课件73张PPT。教学教法分析课前自主导学当堂双基达标 课后知能检测教学方案设计课堂互动探究 4 变压器●课标要求
通过实验，探究变压器电压与匝数的关系．
●课标解读
1．知道变压器的构造及几种常见的变压器，了解变压器的工作原理．2．通过实验，探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系．了解理想化模型在物理学研究中的重要性．
3．了解变压器在生活中的应用．
●教学地位
本节知识是高中电学的基础，在历年高考中都被考查到，既有直接命题，也有与其他知识的综合命题，题目难度一般为中等，学习本节知识时要引起足够重视．●新课导入建议
在日常生活中，不同的用电器往往需要不同的电压，电冰箱、洗衣机需要220 V电压，彩色电视机显像管则需要10 000 V以上的电压，实验室安全电压为12 V，这就需要变压器来实现．如图是一款常见的电力变压器，那么变压器是如何改变电压的呢？通过本节的学习你会明白变压器的工作原理．
●教学流程设计1.基本知识
(1)构造
变压器由___________和绕在铁芯上的两个_______组成，与交流电源连接的线圈叫_________，与负载连接的线圈叫_________．闭合铁芯线圈原线圈副线圈(2)原理
______现象是变压器的工作基础，由于原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的______也在不断变化．变化的_______在副线圈中产生_____________．
2．思考判断
(1)变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能转化．( )
(2)恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用．( )互感磁场磁场感应电动势√×(3)变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成．( )
3．探究交流
在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图5-4-1进行实验．√图5-4-1则闭合电键后，灯泡是否发光？并解释出现这种现象的原因？1.基本知识
(1)理想变压器
没有___________的变压器．
(2)电压与匝数关系能量损失2．思考判断
(1)在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的．( )
(2)理想变压器可以改变交变电流的频率．( )
(3)电流通过铁芯从原线圈流到副线圈．( )√××【提示】 当原线圈电压最大时，电流最大，但电流的变化率为零，此时副线圈中磁场最强，但磁通量的变化率为零，故此时副线圈两端的电压为零，即U2＝0.可见，原、副线圈的瞬时电压与匝数不成正比．【问题导思】
1．理想变压器有什么特点？实际变压器能被看成理想变压器吗？
2．理想变压器原副线圈的电流、功率满足什么规律？
3．若有两个副线圈，理想变压器的电压、电流、功率与匝数满足什么关系？1．理想变压器的特点
(1)变压器铁芯内无漏磁；
(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热．
(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率. (2014·黄冈中学高二检测)一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压U如图5-4-2所示．副线圈仅接入一个10 Ω的电阻．则( )【审题指导】 解答本题时应把握以下三点：
(1)正弦交变电流峰值与有效值的关系．
(2)变压器原、副线圈电压与匝数的关系．
(3)电流表示数，电热和功率需用交变电流有效值计算．1分钟内电阻发出的热量Q＝I2Rt＝102×10×60 J＝6.0×104 J，C错误；变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出＝U2I2＝100×10 W＝1×103 W，故D正确．
【答案】 D1．变压器能改变交流电压，不能改变恒定直流电压．
2．理想变压器的效率是100%.
3．交流电压表与电流表的示数均为有效值．
4．输入功率由输出功率决定．1．(多选)(2014·山东高考)如图5-4-3，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( )A．变压器输入功率为484 W
B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A
C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A
D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3【答案】 BD2．当原、副线圈匝数比不变时，如何分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况？
3．当负载电阻不变时，如何分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况？1．电压制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2U1/n1.
2．电流制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.3．负载制约
(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；
(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2；
(3)总功率P入＝P线＋P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的．4．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→P2→P1→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→P2→P1→I1.(2014·福州高二检测)用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题．如图5-4-4所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是( )A．原线圈中电流减小
B．副线圈输出电压减小
C．R两端的电压增大
D．原线圈输入功率减小【审题指导】 【解析】 原线圈输入电压恒定，副线圈输出电压不变，B错误；当开关S闭合后，电路中总电阻减小，总电流和总功率变大，原线圈中电流和输入功率都变大，R两端的电压增大，故C正确，A、D错误．
【答案】 C理想变压器动态问题的处理方法
1．首先抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1.
2．把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化．
3．根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化．2．(2014·广东高考)
如图5-4-5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，闭合电键S，下列说法正确的是( )A．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
【解析】 本题是理想变压器的动态分析问题，首先要分清变量和不变量，其次明确各物理量间的制约关系．
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亮度不随P的滑动改变，故选项A错误，选项B正确． 【答案】 BD(多选)(2014·浏阳一中高二检测)在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器的铁芯的左、右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都有一半通过另一个线圈，另一半通过中间臂，如图5-4-6所示，已知线圈1、2的匝数之比为n1∶n2＝2∶1，在不接负载的情况下( )A．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为110 V
B．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 V
C．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 V
D．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为110 V【答案】 BD1．变压器原、副线圈的电压比等于匝数之比．
2．无论铁芯形状如何、无论副线圈有多少个，根据能量守恒定律，原线圈的输入功率总等于所有副线圈输出功率之和．1．对理想变压器可做出的判断是( )
A．高压线圈匝数多、电流大、导线粗
B．低压线圈匝数少、电流小、导线细
C．高压线圈匝数多、电流大、导线细
D．低压线圈匝数小、电流大、导线粗【答案】 D2．(2014·新乡一中高二检测)对于理想变压器，下列说法中不正确的是( )
A．原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大
B．原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大
C．原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零【解析】 副线圈消耗功率大小决定原线圈的输入功率大小，A对；副线圈的电流决定原线圈的电流，B对；当副线圈的电流为零时原线圈的电流为零，但电压不是零，D错；原线圈的电压决定副线圈的电压，与副线圈中电流的变化无关，C对，所以错误的选D.
【答案】 D3．(多选)如图5-4-7所示，L1、L2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( )A．甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V
B．甲是电流互感器，输电电流是100 A
C．乙图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V
D．乙图是电流互感器，输电电流是100 A【答案】 AD4．(多选)(2013·江苏高考)如图5-4-8所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光．要使灯泡变亮，可以采取的方法有( )A．向下滑动P
B．增大交流电源的电压C．增大交流电源的频率
D．减小电容器C的电容
【答案】 BC 【答案】 4盏 并联【备选习题】【答案】 AC2．(多选)有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图教5-4-2所示，在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电，则( )A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大
B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小
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】 BC【答案】 AB4．如图教5-4-4所示为一台理想变压器，原、副线圈的匝数分别为n1＝400匝，n2＝800 匝，如果连接导线的电阻忽略不计，那么可以确定( )图教5-4-4①这是一台升压变压器
②副线圈两端电压是原线圈两端电压的一半
③通过副线圈的电流是通过原线圈电流的一半
④变压器输出电功率是输入电功率的一半
A．①② B．②③ C．③④ D．①③【答案】 D5．如图教5-4-5所示，自耦变压器输入端A、B接交流电源，其电压有效值UAB＝100V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为______V，通过电阻R0的电流有效值为______A.【解析】 当滑片处于线圈中点时由变压比公式得，UCD＝2UAB＝200 V，通过R0的电流I＝UCD/R0＝5 A.
【答案】 200 5课后知能检测
点击图标进入… 1．理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶15，当原线圈接在6 V的蓄电池两端以后，副线圈的输出电压为( )
A．90 V B．0.4 V
C．6 V D．0
【解析】 由于蓄电池向外输出的是直流电，铁芯中磁通量不能发生变化，在副线圈中不能产生感应电动势，所以副线圈的输出电压为0.
【答案】 D
2．(2014·大同一中高二检测)用理想变压器给负载电阻R供电，变压器输入电压一定时，在下列四个办法中，哪种可以使变压器输入功率增加( )
A．增加变压器原线圈匝数，而副线圈匝数及负载电阻R保持不变
B．减小负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变
C．增加负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变
D．减少变压器副线圈匝数，而原线圈匝数和负载电阻保持不变
【解析】 由＝，当n1增加时，U2减小，P2＝，P2减小，A错；U1、n1、n2不变，则U2不变，R减小时，P2＝，P2增大，B正确；C与B相反，故C错误；当n1、U1不变，n2减小时，则U2减小，由P2＝(R不变)，P2会减小，D错．
【答案】 B
3．下面可以将电压升高供给家用电灯的变压器是( )
【解析】 电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，要接交流电，接直流电时变压器不工作，故C正确．
【答案】 C
4．(多选)如图5-4-9所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦式电流， 在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使( )
图5-4-9
A．原线圈匝数n1增加
B．副线圈匝数n2增加
C．负载电阻R的阻值增大
D．负载电阻R的阻值减小
【解析】 由＝，P出＝
可得P出＝
又因为P入＝P出，所以P入＝
分析可得选项B、D正确．
【答案】 BD
图5-4-10
5．(2013·天津高考)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，图5-4-10中电流互感器 ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则( )
A．ab接MN、cd接PQ，IabB．ab接MN、cd接PQ，Iab>Icd
C．ab接PQ、cd接MN，IabD．ab接PQ、cd接MN，Iab>Icd
【解析】 根据变压器的工作原理＝解决问题．
高压输电线上的电流较大，测量时需把电流变小，根据＝，MN应接匝数少的线圈，故ab接MN，cd接PQ，且Iab>Icd，选项B正确．
【答案】 B
6. 如图5-4-11所示，一低压交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，通过上下调节P1、P2的位置，可以改变变压器输入、输出电压．图中L是一个小灯泡，R2是定值电阻，R1、R3是滑动变阻器，若要增大灯泡L的亮度，可以采取的办法是 ( )
图5-4-11
A．P1、P3、P4不动，P2下移
B．P1、P2、P3不动，P4下移
C．P2、P3、P4不动，P1上移
D．P1、P2、P4不动，P3上移
【解析】 根据变压器的变压原理＝，要增大输出电压，需要使P1下移或P2上移；滑动变阻器R1是分压接法，P3上移可以使灯泡两端电压增大，灯泡功率也就增大，使其变亮；滑动变阻器R3的触头P4上移时才能使灯泡两端的电压增大，使灯泡变亮，所以只有D项正确．
【答案】 D
7．(多选)(2014·陕西师大附中高二检测)如图5-4-12所示为一理想变压器，n1为原线圈，接一正弦式电流，n2＝n3，在n2、n3两个线圈上分别获得35 V电压，要想得到70 V电压，c、d、e、f怎样连接( )
图5-4-12
A．d、e连在一起，c、f为输出端
B．c、f连在一起，d、e为输出端
C．e、c连在一起，f、d为输出端
D．f、d连在一起，e、c为输出端
【解析】 要想得到70 V电压，需要把两个副线圈串联起来，使电流依次通过这两个副线圈，因此e、c连在一起，f、d为输出端或f、d连在一起，e、c为输出端都可以，选C、D.
【答案】 CD
8．(多选)如图5-4-13甲所示，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V 6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图象如图乙所示．则以下说法中正确的是( )
甲 乙
图5-4-13
A．电压表的示数为36 V
B．电流表的示数为2 A
C．四只灯泡均能正常发光
D．变压器副线圈两端交变电流的频率为50 Hz
【解析】 若灯泡L2、L3、L4都正常发光．所以电流表的示数为×3 A＝2 A，B对；副线圈两端的电压为9 V，又变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，所以电压表的示数为27 V，因电源输入电压为36 V，所以L1所分电压为9 V，四只灯泡都正常发光，C对，A错；变压器不能改变交变电流的频率，D对．
【答案】 BCD
9．(2011·福建高考)图5-4-14甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是( )
甲 乙
图5-4-14
A．输入电压u的表达式u＝20sin(50πt)V
B．只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大
D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W
【解析】 由图象知T＝0.02 s，ω＝＝100π rad/s，u＝20sin(100πt)V，A项错误；由于副线圈两端电压不变，故只断开S2，两灯串联，电压为额定值一半，不能正常发光，B项错误；只断开S2，副线圈电路电阻变为原来的2倍，由P＝知副线圈消耗功率减小，则原线圈输入功率也减小，C项错误；输入电压额定值U1＝20 V，由＝及PR＝得PR＝0.8 W，D项正确．
【答案】 D
10．(多选)如图5-4-15所示，MN和PQ为两光滑的电阻不计的水平金属导轨，N、Q接理想变压器，理想变压器的输出端接电阻元件R、电容元件C，导轨上垂直放置一金属棒ab.今在水平导轨部分加一竖直向上的匀强磁场，则下列说法中正确的是(IR、IC均为有效值)( )
图5-4-15
A．若ab棒匀速运动，则IR≠0，IC＝0
B．若ab棒匀速运动，则IR＝0，IC＝0
C．若ab棒在某一中心位置两侧做往复运动，则IR≠0，IC≠0
D．若ab棒做匀加速运动，则IR≠0，IC＝0
【解析】 ab匀速切割时产生恒定电动势，原线圈中有稳恒电流，副线圈不产生电磁感应现象，故副线圈电流为零，选项A错，选项B正确；若ab棒在某一中心位置两侧做往复运动，原线圈中产生周期性变化的电流，副线圈产生电磁感应现象，副线圈电流不为零，电容器进行充放电，故选项C正确；当ab匀加速运动时，产生的电动势均匀增加，原线圈中电流均匀增加，产生的磁场均匀增强，副线圈中产生稳定的感应电动势，副线圈两端电压不变，因而电容器不会充放电．故选项D也正确．
【答案】 BCD
图5-4-16
11．如图5-4-16所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的交流电上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断．
(1)熔丝的熔断电流是多大？
(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？
【解析】 (1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2，I1、I2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，则U1I1＝U2I2.
当I2＝12 mA时，I1即为熔断电流，I1＝I2≈0.98 A.
(2)当副线圈电流为I2′＝10 mA时，变压器的输入功率为P1，所以P1＝P2＝I2′U2＝180 W.
【答案】 (1)0.98 A (2)180 W
12．(2014·太原高二检测)如图5-4-17所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3 300 V，副线圈两端电压U2＝220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U＝2 V．求：
图5-4-17
(1)原线圈n1为多少匝？
(2)当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5 A．则电流表A1的示数I1为多少？
(3)当开关S闭合时，电流表A1的示数I′1为多少？
【解析】 (1)由变压器电压与匝数的关系可得：
＝＝U，则n1＝1 650匝．
(2)当开关S断开时，由
U1I1＝U2I2可知，I1＝＝0.33 A
(3)当开关S断开时，有：R1＝＝44 Ω.
当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R′，
有R′＝＝22 Ω
副线圈中的总电流为I2′＝＝10 A.
由U1I′1＝U2I′2可知，I1′＝＝0.67 A
【答案】 (1)1 650匝 (2)0.33 A (3)0.67 A
