【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修2：3.3 變壓器第1課時變壓器原理及應用課件

第三章交變電流3．變壓器第1課時變壓器原理及應用課前預習反饋課內互動探究課堂達標檢測目標體系構建核心素養(yǎng)提升課堂小結目標體系構建1．知道變壓器的構造，了解變壓器的工作原理。2．理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關系，能應用它分析解決有關問題。3．在探究變壓比和匝數(shù)比的關系中培養(yǎng)學生運用物理理想化模型分析問題、解決問題的能力。體會能量守恒定律是普遍適用的。1．物理觀念：能用能量的觀點理解變壓器的工作原理。2．科學思維：知道理想變壓器是忽略了能量損失的一種理想模型，進一步體會建立理想模型的思維方法。3．科學探究：經歷探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關系的過程，提高科學探究能力。4．科學態(tài)度與責任：在實驗中養(yǎng)成安全用電和正確使用實驗儀器的習慣，養(yǎng)成尊重實驗數(shù)據(jù)的科學態(tài)度。課前預習反饋

變壓器原理

知識點

11．構造由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成。(1)原線圈：與___________相連的線圈。(2)副線圈：與_______相連的線圈。2．原理_______現(xiàn)象是變壓器的工作基礎。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生_____________。3．作用改變交變電流的_______，不改變交變電流的_______和_______。

交流電源負載互感磁場感應電動勢電壓電壓頻率『判一判』(1)變壓器的工作原理是電磁感應。()(2)變壓器的工作基礎是互感現(xiàn)象。()(3)各種電流接入變壓器的輸入端，變壓器都能正常工作。()√√×電壓與匝數(shù)的關系

知識點

21．理想變壓器沒有___________的變壓器。2．電壓與匝數(shù)的關系能量損失匝數(shù)低高『判一判』(4)原線圈的電壓不隨副線圈的輸出電流的變化而變化。()(5)原線圈的電流隨副線圈的輸出電流的增大而增大。()(6)理想變壓器的原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈。()√√×『選一選』D『想一想』汽車等交通工具中用電火花點燃汽油混合氣，如圖所示，已知汽車蓄電池電壓為12V，變壓器匝數(shù)之比為1∶100。當開關S閉合后，火花塞上電壓為多少？當開關S從閉合到突然斷開，可為火花塞提供瞬時高電壓，產生電火花。蓄電池提供的是直流電，為什么變壓器的副線圈也能得到高電壓呢？解析：當開關S閉合后，變壓器的原線圈中是恒定電流，鐵芯中的磁通量不變，副線圈中沒有感應電動勢，火花塞上電壓為零。當開關從閉合到突然斷開，鐵芯中磁通量突然變小，在副線圈中會產生一個瞬時高電壓(脈沖高電壓可達104V左右)，使火花塞產生電火花。課內互動探究探究

理想變壓器的工作原理及規(guī)律如圖所示，把兩個沒有導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連到交流端，另一個線圈連到小燈泡上。請同學們觀察實驗并思考：兩個線圈沒有直接連接，為什么燈泡卻亮了？如果將學生電源打到適當?shù)闹绷麟妷簱跎?，燈泡還亮嗎？情|境|導|入提示：①當一個線圈中接上交變電流時，變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場通過閉合的鐵芯的導磁作用，進入另一個線圈中，產生感應電動勢，燈泡中有了感應電流，故燈泡發(fā)光。通過互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個線圈傳輸給另一個線圈。

②如果將圖中的學生電源打到適當?shù)闹绷麟妷簱跎?，燈泡就不亮了?．變壓器的變壓原理：當原線圈加上交流電壓U1時，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產生變化的磁通量，在原、副線圈中都要產生感應電動勢。如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產生交變的感應電流，它也在鐵芯中產生變化的磁通量，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈。如圖所示。要|點|提|煉2．能量轉化：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉化。3．原、副線圈的地位(1)原線圈在其所處回路中充當負載。(2)副線圈在其所處回路中充當電源。4．理想變壓器的特點(1)原、副線圈的電阻不計，不產生熱量。(2)變壓器的鐵芯無漏磁，原、副線圈磁通量無差別。(3)變壓器自身的能量損耗不計，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率。

如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)為n1，副線圈的匝數(shù)為n2，原線圈的兩端a、b接正弦交流電源時，電壓表V的示數(shù)為220V，電流表A1的示數(shù)為0.20A。已知負載電阻R＝44Ω，則下列判斷中正確的是()A．原線圈和副線圈的匝數(shù)比為2∶1B．原線圈和副線圈的匝數(shù)比為5∶1C．電流表A2的示數(shù)為0.1AD．電流表A2的示數(shù)為0.4A典例1典|例|剖|析B

如圖所示，理想變壓器原、副線圈接有三個完全相同的燈泡，其額定電壓均為U，且三個燈泡均能正常發(fā)光。下列說法中正確的是()A．原、副線圈匝數(shù)比為3∶1B．原、副線圈匝數(shù)比為1∶3C．AB端的輸入電壓為3UD．AB端的輸入電壓為4U對點訓練?C(多選)(2023·重慶巴蜀中學高二期中)如圖所示，1、2是理想變壓器原線圈某位置的抽頭，副線圈連接有定值電阻R0和滑動變阻器R，初始時R0>R，電壓表和電流表為理想交流電表，原線圈的輸入電壓始終保持不變，則下列說法正確的有()對點訓練?ACA．當滑動變阻器的滑片向下移動時，電壓表V2示數(shù)減小，電流表A2示數(shù)增加B．當滑動變阻器的滑片向上移動時，電壓表V2示數(shù)的變化量與電流表A2示數(shù)的變化量之比變小C．當滑動變阻器的滑片向下移動時，滑動變阻器消耗的功率變小D．保持滑動變阻器的滑片不動，當單刀雙擲開關從1撥至2時，電壓表V1和電流表A1的示數(shù)之比增加探究

變壓器工作時的制約關系及動態(tài)分析如圖所示，一低壓交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線圈都帶有滑動頭，通過上下調節(jié)P1、P2的位置，可以改變變壓器原、副線圈的匝數(shù)。圖中L是一個小燈泡，R2是定值電阻，R1、R3是滑動變阻器，若只移動P1、P2、P3、P4中的一個滑動觸頭，而增大燈泡L的亮度，可以采取的方法有哪些？情|境|導|入1．變壓器工作時的三個制約關系要|點|提|煉(3)功率制約：P2決定P1，變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2＝P負1＋P負2＋…，P2增大，P1增大；P2減小，P1減?。籔2為0，P1為0。2．對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)匝數(shù)比不變的情況，如圖所示。(2)負載電阻不變的情況，如圖所示。(2023·四川成都高二期中)如圖為街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網的電壓，負載變化時輸入電壓不會有大的波動。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，兩條輸電線的總電阻用R0表示，滑動變阻器R代表用戶用電器的總電阻。如果變壓器上的能量損失可以忽略，電表均為理想電表，當用電器增加時(相當于滑動變阻器R的阻值減小)，下列說法正確的是()A．A1的示數(shù)變小 B．A2的示數(shù)變小C．V2的示數(shù)增大 D．V3的示數(shù)變小典例2典|例|剖|析D解析：由于輸入電壓和匝數(shù)比不變，故輸出電壓不變，V2的示數(shù)不變，故C錯誤；輸出電壓不變，故在滑動變阻器R的阻值減小的過程中，副線圈總電阻變小，電流變大，則A2的示數(shù)變大，故B錯誤；副線圈電流變大，則R0的分壓變大，故V3的示數(shù)變小，故D正確；副線圈的功率變大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，則輸入功率變大，則A1的示數(shù)變大，故A錯誤。(多選)(2023·福建福州高二期中)理想變壓器的原線圈連接電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過觸頭Q調節(jié)，在副線圈輸出端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，在原線圈上加一電壓為U的交流電，如圖所示。若()A．Q位置不變，將P向上滑動，電流表的讀數(shù)變大B．Q位置不變，將P向上滑動，電流表的讀數(shù)減小C．P位置不變，將Q向上滑動，電流表的讀數(shù)變大D．P位置不變，將Q向上滑動，變壓器的輸入功率減小對點訓練?BC解析：在原、副線圈匝數(shù)比一定的情況下，變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定。因此，當Q位置不變時，輸出電壓U′不變，此時P向上滑動，負載電阻值R′增大，則輸出電流I′減小，根據(jù)輸入功率P1等于輸出功率P2，電流表的讀數(shù)I變小，故A錯誤，B正確；P位置不變，將Q向上滑動，副線圈匝數(shù)增大，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，可知輸出電壓U′變大，I′變大，而U不變，則電流表讀數(shù)變大，C正確，輸出的功率增大，由于輸入功率等于輸出功率，所以輸入的功率也隨之增大，故D錯誤。課堂小結核心素養(yǎng)提升幾種常見的變壓器1．自耦變壓器如圖所示，鐵芯上只繞一個線圈，低壓線圈是高壓線圈的一部分，既可以作為升壓變壓器使用，也可以作為降壓變壓器使用。2．電壓互感器(1)構造：小型降壓變壓器，如圖所示。(2)接法：原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表；為了安全，外殼和副線圈應接地。(3)作用：將高電壓變?yōu)榈碗妷海ㄟ^測量低電壓，計算出高壓電路的電壓。3．電流互感器(1)構造：小型升壓變壓器，如圖所示。(2)接法：原線圈串聯(lián)在被測電路中，副線圈接電流表，為了安全，外殼和副線圈應接地。(3)作用：將大電流變成小電流，通過測量小電流，計算出被測電路中的大電流。(2023·福建省詔安縣高二期中)如圖所示，l1和l2是輸電線，在圖中空圈內填入所用的電表的名稱，1位置應為_______表，2位置應為_______表。若已知變壓比為100∶1，變流比為100∶1，并且知道電壓表示數(shù)為220V，電流表示數(shù)為1000A，則輸電線路中的功率為______________W。案例1

電壓電流2.2×109解析：1位置的儀表是原線圈兩端接電源兩端的電壓，所以是電壓互感器，為電壓表。2位置的儀表的原線圈是串聯(lián)接入輸電線的一根導線，所以是電流互感器，為電流表。已知電壓表示數(shù)為220V，且變壓比為100∶1，所以傳輸電壓為U＝220×100V＝2.2×104V電流表示數(shù)為1000A，且變流比為100∶1，故傳輸電流為I＝1000×100A＝1×105A所以輸電功率為P＝UI＝2.2×109W。(2023·江蘇高二期中)如圖所示的調壓器，滑動觸頭P和Q均可調節(jié)，在輸入交變電壓U恒定的條件下，電壓表、電流表均是理想的，下列說法正確的是()A．Q不動，P向上移動，電壓表示數(shù)增大B．Q不動，P向下移動，電流表示數(shù)增大C．P不動，Q向下移動，電壓表示數(shù)增大D．P不動，Q向下移動，電流表示數(shù)增大案例2

B解析：當Q不動時，滑動變阻器的阻值不變，當P向上移動時，原線圈匝數(shù)變大副線圈匝數(shù)不變，自耦變壓器的輸出的電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，故A錯誤；當Q不動時，滑動變阻器的阻值不變，當P向下移動時，原線圈匝數(shù)變小副線圈匝數(shù)不變，自耦變壓器的輸出的電壓增加，電壓表的示數(shù)增大，輸出功率變大，輸入功率變大，輸入電壓恒定，則輸入電流變大，故B正確；當P不動時，自耦變壓器的輸出的電壓不變，所以電壓表的示數(shù)不變，當Q向下移動時，滑動變阻器的電阻增大，所以電路的電流減小，變壓器匝數(shù)比不變，因此電流表示數(shù)減小，故C、D錯誤。課堂達標檢測一、變壓器原理1．理想變壓器正常工作時，原、副線圈中不相同的物理量為()A．每匝線圈中磁通量的變化率B．交變電流的頻率C．原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率D．原線圈中感應電動勢和副線圈中的感應電動勢解析：理想變壓器是沒有能量損失的變壓器，鐵芯中無漏磁，所以每匝線圈中磁通量相等，其變化率相等，故A、C不符合題意；根據(jù)變壓器的工作原理及用途可知變壓器不改變交流電的頻率，B不符合題意，選D。D2．(2023·海南高二期中)無線充電技術能實現(xiàn)能量的無線傳輸，如圖是無線充電設備給手機充電，下列關于無線充電的說法正確的是()A．充電設備中的線圈通恒定電流也可以對手機無線充電B．充電設備的電流與手機的充電電流一定相等C．充電的原理主要利用了自感D．充電設備與手機不接觸也能充電D解析：充電設備中的線圈通恒定電流，其產生的磁場是恒定的，不能使手機產生感應電流，不能實現(xiàn)無線充電，A錯誤；充電設備與手機的充電電流不一定相等，就像變壓器工作原理一樣，原、副線圈匝數(shù)不一樣，電流就不同，B錯誤；充電的原理主要利用了電磁感應的互感原理，所以充電設備與手機不接觸也能充電，C錯誤，D正確。二、電壓、電流與匝數(shù)的關系3．(2022·寧夏永寧縣高二期中)用一理想變壓器向一負載R供電，如圖所示，原線圈中交流電壓保持不變，當增大負載電阻R時，原線圈和副線圈中的電流I