3.3變壓器（原卷版）

第三章交變電流第3節(jié)變壓器【科技前沿】變壓器升壓的應(yīng)用1.電力輸變電領(lǐng)域在電力輸變電領(lǐng)域中，變壓器扮演著關(guān)鍵的角色。當(dāng)電能從發(fā)電廠輸送到城市或鄉(xiāng)村時(shí)，需要經(jīng)過一系列的變電站，而變壓器則用于提高輸電過程中的電壓，以減少輸電損耗。通過升高電壓，電能可以在輸送過程中減少電流的大小，從而減小線路損耗，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的效率。2.工業(yè)領(lǐng)域在工業(yè)領(lǐng)域中，往往需要根據(jù)不同設(shè)備的電壓需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。變壓器的使用可以將低壓電能轉(zhuǎn)換為高壓電能或反之，滿足不同設(shè)備的要求。特別是在一些大型設(shè)備或機(jī)械的驅(qū)動(dòng)過程中，對(duì)電能的穩(wěn)定輸出是至關(guān)重要的。而升壓變壓器的使用可以有效地提高電能利用率，并保證設(shè)備正常運(yùn)行?！竞诵乃仞B(yǎng)目標(biāo)】物理觀念了解變壓器的構(gòu)造及工作原理.科學(xué)思維掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系．科學(xué)探究通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.3科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過變壓器知識(shí)應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識(shí)。知識(shí)點(diǎn)一變壓器的原理【情境導(dǎo)入】1．把兩個(gè)沒有用導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線圈連到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈連到小燈泡上。接通電源，我們會(huì)看到小燈泡發(fā)光，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考變壓器的原、副線圈沒有連在一起，原線圈中的電流是如何“流到”副線圈中去的？2．探究分析變壓器中閉合鐵芯的作用是什么？【知識(shí)梳理】1．構(gòu)造：由和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作，與負(fù)載連接的線圈叫作．2．原理：現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中激發(fā)的磁場(chǎng)也不斷變化，變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生．【重難詮釋】1．變壓器的構(gòu)造變壓器由閉合鐵芯、原線圈、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號(hào)分別如圖甲、乙所示．2．變壓器的工作原理圖注意(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率．(2)變壓器只對(duì)交變電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用．(3)變壓器的兩個(gè)線圈之間通過磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，兩個(gè)線圈間是絕緣的．【典例精析】例1．在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的可拆式變壓器進(jìn)行研究，已知鐵芯是由彼此絕緣的硅鋼片平行疊壓而成，為了盡量減小傳遞過程中的能量損失，在實(shí)驗(yàn)中，作為橫擋的鐵芯Q的硅鋼片疊壓方式及放置方法的最佳設(shè)計(jì)為下圖的（）A．

B．

C．

D．

知識(shí)點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系【重難詮釋】1．實(shí)驗(yàn)思路交變電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時(shí)輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變?cè)⒏本€圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)器材多用電表、可拆變壓器(如圖甲)、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個(gè)多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個(gè)線圈的匝數(shù)．(2)接通學(xué)生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中．(3)保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值．(4)保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線圈匝數(shù)和對(duì)應(yīng)的電壓值．4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)分析表明，在誤差允許范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).5．注意事項(xiàng)(1)在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān)，再進(jìn)行操作．(2)為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12V，通電時(shí)不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱．(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量．【典例精析】例2．某小組用如圖甲所示的可拆變壓器探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)時(shí)組裝的變壓器如圖乙所示。在鐵芯上原、副線圈接入的匝數(shù)分別為匝和匝，原線圈兩端與正弦式交流電源相連，用交流電壓表測(cè)得原、副線圈兩端的電壓分別為10V和，這與其他小組的正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論明顯不一致。對(duì)于這個(gè)小組實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因，最有可能的是（）A．原線圈的電阻過大B．副線圈的電阻太小C．副線圈的匝數(shù)太少D．沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A知識(shí)點(diǎn)三理想變壓器的基本關(guān)系【情境導(dǎo)入】變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)來探究。器材：可拆變壓器、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按圖示電路連接電路。(2)原線圈接6V低壓交流電源，保持原線圈匝數(shù)n1不變，分別取副線圈匝數(shù)n2＝eq\f(1,2)n1、n1、2n1，用多用電表交流電壓擋分別測(cè)出副線圈兩端的電壓，記入表格。(3)原線圈接6V低壓交流電源，保持副線圈匝數(shù)n2不變，分別取原線圈匝數(shù)n1＝eq\f(1,2)n2、n2、2n2，用多用電表交流電壓擋分別測(cè)出副線圈兩端的電壓，記入表格?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？【知識(shí)梳理】1．理想變壓器：沒有的變壓器叫作理想變壓器，它是一個(gè)理想化模型．(1)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”．(2)原、副線圈不計(jì)電阻，電流通過時(shí)不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”．(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”．2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).3．兩類變壓器副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作變壓器．4.原線圈中電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)變成的能量，通過鐵芯使變化的磁場(chǎng)幾乎全部穿過了副線圈，在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化成了的能量．【重難詮釋】1．電壓關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).當(dāng)n2>n1時(shí)，U2>U1，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器．當(dāng)n2<n1時(shí)，U2<U1，變壓器使電壓降低，是降壓變壓器．(2)有多個(gè)副線圈時(shí)，eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…2．功率關(guān)系從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出．3．電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)，U1I1＝U2I2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…【典例精析】例3．電動(dòng)汽車無線充電示意圖如圖，若發(fā)射線圈的輸入電壓為、匝數(shù)為1100匝，接收線圈的匝數(shù)為2200匝。若發(fā)射線圈輸出功率為，變壓器為理想變壓器，下列說法正確的是（）A．采用直流電流電源也能為電動(dòng)汽車充電B．發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相等，均為100HzC．副線圈輸出電流的有效值為30AD．副線圈輸出電壓的峰值為440V針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．如圖，可以將電壓升高供給電燈的變壓器是（）A．

B．

C．

D．

2．隨著生活中的電子設(shè)備越來越多，在不知不覺中各種“理不清”的充電線給我們帶來了困擾。無線充電的引入，讓、智能手表和電動(dòng)牙刷等設(shè)備擺脫了“充電線”的牽制，如圖1所示，某智能手表正準(zhǔn)備進(jìn)行無線充電，當(dāng)送電線圈接入如圖3所示的交流電源后，送電線圈接有電阻R1，受電線圈接有電阻R2＝4Ω，送電線圈和受電線圈的匝數(shù)比n1：n2＝5：1，此時(shí)智能手表處于“超級(jí)充電”模式，其兩端的電壓為20V，充電裝置線圈可視為理想變壓器，則下列說法正確的是（）A．送電線圈兩端電壓為220VB．送電線圈所接電阻R1＝20ΩC．此充電器在“超級(jí)快充”模式下，耗電功率為200WD．受電線圈中的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與供電線圈中電流的磁場(chǎng)方向相反3．在探究變壓器的兩個(gè)線圈電壓關(guān)系時(shí)，某同學(xué)自己繞制了兩個(gè)線圈A和B，兩線圈的匝數(shù)分別為和，把兩個(gè)線圈套在可拆變壓器的鐵芯上，組成了一個(gè)新變壓器，如圖所示，線圈A作為原線圈連接到學(xué)生電源的交流輸出端，電源輸出的電壓隨時(shí)間變化的表達(dá)式為，線圈B接小燈泡和電壓表，若新變壓器可視為理想變壓器，則（）A．電源輸出電壓的頻率為B．若電壓表的讀數(shù)為，則兩線圈的匝數(shù)比C．在小燈泡旁邊并聯(lián)一個(gè)電阻，電壓表的讀數(shù)變小D．將線圈A改接在學(xué)生電源的直流輸出端，小燈泡也能持續(xù)發(fā)光4．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為，原線圈兩端接的交流電源，副線圈兩端接的負(fù)載電阻，電表均為理想交流電表．則下列說法中正確的是（）A．副線圈中輸出交流電的頻率為B．副線圈中電壓表的示數(shù)為C．變壓器的輸入功率為D．原線圈中的電流表A的示數(shù)為5．如圖甲所示是無線充電工作原理圖，送電線圈接入如圖乙所示交變電流，受電線圈未與連接，則（）A．當(dāng)時(shí)，受電線圈中磁通量最大B．當(dāng)時(shí)，cd端電壓最小C．增大送電和受電線圈的間距，cd端電壓頻率改變D．增大送電和受電線圈的間距，cd端與ab端電壓之比變小6．某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成。當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，下列說法正確的是（）A．家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量不為零B．家庭電路中使用的電器增多時(shí)，L2中的磁通量變大C．家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開關(guān)K將被電磁鐵吸起D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，開關(guān)K將被電磁鐵吸起7．如圖所示的理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比，原線圈兩端分別連接光滑導(dǎo)軌和電流表A1，導(dǎo)軌平面處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中且垂直磁場(chǎng)，副線圈與電阻R、電流表A2相連組成閉合回路。當(dāng)金屬棒AB沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流表A1的示數(shù)是12mA，那么電流表A2的示數(shù)為（）A．48mA B．3mA C．0mA D．與R值大小有關(guān)8．“隔空充電”是目前無線充電技術(shù)的主要研究方向，其原理與變壓器相似，在充電基座的送電線圈中接入交變電流（如圖所示），從而使等用電器的受電線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流（如圖所示），若送、受電線圈的匝數(shù)分別為、，兩端電壓的有效值分別為、；流過送、受電線圈的交變電流有效值分別為，頻率分別為，由于兩線圈間存在一定的距離，則在兩線圈中仍成立的關(guān)系是（）A． B．C． D．二、多選題9．利用如圖所示的可拆變壓器可以探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，下列說法中正確的是（

）A．為了保證人身安全，可以用4~6節(jié)干電池作為電源B．使用電壓表測(cè)電壓時(shí)，要先用最大量程擋試測(cè)C．變壓器工作時(shí)通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈D．由于漏磁，實(shí)際測(cè)得變壓器原、副線圈的電壓比會(huì)比原、副線圈的匝數(shù)比略大10．如圖所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為2：1，原線圈接定值電阻、理想電流表A和理想電壓表，輸入電壓；副線圈接定值電阻，最大電阻為10Ω的滑動(dòng)變阻器和理想電壓表。則下列說法正確的是（）A．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從下向上滑動(dòng)時(shí)，通過的電流的頻率變大B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從下向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變化范圍為AC．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從下向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表的讀數(shù)變化范圍為52~60VD．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從下向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表的讀數(shù)變化范圍為0~20V11．如圖所示的理想變壓器，原線圈電路中有定值電阻R1，阻值為2R0，接入電動(dòng)勢(shì)為的交流電源，內(nèi)阻不計(jì)。副線圈電路中定值電阻R2和滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)，R2的阻值和滑動(dòng)交阻器的最大阻值均為R0，原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，電壓表和電流表均為理想交流電表。在滑動(dòng)變阻器滑片P從最上端緩慢向下滑動(dòng)至最下端的過程中，下列說法正確的是（）A．電壓表和電流表的示數(shù)均逐漸變大B．R1兩端電壓與R2兩端電壓之比始終為1：5C．通過R2的電流的頻率始終為5HzD．R1和R2消耗的總功率逐漸增大12．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，原線圈EF兩端與寬度m的光滑平行金屬軌道連接，軌道平面水平，磁感應(yīng)強(qiáng)度T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于軌道平面向下。一根阻值不計(jì)的金屬桿以的速度在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。副線圈GH兩端連接的電路如圖，三個(gè)燈泡的電阻均為4Ω，L是直流電阻不計(jì)的理想線圈，C是電容器。下列說法正確的是（）A．三個(gè)燈泡中最亮，最暗B．副線圈中電流的頻率為5HzC．燈泡的功率為36WD．若導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)周期變?yōu)?，則燈泡變亮，變暗13．如圖所示，一鐵芯為“日”字型的理想變壓器，為原線圈，、為副線圈，且。當(dāng)原線圈接最大值為的正弦交流電壓時(shí)，通過、線圈的磁感線條數(shù)均為通過線圈磁感線條數(shù)的一半，則（

）A．副線圈與原線圈中交變電流的頻率相同B．副線圈與原線圈中磁通量的變化率相同C．副線圈的輸出電壓的有效值為55VD．當(dāng)副線圈開路時(shí)，原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率相同14．如圖是某型號(hào)發(fā)電機(jī)給外電路供電的工作示意圖，已知線圈a在均勻的輻向磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)切割磁感線，產(chǎn)生足夠大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，兩燈泡、完全相同，變壓器可視為理想變壓器，匝數(shù)，不考慮線圈a的自感現(xiàn)象。下列說法正確的是（）A．若線圈a做勻速運(yùn)動(dòng)，只有發(fā)光B