版选修3_2
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第二章交变电流第六节变压器学案粤教版选修3_2撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________[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？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都相同，若左边匝数为n1，则U1＝E1＝n1.若右边匝数为n2，则U2＝E2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，这样看来只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等．[知识梳理] 变压器的工作原理及电压与匝数的关系：(1)互感现象是变压器工作的基础．因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(后两空填“变化”或“恒定”)(2)变压器中的电压与匝数的关系：①只有一个副线圈：＝.当n2>n1时，U2>U1为升压变压器；当n2<n1时，U2<U1为降压变压器．②有多个副线圈：＝＝＝…[即学即用] 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．( )答案(1)√(2)×(3)×(4)√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U1I1＝U2I2.所以＝＝.(3)若有多个副线圈，则P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…[知识梳理] 变压器原、副线圈中功率关系和电流关系：(1)功率关系：P入＝P出，即U1I1＝U2I2.(2)电流关系：①只有一个副线圈时，＝.②有多个副线圈时：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…[即学即用] 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，则变压器原线圈中的电流为________，副线圈中的输出电压为________，输出功率为________．答案5A 250V 50kW解析由＝，得I1＝I2＝×200A＝5A；由＝，得U2＝＝V＝250V；由理想变压器功率关系，得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝250×200W＝50kW.一、理想变压器基本关系的应用1．电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝.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：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝.例1 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(可视为理想电表)的示数分别是 ( )图2A．120V,0.10A B．240V,0.025AC．120V,0.05A D．240V,0.05A答案D解析灯泡正常工作，副线圈两端的电压U2＝12 V，副线圈中的电流I2＝2× A＝1 A，根据匝数比得原线圈中的电流I1＝I2＝0.05 A，原线圈两端的电压U1＝20U2＝240 V，选项D正确．二、理想变压器的动态分析例2 (多选)如图3所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则( )图3A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小答案BC解析Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由＝知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故C正确，D错误．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→I1.三、几种常见的变压器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4所示．图42．互感器交流电压表和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5所示)图5(2)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6所示)图6例3 (多选)图7甲、乙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7A．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D．乙图中的电表是电流表答案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，题图甲中的电表为电压表；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，题图乙中的电表为电流表，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4 一自耦变压器如图8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点顺时针转到N点的过程中( )图8A．U2>U1，U2降低B．U2>U1，U2升高C．U2<U1，U2降低D．U2<U1，U2升高答案C解析由＝，n1>n2知U2<U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，C项正确.1．(多选)如图9所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V和10A，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9A．甲图中的电表是电压表，输电电压为22000VB．甲图是电流互感器，输电电流是100AC．乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD．乙图是电流互感器，输电电流是100A答案AD解析根据匝数比＝，有U1＝U2＝×220V＝22000V，故A正确；甲图是电压互感器，故B错误；乙图是电流互感器，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＝，有I1＝I2＝×10A＝100A，故D正确．2．如图10所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0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U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是( )图10A．I1和I2表示电流的平均值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I2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．滑片P向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，U2不变、I1变大，故C正确，D错误．3．(多选)如图11(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表．原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示．下列说法正确的是( )图11A．变压器输入、输出功率之比为4∶1B．变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4C．u随t变化的规律为u＝51sin (50πt) VD．若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大答案BD解析由题意，变压器是理想变压器，故变压器输入、输出功率之比为1∶1，故A错误；变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即＝＝，故选项B正确；由题图(b)可知交流电压最大值Um＝51V，周期T＝0.02s，可由周期求出角速度的值为ω＝100πrad/s，则可得交流电压u随t变化的规律为u＝51sin (100πt) V，故选项C错误；RT 处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确．一、选择题(1～7题为单选题，8～11题为多选题)1．如图所示的四个电路，能够实现升压的是 ( )答案D解析变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故A、B错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以D能实现升压，C不能实现升压．2．如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，当导线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( )图1A．3mA B．48mAC．零D．与R的阻值有关答案C解析当导线在平行导轨上匀速运动时，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．如图2为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V．调节前后( )图2A．副线圈中的电流比为1∶2B．副线圈输出功率比为2∶1C．副线圈的接入匝数比为2∶1D．原线圈输入功率比为1∶2答案C解析在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下，使输出电压U2有效值由220V降至110V，由＝知，副线圈接入匝数应该减为原来的一半，故副线圈的接入匝数之比为2∶1，故C正确；副线圈电压减半，电阻不变，电流也随之减半，所以电流之比为2∶1，故A错误；由P ＝UI知，输出功率之比为4∶1，故B错误；副线圈输出功率等于原线圈输入功率，所以原线圈输入功率之比为4∶1，故D错误．4．如图3甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电．当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是( )图3A．变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝220sinπt (V)B．电压表的示数为220VC．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1D．变压器的输入功率为110W答案C解析由题图乙可知，ω＝＝100πrad/s，故A错误；原线圈输入电压为220V，电压表示数为灯泡的额定电压U＝＝20V，故B错误；由B 分析，结合电压与匝数的关系得＝＝，故C正确；变压器的输入功率与输出功率相等，为10W，故D错误．5．钳式电流表的外形和结构如图4a、b所示．图b中电流表的读数为1.2A，图c中用同一电缆线绕了3匝，则( )图4A．这种电流表能测直流电流，图c的读数为2.4AB．这种电流表能测交变电流，图c的读数为0.4AC．这种电流表能测交变电流，图c的读数为3.6AD．这种电流表既能测直流电流，又能测交变电流，图c的读数为3.6A 答案C解析钳式电流表利用了变压器的工作原理，因此钳式电流表只能测交变电流．根据n1I1＝n2I2可知，题图b中线圈单匝时，的读数为1.2A．在题图c中绕3匝时，的读数应为3.6A，故选项C正确．6.一理想变压器的原、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为220V的正弦交流电源上，如图5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5A．U＝66V，k＝B．U＝22V，k＝19C．U＝66V，k＝D．U＝22V，k＝13答案A解析原、副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U，可知副线圈电压为U，原线圈电压为3U，副线圈电流I2＝，根据＝得原线圈电流I1＝，原线圈输入电压220V＝3U＋·R，整理可得U＝66V；原、副线圈电阻消耗的功率根据P＝I2R，电阻相等，I1∶I2＝1∶3，可得功率之比为P1∶P2＝1∶9，即k＝.根据以上分析可知选项A正确．7．如图6所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则( )图6A．小灯泡变亮B．小灯泡变暗C．原、副线圈两端电压的比值不变D．通过原、副线圈电流的比值不变答案B解析原、副线圈减少相同的匝数n后，有＝，可以得出，－＝<0，则说明的比值变大，由＝＝知，选项C、D错误；由＝和＝知，U2′<U2，再由P＝知，小灯泡变暗，选项A错误，B正确．8．如图7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，以下说法中正确的是 ( )图7A．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答案BCD解析由于输入电压不变，所以当S接通时，理想变压器副线圈M、N 两端输出电压不变，故A项错误．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UR＝IR增大，故B项正确．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2，得I2增大，原线圈输入电流I1也增大，故D项正确．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小，故C项正确．9．如图8所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是( )图8A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大答案BD解析由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L的亮度不随P的滑动而改变，故选项A错误，选项B正确．P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R总减小，由I2＝知，通过副线圈的电流I2增大，输出功率P2＝U2I2增大，再由＝知输入电流I1也增大，故选项C错误，D正确．10．理想自耦变压器的原线圈接有如图9乙所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是( )图9A．交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos (100πt)B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大答案AB解析由题图乙可得交变电源的周期为T＝0.02s，最大值为U0，则电源的电压u＝U0cos (·t)＝U0cos (100πt)，选项A正确；由＝，若仅将触头P向A端滑动，即n2增大，则副线圈的输出电压U2增大，电阻R消耗的电功率P＝增大，选项B正确；若仅使电阻R增大，输出电压U2一定，则输出电功率P＝减小，原线圈的输入电功率减小，选项C错误；若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则输出电压U2减小，输出和输入的电功率减小，通过A处的电流I1＝一定减小，选项D错误．11.如图10，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10A．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U0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故＝，＝＝，A正确，B错误；根据公式＝可得，＝，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．二、非选择题12.如图11所示的变压器原线圈1接到220V的交流电源上．副线圈2的匝数n2＝30匝，与一个“12V12W”的灯泡L连接，L能正常发光．副线圈3的输出电压U3＝110V，与电阻R连接，通过R的电流为0.4A．求：图11(1)副线圈3的匝数n3；(2)原线圈1的匝数n1和电流I1.答案(1)275匝(2)550匝0.255A解析(1)变压比公式对于两个副线圈也适用，则有＝，n3＝＝匝＝275匝．(2)＝，n1＝n2＝×30匝＝550匝．理想变压器的输入功率等于输出功率P1＝P2＋P3＝12W＋0.4×110W＝56W.原线圈中电流I1＝＝A≈0.255A.13．如图12所示，匝数n＝100的正方形线圈abcd固定在竖直平面内，与电阻R1、理想变压器连成电路．在线圈的中心水平放置一个条形磁铁，使磁铁绕竖直方向的轴OO′匀速转动，使线圈内的磁通量Φ＝sin (100πt) Wb.已知线圈的电阻r＝4Ω，R1＝46Ω，R2＝10Ω，其余导线的电阻不计．变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1.求：图12(1)线圈产生电动势的最大值Em；(2)若断开S2，闭合S1，求磁铁从图示位置转过90°的过程中，通过R1的电荷量q；(3)断开S1，闭合S2，求R2消耗的功率P.答案(1)200V (2)C (3)238W解析(1)Em＝nBSω＝nΦmω，解得Em＝200V.(2)q＝Δt，＝，＝n，解得q＝C.(3)E＝，E＝U1＋I1r，U2＝I2R2，＝，I1n1＝I2n2，P＝IR2，联立解得P≈238W.21 / 21。
高中物理第二章交变电流第六节变压器学案粤教版选修320730190
高中物理第二章交变电流第六节变压器学案粤教版选修320730190 第六节 变压器 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释．科学思维：1.理想化方法构建变压器模型.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．科学探究：了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程，分析现象得出探究结果．一、认识变压器1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与电源连接的线圈叫做原线圈，与负载连接的线圈叫做副线圈．2．原理：原线圈的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量同时穿过原、副线圈，在副线圈中产生感应电动势，若在副线圈两端接入负载，负载中就会有交变电流．二、电压与匝数的关系1．理想变压器：忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器．2．电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即U 1U 2＝n 1n 2.3．两类变压器：n 2>n 1的变压器叫升压变压器；n 2<n 1的变压器叫降压变压器．三、理想变压器原、副线圈中的电流1．铜损：变压器线圈(铜线)的电阻生热损耗的能量．2．铁耗：铁芯发热损耗的能量．3．电流与匝数关系：仅有一个副线圈的理想变压器原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即I 1I 2＝n 2n 1.4．功率关系：理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 1＝P 2.1．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________．答案 250V 50kW 5A解析 由U 1U 2＝n 1n 2，得U 2＝U 1n 2n 1＝10×103×140V ＝250 V ；由理想变压器功率关系，得P 入＝P 出＝U 1I 1＝U 2I 2＝250×200W＝50kW ，同时得I 1＝U 2I 2U 1＝250×20010×103A ＝5A.一、理解变压器的变压和变流1．理想变压器的特点(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量．(2)变压器的铁芯不漏磁．(3)在铁芯内产生的感应电流及产生的热量不计．理想变压器是一个没有能量损失的理想化模型．2．电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的ΔΦΔt，根据法拉第电磁感应定律有E 1＝n 1ΔΦΔt ，E 2＝n 2ΔΦΔt ，所以E 1E 2＝n 1n 2. 3．电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U 1＝E 1，副线圈两端的电压U 2＝E 2，所以U 1U 2＝n 1n 2.当有n 组线圈时，则有：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3……4．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入＝P 出．5．电流关系：(1)当只有一个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2，得I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1.(2)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＋……例1 (多选)如图1所示的理想变压器，原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶2，U 1＝2202sin ωt (V)，n 1＝1100匝，以下说法中正确的是( )图1A ．穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1∶2B ．穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为25V C ．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2VD ．原、副线圈电压的最大值之比为1∶2答案 BCD解析对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过两个线圈的磁通量相同，磁通量的变化率相同，A 错误．根据E 1＝n 1ΔΦΔt得磁通量的变化率的最大值为每一匝线圈产生的电动势的最大值，即(ΔΦΔt )max ＝22021 100 V ＝25V ，所以每一匝产生的电动势的有效值为0.2 V ，B 、C 正确．由于匝数比为1∶2，所以原、副线圈电压最大值之比也为1∶2，D 正确．例2 (2015·新课标全国Ⅰ)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为220V 的正弦交流电源上，如图2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2A ．U ＝66V ，k ＝19B ．U ＝22V ，k ＝19C ．U ＝66V ，k ＝13D ．U ＝22V ，k ＝13 答案 A解析 原、副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U ，可知副线圈电压为U ，原线圈电压为3U ，副线圈电流I 2＝U R ，根据I 1I 2＝n 2n 1得原线圈电流I 1＝U 3R，那么原线圈输入电压220V ＝3U ＋U 3R ×R ，整理可得U ＝66V ；原、副线圈电阻消耗的功率根据P ＝I 2R ，电阻相等，I 1∶I 2＝1∶3，可得功率之比为P 1∶P 2＝1∶9，即k ＝19.根据以上分析可知选项A 正确．[学科素养] 例2通过对原、副线圈的功率关系分析及电压和电流关系的分析，加以计算推导出了副线圈两端电压及原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值，体现了物理学科中“科学思维”的学科素养．二、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3所示．图32．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4所示)．电压互感器应并联接入电路．(2)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5所示)．电流互感器应串联接入电路．图4 图5例3(2016·江苏单科)一自耦变压器如图6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点顺时针转到N 点的过程中( )图6A．U2>U1，U2降低B．U2>U1，U2升高C．U2<U1，U2降低D．U2<U1，U2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，n 1不变，U 1不变，则U 2降低，C 项正确．例4 (多选)图7甲、乙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7A ．线圈匝数n 1<n 2，n 3<n 4B ．线圈匝数n 1>n 2，n 3>n 4C ．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，n 1>n 2，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，n 3<n 4，其中的电表为电流表，故选项C 、D 正确．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：当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定时，输入电压U 1决定输出电压U 2，即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：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，副线圈中的输出电流I 2决定原线圈中的电流I 1，即I 1＝n 2I 2n 1(只有一个副线圈时)． 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5 (多选)(2018·孝感市八校联盟高二下学期期末联考)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q 调节，如图8所示，在副线圈上连接了定值电阻R 0和滑动变阻器R ，P 为滑动变阻器的滑片．原线圈两端接在电压为U 的交流电源上．则( )图8A ．保持Q 的位置不动，将P 向上滑动时，电流表的读数变小B ．保持Q 的位置不动，将P 向上滑动时，电流表的读数变大C ．保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表的读数变大D ．保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表的读数变小答案 AC解析在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定．因此Q 位置不动时，输出电压不变，此时P 向上滑动，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小，输入电流也减小，故电流表的读数变小，故A 正确，B 错误．P 位置不动，将Q 向上滑动，则输出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故C 正确，D 错误． 针对训练 (2018·三明市高二下学期期末联考)如图9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L 1和L 2，输电线的等效电阻为R ，开始时，开关S 断开，当S 接通时，以下说法正确的是( )图9A ．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 上的电压减小C ．通过灯泡L 1的电流增大D ．原线圈中的电流增大答案 D解析输入电压和匝数比不变，由U 1U 2＝n 1n 2知副线圈的输出电压不变，A 错误；当S 接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I 2变大，电阻R 上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L 1的电流减小，B 、C 错误；由I 1I 2＝n 2n 1知，电流I 2变大，则I 1变大，D 正确．[学科素养] 通过改变原、副线圈的匝数、滑动变阻器滑片的位置、开关闭合等方式分析理想变压器的动态问题，使学生进一步熟练掌握理想变压器的原理，熟练掌握理想变压器原、副线圈中的电压、电流、功率关系：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1(一组副线圈)，P 1＝P 2，及U 1决定U 2、I 2决定I 1、P 2决定P 1等制约关系，培养了学生的综合分析能力，较好地体现了“科学思维”的学科素养.1．(变压器的工作原理)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．(理想变压器基本关系的应用)如图10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10A ．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 答案 D解析 根据u 1＝122sin100πt (V)及U ＝U m 2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 入＝P 出及P 出＝U 22R L ＝626W ＝6W ，选项D 正确． 3.(互感器)(多选)如图11所示，L 1、L 2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V 和10A ，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11 A ．甲图中的电表是电压表，输电电压为22000V B ．甲图是电流互感器，输电电流是100AC ．乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD ．图示高压输送电路输入的总功率为2.2×103kW答案 AD解析 题图甲中的原线圈并联在电路中，是电压互感器，电表是电压表，故B 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2，有U 1＝n 1n 2U 2＝1001×220V＝22000V ，故A 正确；题图乙中的原线圈串联在电路中，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＝101×10 A＝100 A ，根据P ＝UI 得输入的总功率P ＝U 1I 1＝22 000×100W ＝2.2×103kW ，故D 正确．4．(理想变压器的动态分析)(2016·天津卷)如图12所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是( )图12A ．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，R 1消耗的功率变大B ．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，电压表V 示数变大C ．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，电流表A 1示数变大D ．若闭合开关S ，则电流表A 1示数变大，A 2示数变大答案 B解析 当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R 1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A 错误，B 正确；当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A 1示数变小，选项C 错误；若闭合开关S ，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，原线圈中的电流也变大，电流表A 1示数变大，R 1两端电压变大，R 2两端电压减小，电流表A 2示数减小，选项D 错误．一、选择题考点一变压器的工作原理1．(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．如图所示的四个电路，能够实现升压的是 ( )答案 D解析变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故A、B错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以D能实现升压，C能实现降压，故C错误，D正确．3．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( )图1A．3mA B．48mAC．零D．与R的阻值有关答案 C解析当导体棒在平行导轨上匀速运动时，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．考点二理想变压器基本关系的应用4.(多选)如图2所示，Q是熔断电流为1A的保险丝(电阻不计)，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＝2202·sin (100πt) V．要使保险丝不熔断，则( )图2 A ．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． 5．一理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝11∶5.原线圈与正弦交流电源连接，输入电压u 随时间t 变化的图象如图3所示，副线圈仅接入一个10Ω的电阻．则( )图3A ．流过电阻的电流是20AB ．与电阻并联的理想电压表的示数是1002VC ．经过1min 电阻产生的热量是6×103JD ．变压器的输入功率是1×103W答案 D解析 设输入电压有效值为U 1，输出电压有效值为U 2，由题图知U 1＝220V ，则由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． 6．(多选)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( )图4 A ．变压器输入功率为484W B ．通过原线圈的电流的有效值为0.6A C ．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 理想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；由U 1U 2＝n 1n 2得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 m 2得通过副线圈的电流的最大值I 2m ＝2I 2＝115 2 A≈3.1 A，选项C 错误． 7．如图5甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电．当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W 的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是( )图5A ．变压器输入电压的瞬时值表达式为u ＝2202sinπt (V)B ．电压表的示数为220VC ．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1D ．变压器的输入功率为110W答案 C解析 由题图乙可知，ω＝2πT＝100πrad/s，故A 错误；原线圈输入电压为220V ，电压表示数为灯泡的额定电压U ＝PR ＝20V ，故B 错误；由B 项分析，结合电压与匝数的关系得n 1n 2＝22020＝111，故C 正确；理想变压器的输入功率与输出功率相等，为10W ，故D 错误． 8．(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图6所示，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6A ．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 0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈两端电压为U 1＝9U 0，副线圈两端电压为U 2＝U 0，故U 1U 2＝91，n 1n 2＝U 1U 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．9．(2018·济宁市高二下学期期末)如图7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．下列说法中正确的是( )图7A ．原、副线圈匝数比为3∶1B ．原、副线圈匝数比为1∶3C ．AB 端的输入电压为3UD ．AB 端的输入电压为4U答案 C解析设灯泡正常发光时，流过它的电流为I ，则该变压器原线圈电流I 1＝I ，副线圈中电流I 2＝2I ，则原、副线圈匝数比n 1n 2＝I 2I 1＝2∶1；所以原线圈两端的电压为U 1＝n 1n 2U 2＝2U ，则AB 端输入电压为3U ，A 、B 、D 错误，C 正确．考点三 自耦变压器与互感器10．(2018·陕西省教学质量检测)为了测量高电压和强电流，常用到变压器的有关原理．如图8所示，L 1和L 2是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器．若电压互感器上下线圈的匝数比为1000∶1，电流互感器上下线圈的匝数比为1∶100，并且知道电压表示数为220V ，电流表示数为10A ，下列说法正确的是( )图8A ．两输电线的电压为220VB ．L 2中的电流为10AC ．电路中输送的功率为2.2×108WD ．两输电线间的电阻为22Ω 答案 C解析甲是电压互感器，已知n 1∶n 2＝1 000∶1，电压表示数为U 2＝220 V ，根据U 1U 2＝n 1n 2可得传输电压为：U 1＝2.2×105 V ，选项A 错误；乙是电流互感器，已知n 3∶n 4＝1∶100，电流表示数为I 4＝10 A ，根据I 3I 4＝n 4n 3可得传输电流为：I 3＝1 000 A ，选项B 错误；输电线中输送的功率为P ＝U 1I 3＝2.2×108 W ，选项C 正确；两输电线间的电阻无法求得，选项D 错误．11．钳式电流表的外形和结构如图9中a 、b 所示．图b 中电流表的读数为1.2A ，图c 中用同一电缆线绕了3匝，则( )图9A ．这种电流表能测直流电流，图c 的读数为2.4AB ．这种电流表能测交变电流，图c 的读数为0.4AC ．这种电流表能测交变电流，图c 的读数为3.6AD ．这种电流表既能测直流电流，又能测交变电流，图c 的读数为3.6A答案 C解析 钳式电流表利用了变压器的工作原理，因此钳式电流表只能测交变电流．根据n 1I 1＝n 2I 2可知，题图b 中线圈单匝时，的读数为1.2A ．在题图c 中绕3匝时，的读数应为3.6A ，故选项C 正确．12.自耦变压器的铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分．一升压式自耦调压变压器的电路如图10所示，其副线圈匝数可调．已知变压器线圈总匝数为1900匝，原线圈为1100匝，接在电压有效值为220V 的交流电源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R 上的功率为2.0kW ，设此时原线圈中电流有效值为I 1，负载两端电压的有效值为U 2，且变压器是理想变压器，则U 2和I 1分别约为( )图10A ．380V 和5.3AB ．380V 和9.1AC ．240V 和5.3AD ．240V 和9.1A 答案 B解析由理想变压器原、副线圈中电压、电流及功率关系可得：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1，U 1I 1＝P 1＝P 2，所以，当变压器输出电压调至最大时，副线圈的匝数也最大，为n 2＝1 900匝，负载R 上的功率也最大，为2.0 kW ，则U 2＝n 2n 1U 1＝1 9001 100×220 V＝380 V ，I 1＝P 2U 1＝2.0×103220A≈9.1 A ，故选项B 正确．二、非选择题13.如图11所示的理想变压器原线圈1接到220V 的交流电源上．副线圈2的匝数n 2＝30匝，与一个“12V 12W”的灯泡L 连接，L 能正常发光．副线圈3的输出电压U 3＝110V ，与电阻R 连接，通过R 的电流为0.4A ．求：图11(1)副线圈3的匝数n 3；(2)原线圈1的匝数n 1和电流I 1.答案 (1)275匝 (2)550匝 0.255A解析 (1)变压比公式对于两个副线圈也适用，则有U 2U 3＝n 2n 3，n 3＝n 2U 3U 2＝30×11012匝＝275匝． (2)n 1n 2＝U 1U 2，n 1＝U 1U 2n 2＝22012×30匝＝550匝． 理想变压器的输入功率等于输出功率P 1＝P 2＋P 3＝12W ＋0.4×110W＝56W.原线圈中电流I 1＝P 1U 1＝56220A≈0.255A.14．如图12所示，理想变压器原线圈中输入电压U 1＝3300V ，副线圈两端电压U 2为220V ，输出端连有完全相同的两个灯泡L 1和L 2，绕过铁芯的导线所接的电压表V 的示数U ＝2V ．求：图12(1)原线圈n 1等于多少匝？(2)当开关S 断开时，电流表A 2的示数I 2＝5A ．则电流表A 1的示数I 1为多少？(3)在(2)情况下，当开关S 闭合时，电流表A 1的示数I 1′为多少？答案 (1)1650匝 (2)13A (3)23A 解析(1)由电压与变压器匝数的关系可得：U 1n 1＝U 2n 2＝U ，则n 1＝1 650匝．(2)当开关S 断开时，有：U 1I 1＝U 2I 2，I 1＝U 2I 2U 1＝13A. (3)当开关S 断开时，有：R L ＝U 2I 2＝44 Ω.当开关S 闭合时，设副线圈总电阻为R ′，有R ′＝R L 2＝22 Ω，副线圈中的总电流I 2′＝U 2R ′＝10 A ．由U 1I 1′＝U 2I 2′可知，I 1′＝U 2I 2′U 1＝23A.1．(多选)(2017·徐州市、连云港市、宿迁市第三次模拟考试)如图1甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，原线圈接入如图乙所示的正弦式交变电流，电表均为理想电表，下列说法正确的是( )图1A ．电压表的示数为110VB ．交变电流的频率为50HzC ．滑动变阻器滑片向下滑动时，电压表示数变大D ．滑动变阻器滑片向上滑动时，电流表示数变小答案 BD解析 根据题图乙可知原线圈电压的有效值U 1＝220V ，根据U 1U 2＝n 1n 2可得副线圈输出电压有效值U 2＝110 V ，电压表测量的是滑动变阻器R 两端的电压，小于110 V ，A 错误；根据题图乙可知交变电流的周期为0.02s ，频率为50Hz ，B 正确；滑动变阻器滑片向下滑动时，滑动变阻器R 接入电路的阻值变小，电压表示数变小，C 错误；滑动变阻器滑片向上滑动时，滑动变阻器R 接入电路的阻值变大，流过副线圈的电流变小，根据I 1I 2＝n 2n 1可得流过原线圈的电流变小，电流表示数变小，D 正确．2．(多选)如图2所示的电路中，P 为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U 1不变，闭合开关S ，下列说法正确的是( )图2A ．P 向下滑动时，灯L 变亮B ．P 向下滑动时，变压器的输出电压不变C ．P 向上滑动时，变压器的输入电流变小D ．P 向上滑动时，变压器的输出功率变大答案 BD解析 由于理想变压器输入电压U 1不变，原、副线圈匝数不变，由U 2＝n 2n 1U 1知输出电压U 2也不变，灯L 的亮度不随P 的滑动而改变，故选项A 错误，B 正确．P 向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈负载总电阻R 总减小，由I 2＝U 2R 总知，通过副线圈的电流I 2增大，输出功率P 出＝U 2I 2增大，再由I 1I 2＝n 2n 1知输入电流I 1也增大，故选项C 错误，D 正确．3．(多选)(2018·漳州市、龙海市等四校高二下学期期末联考)如图3所示，理想变压器原线圈输入电压u ＝2202·sin100πt (V)，原、副线圈匝数比为10∶1，副线圈电路中R 0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( )图3A ．变压器输出电压的频率为50HzB．电压表V2的示数为222VC．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的示数都不变答案AC解析原线圈接正弦式交变电流，由题知角速度是ω＝100π rad/s，所以f＝100π2πHz＝50Hz，故A正确．由表达式知输入电压有效值为220 V，根据电压与匝数成正比，副线圈电压有效值即电压表V2的示数为22 V，故B错误．R处光照增强时，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．4．(2018·南京市高考冲刺练习卷)如图4所示的交流电路中，理想变压器输入电压为U1，输入功率为P1，输出功率为P2，各交流电表均为理想电表．当滑动变阻器R的滑片向下移动时( )图4A．灯L变亮B．各个电表读数均变大C．因为U1不变，所以P1不变D．P1变大，且始终有P1＝P2答案 D解析理想变压器的输出电压由输入电压和匝数比决定，输入电压不变，所以输出电压也不变，输入功率和输出功率始终相等，当滑动变阻器R的滑片向下移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈电路的总电阻减小，所以总电流变大，消耗的功率将变大，R0两端的电压变大，所以灯L两端的电压变小，电压表的示数变小，所以灯L变暗，由于总电流变大，通过灯L的电流变小，所以电流表的示数变大，D正确．5.(多选)(2017·南通、扬州、泰州、淮安四市第三次模拟考试)如图5所示，T为理想变压器，电流表、电压表均为理想交流电表．R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，L为电感线圈，A、B两点间接正弦式交变电流，则( )图5A．只将滑片P1下移时，电流表示数变小。
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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：当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定，且输入电压 U1 确定时， 副线圈中的输出电流 I2 决定原线圈中的电流 I1，即 I1＝nn2I12.
(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．答案
由能量守恒有 P 入＝P 出，即 U1I1＝U2I2. 所以II12＝UU21＝nn21. (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
若有多个副线圈，则P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋… 将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
图1
(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？ 答案
左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率ΔΔΦt
都相同，若左边匝数为 n1，则 U1＝E1＝
n1ΔΔΦt .若右边匝数为 n2，则 U2＝E2＝n2ΔΔΦt ，
图1
故有EE12＝nn12；若忽略左边线圈的电阻则有 U1＝U 电源，这样看来只要 n1≠n2，小灯泡 两端的电压与学生电源的输出电压就不
题型探究
达标检测
1
知识探究
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． (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ 答案
知识梳理
变压器原、副线圈中功率关系和电流关系：
(1)功率关系：P入＝P出，即 U1I1＝U2I2
.
(2)电流关系：①只有一个副线圈时，_II_12＝__nn_21___.
②有多个副线圈时：__n_1I_1_＝__n_2_I_2＋__n_3_I_3_＋__…__
即学即用
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，则变压器原线圈中的电流为__5__A__，副线圈 中的输出电压为_2_5_0__V__，输出功率为_5_0__k_W___． 答案 解析
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.
三、几种常见的变压器
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4所示.
相等．
知识梳理
变压器的工作原理及电压与匝数的关系：
(1) 互感现象
是变压器工作的基础．变因化此变压器只 对
的电流起恒作定用，对
电流不起作用．(后两空填“变化”或
“恒定”)
(2)变压器中的电压与U1匝数的n1 关系：
U2
n2
①只n有2>n一1 个副线圈： ＝升_____.
当 n2<n1
当
时，U2降>U1为
第二章 交变电流
第六节 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．
内容索引
知识探究
例1 如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比
为20∶1，两个标有“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(可视为理想电表)的示
数分别是 答案 解析
图2
A.120 V,0.10 A
B.240
V,0.025 A
√
C灯.1泡20正V常,0工.0作5 ，A 副线圈两端的电压DU.22＝4012 V，副线圈中的电流I2＝2×
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？ 答案
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2
n1
n2
压变压器； U3 压变压器． n3
即学即用
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．(√ )
V16,20.A05＝A1 A，根据匝数比得原线圈中的电流I1＝210I2
＝0.05 A，原线
圈两端的电压U1＝20U2＝240 V，选项D正确.
二、理想变压器的动态分析
例2 (多选) 如图3所示，理想变压器的原线圈连接
一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触
头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动 变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加
图3
一电压为U的正弦交流电，则 答案 解析
A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大
√B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 √C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大
D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小
技巧点拨
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
图4 2.互感器 交流电压表和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.
由
I1 I2
＝
n2 n1
，
得
I1
＝
n2 n1
I2
＝
1 40
×200
A＝5
A
；
由 UU12
＝
n1 n2
，
得
U2
＝
U1n2 n1
＝
10×103×1 40
V＝250 V；由理想变压器功率关系，得 P 入＝P 出＝U1I1＝U2I2
＝250×200 W＝50 kW.
2
题型探究
一、理想变压器基本关系的应用