教科版高中物理选择性必修第二册第三章交流电3变压器课件（60页ppt）

(共60张PPT)
第三章　交流电
3.变压器
第*页
核心素养：1.了解理想变压器的概念，解释自然现象，解决实际问题. 2.理解变压器 的工作原理，并运用电磁感应的规律进行解释. 3.实验探究电压、电流与匝数的关 系. 4.了解变压器在实际中的应用，如无线充电技术等.
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研习任务一　变压器的结构与原理
教材　认知
　
甲 乙
闭合铁芯　
交流电源　
初级线圈　
负载　
次级线圈　
互感　
副　
感应电动势　
不改变　
研习　经典
A. 穿过通有正弦交变电流的原线圈的磁通量不变
B. 穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等
C. 穿过副线圈的磁通量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
解析：通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的，故A 错误；由于是理想变压器，穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等，故B正确； 穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势，符合法拉第电磁感应定律，故 C正确；变压器的工作原理是互感现象，原、副线圈并没有直接相连，故D错误.
BC
对应　训练
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
解析：理想变压器的原、副线圈磁通量任何时候都相等，所以变化率也相同，故A正 确；变压器不改变交流电频率，即频率相同，故B正确；理想变压器不计线圈内阻， 不漏磁，不产生涡流，所以功率相等，故C正确；原线圈的感应电动势和副线圈的感 应电动势由输入电压和匝数比决定，当匝数不同时，电动势不同，故D错误.
ABC
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研习任务二　理想变压器的基本关系
教材　认知
1. 电压关系
2. 功率关系
从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出.

＞　
＜　
3. 电流关系
（2）当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋….
研习　经典
A. 理想变压器能够使电压升高，同时电流变大
B. 原、副线圈具有相同的磁通量及变化率，产生的感应电动势也相同
C. 原、副线圈没有电阻，铁芯中不会产生涡流
D. 原线圈往往匝数少，绕线粗，电流大
解析：理想变压器原、副线圈功率相等，即U1I1＝U2I2，不可能同时使电压升高，电 流增大，A错误；原、副线圈匝数不同，感应电动势不同，B错误；理想变压器不考 虑绕线铜损，铁芯的铁损，可以认为线圈无电阻，铁芯不产生涡流，C正确；原、副 线圈中匝数少的一边，电流大，绕线粗，但不一定作为原线圈使用，D错误.
C
对应　训练
A. 接收线圈的输出电压约为8 V
B. 接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1
C. 发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D. 穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线
圈的相同
AC
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研习任务三　几种常见的变压器
合作　讨论
变压器在我们生活当中非常常见，请列举出几个生活中常见的变压器.
提示：街头变压器把高电压降为220 V的民用电压；手机充电器也是变压器，把220 V 的电压降为5 V的低电压；家用电器里面也有小型的变压器.
教材　认知
1. 自耦变压器
如图甲、乙所示是自耦变压器的示意图.这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈. 如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈 的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压.
　 　
甲 乙 丙
调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图丙所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁 芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2.
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.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.（如图甲所示）
（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.（如图乙所示）
　
甲 乙
研习　经典
A
A. 是一种降压变压器
B. 能测量直流电路中某一用电器两端的电压
C. 原、副线圈中电流的频率不同
D. 副线圈两端的电压高于原线圈两端的电压
名师点评
　　高中阶段接触到的变压器原理都是一样的，无论是互感器还是自耦变压器只要正 确判断出原线圈和副线圈，就可以用理想变压器的相关知识去解决问题.
对应　训练
A. U2＞U1
B. R中电流的频率增大
C. R中电流的有效值增大
D. 变压器输入功率减小
D
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研习任务四　实验：探究变压器的电压与匝数的关系
教材　认知
一、实验目的
研究变压器电压与线圈匝数间的定量关系.
二、实验器材
可拆变压器、低压交流电源、交流电压表、带夹的导线.
三、实验原理与设计
当交流电压接入原线圈时，它所产生的变化的磁场就会在副线圈中产生感应电动势.
采用控制变量法（原线圈输入的电压是一定的）：
（1）n1一定，研究n2和U2的关系.
（2）n2一定，研究n1和U2的关系.
四、实验步骤
1. 保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2 的影响.实物接线如图所示.
甲 乙
　　　
（1）选择n1＝400，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上.
（2）将选择开关调至5 V，使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示.
（3）将多用电表与副线圈200匝的接线柱相连接，如图乙所示，读出副线圈两端的电 压，将数据记入表格一中.
（4）保持n1＝400匝，U1＝5 V不变，将多用电表与副线圈800匝的接线柱相连接，如 图丙所示.读出副线圈两端的电压，将数据记入表格一中.
丙 丁
（5）保持n1＝400匝、U1＝5 V不变，将多用电表与副线圈1 400匝的接线柱相连接， 如图丁所示.读出副线圈两端的电压，将数据记入表格一中.
表格一
实验次数 1 2 3
n2/匝
U2/V
2. 保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压 的影响.
（1）将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈.
（2）选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上.
（3）将选择开关拨至5 V挡.
（4）将连接电源的两根导线与原线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的 电压，将数据记入表格二中.
（5）保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接 线柱相连接，读出副线圈两端的电压，将数据记入表格二中.
（6）保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1 400匝的 接线柱相连接，读出副线圈两端的电压，将数据记入表格二中.
表格二
实验次数 1 2 3
n1/匝
U2/V
（7）拆除实验线路，整理好实验器材.
五、实验数据处理
分析表格一和表格二可知，理想变压器原、副线圈两端电压之比等于两个线圈的匝数 之比.
六、注意事项
1. 由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差.
2. 原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗（铜损），造成误差.
3. 铁芯中产生涡流（铁损），使得铁芯发热，造成误差.
研习　经典
[典例4]　某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关 系”.可拆变压器如图甲、乙所示.
　　甲　可拆变压器零部件　乙　组装后的变压器　
CDF
解析：（1）为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线 圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输 出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器电压和匝 数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝 数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电 压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正确； 变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场 能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，不是铁芯导 电，传输电能，故E错误，F正确.
A. 与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B. 若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C. 若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起
AC
丙
解析：（2）与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据电压比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据电流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确.
名师点评
　　本实验用的是交流电源，所以一定要用交流电压表，这也是高中物理中仅有的使 用交流电压表的实验.
对应　训练
4. 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可 供选择的器材：
A. 可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B. 条形磁铁
C. 直流电源
D. 多用电表
E. 开关、导线若干
解析：（1）由本实验的实验原理可知，本实验不必用到的器材是条形磁铁和直流电 源，故选B、C.
解析：（2）为使实验安全，本实验用到的电源是学生电源，且利用低压交流挡.
B、C　
（低压）交流电源　
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课时作业（十一）
[基础训练]
A. U1＜U2 B. I1＜I2
C. P1＞P2 D. f1＞f2
解析：电磁打点计时器使用的变压器为降压变压器，所以副线圈中电压小、电流大， 变压器不改变功率和频率.
B
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A. 恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用
B. 小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向
C. 正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流最大
D. 升压变压器中，副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率
解析：恒定磁场对速度不平行于磁感线的运动电荷才有力的作用，A错误；小磁针N 极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向，B正确；正弦交流发电机工作时， 穿过线圈平面的磁通量最大时，电流为0，C错误；根据变压器的原理可知，副线圈 中磁通量的变化率小于或等于原线圈中磁通量的变化率，D错误.
B
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A. 只增加b线圈的匝数，电压表的示数一定增大
B. 只增加a线圈的匝数，电压表的示数一定增大
C. 同时增加a、b两线圈的匝数，电压表的示数一定增大
D. 只改变a线圈两端的电压，电压表的示数不变
A
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B. 电流表的读数为1 A
D. 副线圈输出交流电的周期为50 s
B
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A. 原、副线圈的匝数之比为7∶1
B. 原、副线圈的匝数之比为6∶1
C. 此时灯泡L1和L2的功率之比为7∶1
D. 此时灯泡L1和L2的功率之比为6∶1
B
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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440 V
B
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A. A1示数不变，V1示数不变，L1变亮
B. A2示数变大，V2示数变大，L1变暗
C. A1示数变大，变压器输出功率变大，A1与A2示数的比值不变
D. V2示数变大，变压器输出功率变大，V1与V2示数的比值不变
C
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解析：根据理想变压器的规律可知，理想变压器原线圈接入电压有效值不变， V1示数不变，则副线圈输出电压不变，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变； 开关S闭合后，变压器副线圈的负载电阻减小，V2不变，则灯泡L1的亮度不变， 由欧姆定律可知，副线圈输出电流变大，即电流表A2示数变大，则变压器的输 出功率变大，根据变流比可知，原线圈输入电流变大，即电流表A1示数变大， 由于理想变压器满足P2＝P1，V1与V2示数的比值不变，所以A1与A2示数的比值 不变，故C正确，A、B、D错误.
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甲 乙
C
A. 交流电的频率为0.02 Hz
C. 电阻R2的电功率约为6.67 W
D. 通过R3的电流始终为零
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[能力提升]
图（a） 图（b）
D
B. 两点火针间电压的有效值一定大于5 000 V
C. 在0～0.5×10－2 s时间内，通过原、副线圈导线横截面的电荷量相等
D. 当n2∶n1＞100时，才能点燃燃气
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C
A. 这种电流表也能测交流电压
B. 这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为0.3 A
C. 这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为2.7 A
D. 这种电流表能测交流电流，图（b）中电流表指针周期性摆动
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11. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示.
A. 整块硅钢铁芯
B. 整块不锈钢铁芯
C. 绝缘的铜片叠成
D. 绝缘的硅钢片叠成
D　
解析：（1）变压器的铁芯是绝缘的硅钢片叠成的，故选D.
少　
解析：（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，因为匝数少的电流大、电压小，所以导线粗，即导线粗的线圈匝数少.
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A B
C D
BD　
解析：（3）实验中需要交流电源和交流电压表（多用电表），不需要干电池和直流电压表，故选BD.
A. 2 V B. 12 V C. 50 V
B　
解析：（4）为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过12 V，故选B.
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A. 1.5 V B. 6.0 V C. 9.0 V
C　
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A. 控制变量法
B. 等效替代法
C. 整体隔离法
A　
解析：（6）实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故选A.
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12. 如图为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点.可动的扇形金属 触片P可同时接触两个触点.触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹 冷风三种工作状态.n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数.该电吹风的各项参数 如表所示.
热风时输入功率 460 W
冷风时输入功率 60 W
小风扇额定电压 60 V
正常工作时小风扇输出功率 52 W
（1）吹冷风时触片P位于怎样的位置？
答案：（1）触片P与触点b、c接触　
解析：（1）当电吹风送出来的是冷风时，电路中只有小风扇自己工作，触片P与触点 b、c接触.
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（2）由表格中数据计算出小风扇的内阻是多少？
答案：（2）8 Ω
解得小风扇的内阻是r＝8 Ω.
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（3）变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2是多少？
答案：（3）11∶3
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