新教材2023年秋高中物理第3章交變電流3.變壓器學生用書無答案新人教版選擇性必修第二冊

3．變壓器1．知道變壓器的工作原理和理想變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，會推導理想變壓器原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系，會用能量的觀點理解變壓器的工作原理。2．知道理想變壓器是忽略了能量損耗的一種理想化模型，進一步體會建立理想化模型這種思維方法。3．經(jīng)歷探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的過程，提高科學探究的能力。4．在實驗中要養(yǎng)成避免觸電和安全使用電表的習慣，養(yǎng)成尊重實驗數(shù)據(jù)的嚴謹科學態(tài)度。變壓器的原理及其基本規(guī)律1．變壓器的構(gòu)造由________和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，如圖所示。(1)原線圈：與________連接的線圈，也叫________。(2)副線圈：與________連接的線圈，也叫________。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、方向不斷變化，在鐵芯中激發(fā)的________也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生________。3．作用：改變交變電流的________，不改變交變電流的________和________。①原副線圈有共同的鐵芯，穿過它們的磁通量和磁通量的變化率時刻相同。②變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的。4．理想變壓器(1)定義：沒有________損耗的變壓器。(2)特點①變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁。②原、副線圈不計內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱。③鐵芯中不產(chǎn)生渦流。5．原、副線圈的電壓關(guān)系(1)對理想變壓器，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的ΔΦΔt，根據(jù)法拉第電磁感應定律有E1＝n1Δ(2)由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以U1U2＝________。當有多組線圈時，則有6．兩類變壓器(1)降壓變壓器：________的電壓比________電壓低的變壓器。(2)升壓變壓器：________的電壓比________電壓高的變壓器。如圖所示，把兩個沒有導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈(原線圈)通過開關(guān)可以連接到交流電源的兩端，另一個線圈(副線圈)連到小燈泡上。連接電路，閉合開關(guān)，小燈泡能發(fā)光。問題1兩個線圈并沒有連接，小燈泡為什么會發(fā)光？問題2小燈泡兩端的電壓與學生電源的輸出電壓相等嗎？問題3若將原線圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎？1．工作原理2．基本規(guī)律(1)電壓關(guān)系U1∶U2∶U3…＝n1∶n2∶n3…或U1n1(2)功率關(guān)系輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出，U1I1＝U2I2。(3)電流關(guān)系由功率關(guān)系可知，當只有一個副線圈時，I1當有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。(4)原、副線圈的交變電流的周期T和頻率f相同?！镜淅?】(多選)如圖所示，理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1＝1000匝，副線圈匝數(shù)為n2＝200匝，交變電源的電動勢e＝311sin314t(V)，電阻R＝88Ω，電流表和電壓表對電路的影響忽略不計。下列結(jié)論正確的是()A．電流表A1的示數(shù)為0.10AB．電壓表V1的示數(shù)為311VC．電流表A1的示數(shù)為0.75AD．電壓表V2的示數(shù)為44V[聽課記錄]變壓器中提到的電壓關(guān)系、電流關(guān)系、電路中電表的示數(shù)等，指的都是交變電流的有效值。[跟進訓練]1．(2022·山東卷)如圖所示的變壓器，輸入電壓為220V，可輸出12V、18V、30V電壓，匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時間變化為u＝Umcos100πt。單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1V。將阻值為12Ω的電阻R接在BC兩端時，功率為12W。下列說法正確的是(A．n1為1100匝，Um為220VB．BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4AC．若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18V，頻率為100HzD．若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5A，周期為0.02s理想變壓器工作時的制約關(guān)系和動態(tài)分析1．電壓制約輸入電壓U1決定輸出電壓U2。當變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n2一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U22．電流制約輸出電流I2決定輸入電流I1。當變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n2一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的輸入電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝n2I2n1。而變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓3．功率制約輸出功率P2決定輸入功率P1。變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，即P2＝P負1＋P負2＋…。P2增大，P1增大；P2減小，P1減小；P2為零，P1為零。4．對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是R→I2→P出→P入→I1。(2)負載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1?！镜淅?】(多選)如圖所示為一理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流，則以下說法正確的是()A．保持U1及P的位置不變，S由a合到b時，I1將增大B．保持P的位置及U1不變，S由b合到a時，R消耗的功率將減小C．保持U1不變，S合在a處，使P上滑，I1將增大D．保持P的位置不變，S合在a處，若U1增大，I1將增大[聽課記錄]變壓器動態(tài)分析的思路可表示為U1U1U2＝n[跟進訓練]2．(2022·浙江舟山教育學院高二期末)某同學設(shè)計的無級變速風扇電路如圖所示，理想自耦變壓器的鐵芯上繞有一個線圈，可通過滑片P調(diào)節(jié)副線圈匝數(shù)。A、B間輸入電壓為u＝1002sin100πt(V)，E為線圈C、D的中點，通過滑片P上、下移動，改變風扇M兩端的電壓。風扇M的內(nèi)阻r＝10Ω，額定電壓U＝100V，額定功率P＝50W。則()A．當滑片P向上移動時，風扇的轉(zhuǎn)速將減小B．當滑片P向上移動時，原線圈的電流將變小C．當滑片P置于C處時，風扇輸出功率為47.5WD．當滑片P置于E處時，風扇兩端的電壓為502科學探究——探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系1．實驗目的探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。2．實驗器材可拆變壓器、學生電源、多用電表、導線若干。3．實驗原理電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于交變電流的大小、方向在不斷地變化，鐵芯中的磁場強弱和方向也在不斷地變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢，盡管兩個線圈之間沒有導線相連，副線圈也能夠輸出電流。4．實驗操作(1)按圖示連接電路。(2)保持原線圈的匝數(shù)n1不變，副線圈的匝數(shù)n2逐漸增多，觀察小燈泡亮度情況。(3)保持副線圈的匝數(shù)n2不變，原線圈的匝數(shù)n1逐漸增多，觀察小燈泡亮度情況。(4)原線圈接6V低壓交流電源，保持原線圈匝數(shù)n1不變，改變副線圈匝數(shù)n2，用多用電表交流電壓擋測出副線圈兩端的電壓，記入表格，重復三次。(5)原線圈接6V低壓交流電源，保持副線圈匝數(shù)n2不變，改變原線圈匝數(shù)n1，用多用電表交流電壓擋測出副線圈兩端的電壓，記入表格，重復三次。5．實驗現(xiàn)象小燈泡的亮度如表所示。n1n2100200400100暗較亮亮200較暗暗較亮400很暗較暗暗(1)當原線圈匝數(shù)不變時，副線圈的匝數(shù)越多小燈泡越亮；當副線圈的匝數(shù)不變時，原線圈的匝數(shù)越多小燈泡越暗。(2)將不同匝數(shù)的線圈接入線路測出線圈當中的電壓并填入表中：原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2原線圈電壓U1副線圈電壓U2n1∶n2U1∶U21002006V12V1∶21∶21004006V24V1∶41∶41006006V36V1∶61∶62002006V6V1∶11∶14002006V3V2∶12∶16002006V2V3∶13∶16．數(shù)據(jù)處理(1)小燈泡越亮，表明其兩端的電壓越大；小燈泡越暗，表明其兩端的電壓越小。(2)計算U1U27．實驗結(jié)論在誤差范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數(shù)成正比，數(shù)學表達式為U1【典例3】某班物理實驗課上，同學們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示。(1)下列說法正確的是________。A．為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流電壓擋”C．可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響D．測量副線圈電壓時，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當?shù)膿跷贿M行測量E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導電，把電能由原線圈輸送到副線圈F．變壓器開始正常工作后，若不計各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用(2)如圖丙所示，某同學自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是________。A．與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力B．若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將保持不變C．若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學生電源的過載指示燈可能會亮起(3)理想變壓器是一種理想化模型。請分析說明該模型應忽略哪些次要因素；并證明：理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即U1[聽課記錄][跟進訓練]3．如圖所示為一個教學用的簡易變壓器，兩線圈的匝數(shù)未知，某同學想用所學變壓器的知識測定兩線圈的匝數(shù)。(1)為完成該實驗，除了選用電壓表、導線外，還需要選用低壓________(選填“直流”或“交流”)電源。(2)該同學在變壓器鐵芯上繞10匝絕緣金屬導線C，然后將A線圈接電源，用電壓表分別測出線圈A、線圈B及線圈C兩端的電壓，記錄在表格中，則線圈A的匝數(shù)為________匝，線圈B的匝數(shù)為________匝。A線圈電壓B線圈電壓C線圈電壓8.0V3.8V0.2V(3)為減小線圈匝數(shù)的測量誤差，你認為繞制線圈C的匝數(shù)應該________(選填“多一些”或“少一些”)更好。1．(2022·黑龍江哈爾濱阿城區(qū)第一中學校高二期末)如圖所示是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的裝置示意圖，軟鐵環(huán)上繞有M、N兩個線圈，匝數(shù)比為2∶3，線圈M與直流電源、開關(guān)S1相連，線圈N與電阻R、開關(guān)S2相連。忽略一切損耗，將S1、S2閉合穩(wěn)定后，下列說法正確的是()A．M、N線圈兩端電壓之比為3∶2B．M、N線圈兩端電壓之比為2∶3C．R中電流由a→bD．R中電流為02．一電器中的變壓器可視為理想變壓器，它將220V交變電壓變?yōu)?2V，已知變壓器原線圈匝數(shù)為1000，則副線圈匝數(shù)為()A．50 B．100C．500 D．20003．(2022·安徽合肥一六八中學高二期中)如圖所示為手機無線充電器的模型，其工作原理與理想變壓器相同。已知發(fā)射、接收線圈匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1，C、D端的輸出電流i＝22sin(2π×105t)(A)，則關(guān)于A、B端輸入電流的描述正確的是(A．周期為1×10-5sB．頻率為50kHzC．最大值為22AD．有效值為0.22A4．如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比n1∶n2＝4∶1，電壓表V和電流表A均為理想電表，燈泡電阻RL＝12Ω，AB端電壓u1＝242sin100πt(V)。下列說法正確的是()A．電流頻率為100HzB．電壓表V的讀數(shù)為96VC．電流表A的讀數(shù)為0.5AD．變壓器輸入功率為6W回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：(1)變壓器能輸送電能是利用什么？(2)由電壓與匝數(shù)關(guān)系及什么關(guān)系得到電流關(guān)系？(3)理想變壓器電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系分別如何？無線充電技術(shù)我們知道，變壓器能通過電磁感應輸送電能。當原線圈中由變化的電流激發(fā)了一個變化的磁場，電場的能量就轉(zhuǎn)變成磁場的能量；當這個變化的磁場在副線圈上產(chǎn)生感應電流，磁場的能量就轉(zhuǎn)化成了電場的能量，這樣電能就從原線圈不必經(jīng)過導線直接連接就轉(zhuǎn)移到了副線圈。無線充電是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，其中一種就是基