高中物理人教版选修3-2 5.4 变压器导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-2 5.4 变压器导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 163.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 16:51:44 | ||
图片预览
文档简介
变压器
知识梳理
1.变压器：是改变__________的电器设备，由__________和两个绕在铁芯上的__________组成，其中与电源连接的叫__________，与负载连接的叫___________.
2.变压器的工作原理：变压器的工作基础是__________现象，原线圈中的交变电流所激发的磁场不仅穿过__________，也同时穿过__________，变化的磁场在__________中产生__________.
3.理想变压器：没有__________损失的变压器叫做理想变压器.
4.电压与匝数的关系是：原、副线圈的__________等于两个线圈的.
5.常见的变压器有：__________变压器、__________变压器、__________互感器、__________互感器.
疑难突破
如何理解变压器的工作原理？
剖析：1.变压器的构造
如图所示为变压器的结构图，原线圈接电源，副线圈接负载，两个线圈都绕在叠合而成的硅片上，硅钢片都涂有绝缘漆.
2.变压器的工作原理
变压器的变压原理是电磁感应，当原线圈上加交变电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势.如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势.由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈，其能量转换方式为：.
3.理想变压器的规律
（1）理想变压器的特点：①原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热.②变压器铁芯内无漏磁.
（2）变压公式：.
问题探究
问题：怎样探究理想变压器中的规律？并推导之.
探究：(1)电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的磁通量的变化率.如图根据法拉第电磁感定律，原线圈中E1=n1，副线圈中E2=n2，所以有.
(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因而U1=E1，U2=E2，所以有.这与实验探究得到的规律相同.
若n1＜n2，U1＜U2，就是升压变压器；若n1＞n2，U1＞U2，就是降压变压器.
输出电压U2由输入电压U1和n1、n2共同决定.
（3）电流关系：由于不存在各种能量损失，所以变压器的输出功率等于输入功率，P2=P1，用U、I代换得：U2I2=U1I1，所以有，再由得：，这就是电流与匝数的关系，原、副线圈中的电流与匝数成反比.
输入功率P1由输出功率P2决定，负载需要多少功率，原线圈端就输入多少功率.
输入电流I1由输出电流I2和n1、n2共同决定，若空载，即I2=0，则I1=0.原线圈中的电流又可理解成是副线圈的反射电流，在匝数比一定的情况下，这两个电流成正比.
典题精讲
【例1】 如图所示为理想变压器供电的电路，若将S闭合，则电流表A1的示数将___________，电流表A2的示数将___________，电流表A3的示数将___________，电压表V的示数将___________.（填“变大” “变小”或“不变”）
思路解析：由知V示数不变.闭合S后R1与R2并联，负载电阻R变小，I2=U2R，所以A2示数变大.由于U2、R1未变，I1=，所以A1示数不变.根据I1U1=I2U2，因为U2不变，I2变大，U1不变，所以I1变大，即A3示数变大.
答案：不变 变大 变大 不变
【例2】 如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡正常发光.则对于串联在原线圈上的灯泡A( )
A.比正常发光时的亮度更大 B.也能正常发光
C.比正常发光时的亮度更暗 D.无法判断其亮度情况
思路解析：灯泡A的亮度如何，主要看灯泡A的功率多大，在本题中就是看通过灯泡A的电流如何变化.
设每只灯的额定电流为I0，因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈中的电流I2=3I0.由=得原线圈的电流I1=I2=I0，恰为灯泡A的额定电流，因此灯泡A也能正常发光.
答案：B
知识导学
互感现象是变压器工作的基础，要在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁能量变化时时都是相同的，因而，其中的感应电动势（或端电压）之比只与匝数有关.这样，原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.因此必须对前面互感一节要做好复习.
疑难导析
1.(1)变压公式是由电磁感应原理推导出来的;
(2)在忽略原、副线圈电阻的情况下，U1=E1，U2=E2，E1和E2是两线圈产生的感应电动势，U1和U2是线圈两端的电压；
(3)U1和U2的大小与副线圈的负载无关；
(4)若变压器有两个副线圈，则有,或.
2.电流关系：据输入功率等于输出功率I1U1=I2U2及知.
(1)变压器的输入功率决定于输出功率，即用多少给多少;
(2)若变压器有两个副线圈，则有I1n1=I2n2+I3n3.
问题导思
1.理想变压器的规律
（1）理想变压器原副线圈电压关系：，若有多个副线圈，则有=……
（2）功率关系：根据能量守恒有P入=P出，I1U1=I2U2，或I1U1=I2U2+I3U3+……
（3）电流关系：电流关系是由功率关系决定的.
定量：I1n1=I2n2或I1n1=I2n2+I3U3+……
定性：因P入随P出的变化而变化，故I1随I2的变化而变化，当I2=0时，I1很小.
变压器高压圈匝数多而导线细，低压圈匝数少而导线粗，是区别高低压线圈的方法.
2.常用变压器的类型
自耦变压器、调压变压器、互感器（电压互感器、电流互感器）.
典题导考
绿色通道：负载发生变化时，判断电流和电压如何变化，先要由判断U2是否变化，再根据U2及负载电阻变化的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I2的变化情况；最后再由P入=P出判断原线圈中电流的变化情况.
【典题变式1】 如图甲所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法中正确的是( )
A.副线圈两端M、N的输出电压减小 B.副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大
C.通过灯泡L1的电流减小 D.原线圈中的电流增大
答案：BCD
绿色通道：考查变压器的电流与匝数的关系时，若从电压与匝数的关系分析，不容易得出结论，因为变压器原线圈两端的电压与总的输入电压不相等，输入电压等于灯A两端的电压和原线圈两端电压之和，所以对待问题要灵活处理.
【典题变式2】 如图乙所示，一理想变压器的变压比为3∶1，图中四只灯泡完全相同.
在L1、L2、L3正常发光的条件下，若断开L4，则( )
A.L1、L2、L3变亮 B.L1、L2、L3变暗
C.L1变亮，L2、L3变暗 D.L1变暗，L2、L3亮度不变
答案：D
知识梳理
1.变压器：是改变__________的电器设备，由__________和两个绕在铁芯上的__________组成，其中与电源连接的叫__________，与负载连接的叫___________.
2.变压器的工作原理：变压器的工作基础是__________现象，原线圈中的交变电流所激发的磁场不仅穿过__________，也同时穿过__________，变化的磁场在__________中产生__________.
3.理想变压器：没有__________损失的变压器叫做理想变压器.
4.电压与匝数的关系是：原、副线圈的__________等于两个线圈的.
5.常见的变压器有：__________变压器、__________变压器、__________互感器、__________互感器.
疑难突破
如何理解变压器的工作原理？
剖析：1.变压器的构造
如图所示为变压器的结构图，原线圈接电源，副线圈接负载，两个线圈都绕在叠合而成的硅片上，硅钢片都涂有绝缘漆.
2.变压器的工作原理
变压器的变压原理是电磁感应，当原线圈上加交变电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势.如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势.由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈，其能量转换方式为：.
3.理想变压器的规律
（1）理想变压器的特点：①原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热.②变压器铁芯内无漏磁.
（2）变压公式：.
问题探究
问题：怎样探究理想变压器中的规律？并推导之.
探究：(1)电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的磁通量的变化率.如图根据法拉第电磁感定律，原线圈中E1=n1，副线圈中E2=n2，所以有.
(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因而U1=E1，U2=E2，所以有.这与实验探究得到的规律相同.
若n1＜n2，U1＜U2，就是升压变压器；若n1＞n2，U1＞U2，就是降压变压器.
输出电压U2由输入电压U1和n1、n2共同决定.
（3）电流关系：由于不存在各种能量损失，所以变压器的输出功率等于输入功率，P2=P1，用U、I代换得：U2I2=U1I1，所以有，再由得：，这就是电流与匝数的关系，原、副线圈中的电流与匝数成反比.
输入功率P1由输出功率P2决定，负载需要多少功率，原线圈端就输入多少功率.
输入电流I1由输出电流I2和n1、n2共同决定，若空载，即I2=0，则I1=0.原线圈中的电流又可理解成是副线圈的反射电流，在匝数比一定的情况下，这两个电流成正比.
典题精讲
【例1】 如图所示为理想变压器供电的电路，若将S闭合，则电流表A1的示数将___________，电流表A2的示数将___________，电流表A3的示数将___________，电压表V的示数将___________.（填“变大” “变小”或“不变”）
思路解析：由知V示数不变.闭合S后R1与R2并联，负载电阻R变小，I2=U2R，所以A2示数变大.由于U2、R1未变，I1=，所以A1示数不变.根据I1U1=I2U2，因为U2不变，I2变大，U1不变，所以I1变大，即A3示数变大.
答案：不变 变大 变大 不变
【例2】 如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡正常发光.则对于串联在原线圈上的灯泡A( )
A.比正常发光时的亮度更大 B.也能正常发光
C.比正常发光时的亮度更暗 D.无法判断其亮度情况
思路解析：灯泡A的亮度如何，主要看灯泡A的功率多大，在本题中就是看通过灯泡A的电流如何变化.
设每只灯的额定电流为I0，因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈中的电流I2=3I0.由=得原线圈的电流I1=I2=I0，恰为灯泡A的额定电流，因此灯泡A也能正常发光.
答案：B
知识导学
互感现象是变压器工作的基础，要在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁能量变化时时都是相同的，因而，其中的感应电动势（或端电压）之比只与匝数有关.这样，原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.因此必须对前面互感一节要做好复习.
疑难导析
1.(1)变压公式是由电磁感应原理推导出来的;
(2)在忽略原、副线圈电阻的情况下，U1=E1，U2=E2，E1和E2是两线圈产生的感应电动势，U1和U2是线圈两端的电压；
(3)U1和U2的大小与副线圈的负载无关；
(4)若变压器有两个副线圈，则有,或.
2.电流关系：据输入功率等于输出功率I1U1=I2U2及知.
(1)变压器的输入功率决定于输出功率，即用多少给多少;
(2)若变压器有两个副线圈，则有I1n1=I2n2+I3n3.
问题导思
1.理想变压器的规律
（1）理想变压器原副线圈电压关系：，若有多个副线圈，则有=……
（2）功率关系：根据能量守恒有P入=P出，I1U1=I2U2，或I1U1=I2U2+I3U3+……
（3）电流关系：电流关系是由功率关系决定的.
定量：I1n1=I2n2或I1n1=I2n2+I3U3+……
定性：因P入随P出的变化而变化，故I1随I2的变化而变化，当I2=0时，I1很小.
变压器高压圈匝数多而导线细，低压圈匝数少而导线粗，是区别高低压线圈的方法.
2.常用变压器的类型
自耦变压器、调压变压器、互感器（电压互感器、电流互感器）.
典题导考
绿色通道：负载发生变化时，判断电流和电压如何变化，先要由判断U2是否变化，再根据U2及负载电阻变化的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I2的变化情况；最后再由P入=P出判断原线圈中电流的变化情况.
【典题变式1】 如图甲所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法中正确的是( )
A.副线圈两端M、N的输出电压减小 B.副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大
C.通过灯泡L1的电流减小 D.原线圈中的电流增大
答案：BCD
绿色通道：考查变压器的电流与匝数的关系时，若从电压与匝数的关系分析，不容易得出结论，因为变压器原线圈两端的电压与总的输入电压不相等，输入电压等于灯A两端的电压和原线圈两端电压之和，所以对待问题要灵活处理.
【典题变式2】 如图乙所示，一理想变压器的变压比为3∶1，图中四只灯泡完全相同.
在L1、L2、L3正常发光的条件下，若断开L4，则( )
A.L1、L2、L3变亮 B.L1、L2、L3变暗
C.L1变亮，L2、L3变暗 D.L1变暗，L2、L3亮度不变
答案：D