3.3 变压器第2课时—【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册学案（word含答案）

选择性必修二第三章 交变电流 第三节 变压器第2课时

预习案
【自主学习】（复习）
1、理想变压器的特点是什么？
2、理想变压器的电压、电流与匝数关系式是什么？
3.有多个副线圈的理想变压器，电压、电流与匝数关系式是什么？（思考）
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究一】
推导有多个副线圈的理想变压器，电压、电流与匝数关系式
例1.如图所示，理想变压器原线圈的匝数n1＝100，两个副线圈的匝数分别为n2＝5和n3＝10，L1是“2 V　2 W”的小灯泡，L2是“4 V　4 W”的小灯泡。当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电压和电流分别为(　　)
A．40 V　 A B．6 V　 A
C．40 V　 A D．6 V　 A
【合作探究二】
深夜比黄昏时相比，家里的灯更亮，为什么？
观察演示实验，探究负载与输入电流关系
结论：
例2. (多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦式交流电源，则(　　)
A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大
B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小
C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大
D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小
【合作探究三】
1.探究自耦变压器，右图哪个升压哪个降压？
2.探究互感器工作原理，观察原副线圈匝数有什么不同？为什么？
例3．钳形电流测量仪的结构图如图所示，其铁芯在捏紧扳手时会张开，可以在不切断被测载流导线的情况下，通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0，则关于该钳形电流测量仪的说法正确的是(　　)
A．该测量仪可测量直流的电流
B．载流导线中电流大小I0＝
C．若钳形部分铁芯没有完全闭合，测量出的电流将小于实际电流
D．若将载流导线在铁芯上多绕几匝，钳形电流测量仪的示数将变小
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．如图所示，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交变电流，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(　　)
A．原线圈匝数n1增加
B．副线圈匝数n2减少
C．负载电阻R的阻值增大
D．负载电阻R的阻值减小
2．如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，其中B、C的匝数分别为n2、n3，交流电压表的示数为U，交流电流表的示数为I，L1、L2是两个完全相同的灯泡，根据以上条件能计算出的物理量是(忽略温度对灯丝电阻的影响)(　　)
A．线圈A端的输入电压
B．灯泡L2两端的电压
C．变压器的输入功率
D．通过灯泡L1的电流
3．自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分，一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为 (　　)
A．380V和5.3? B．380V和9.1A
C．240V和5.3? D．240V和9.1A
B类能力关
4．(2020·山东卷)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2 ＝5 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为(　　)
A．1 Ω B．5 Ω
C．6 Ω D．8 Ω
C类综合关（选做）
5．如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
参考答案：
例1.解析　对多个副线圈，变压器的原线圈和副线圈的电压关系满足U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3。由输入功率和输出功率相等得n1I1＝n2I2＋n3I3。本题两小灯泡均正常发光，对L1必有U2＝2 V，I2＝＝1 A，对L2有U3＝4 V，I3＝＝1 A。原线圈上电压U1＝U2＝U3＝40 V。P入＝P出＝6 W。原线圈中的电流I1＝＝ A或I1＝＝ A＝ A。故选项C正确。
答案　C
例2．解析　保持Q的位置不动，则U2不变，将P向上滑动时，R接入电路的电阻变大，根据I2＝知，I2变小，由＝得I1也变小，即电流表读数变小，则A错误，B正确。保持P的位置不动，将Q向上滑动时，U2变大，则根据P2＝知副线圈输出功率变大，由P1＝P2知，变压器原线圈输入功率P1变大，而P1＝I1U，输入电压U一定，I1变大，即电流表读数变大，则C正确，D错误。
答案　BC
例3．
解析　直流产生的磁场，通过内置线圈的磁通量不变，线圈中不产生感应电动势，选项A错误；由电流跟匝数成反比可知载流导线中电流大小I0＝nI，选项B错误；若钳形部分铁芯没有完全闭合，则通过内置线圈中的磁通量变小，磁通量的变化率也变小，故产生的感应电流变小，测量出的电流将小于实际电流，选项C正确；由＝，可知若将载流导线在铁芯上多绕几匝，钳形电流测量仪的示数将变大，选项D错误。
答案　C
闯关检测参考答案
1．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D正确。
答案　D
2．解析　由题意知线圈B两端的电压为U，设线圈C两端的电压为UC，则＝，所以UC＝U；通过L2的电流为I，则可以求出L2的电阻，L2与L1的电阻相同，所以可求出通过L1的电流；根据以上数据可以求出L1、L2的功率，可得变压器总的输出功率，它也等于变压器的输入功率；因为不知道线圈A的匝教，所以无法求出线圈A端的输入电压。故选项B、C、D正确。
答案　BCD
3解析：因变压器输出电压调至最大，故副线圈为1900匝，由变压器两端的电压与匝数成正比，即＝，故副线圈的电压有效值U2为380V；因变压器为理想变压器，故其输入功率等于输出功率，即P1＝P2，由P1＝U1I1得I1＝9.1A，B正确。
4．解析　由图乙可知理想变压器输入电压U1＝220 V，应用理想变压器变压公式＝＝，可得副线圈输出电压U2＝30 V。灯泡正常工作时，灯泡两端电压为UL＝24 V，电流IL＝＝1.6 A。设R1两端电压为U，由U2＝UL＋U，可得U＝6 V。由＋＝IL，解得R＝1 Ω，选项A正确。
答案　A
5．解析　当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器连入电路的阻值变大，则副线圈所在电路的总电阻R总变大，因原、副线圈两端的电压U1、U2不变，则通过R1的电流I2＝变小，R1消耗的功率PR1＝IR1变小，选项A错误；R1两端的电压UR1＝I2R1变小，则电压表V的示数UV＝U2－UR1变大，选项B正确；因通过原、副线圈的电流关系＝，I2变小，则I1变小，即电流表A1的示数变小，选项C错误；若闭合开关S，则副线圈所在电路的总电阻R′总变小，通过副线圈的电流I′2＝变大，则通过原线圈的电流I′1变大，电流表A1的示数变大，R1两端的电压U′R1＝I′2R1变大，则R2两端的电压U′R2＝U2－U′R1变小，电流表A2的示数变小，选项D错误。
答案　B