第3章 第3节　科学探究：变压器—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册同步学案

第3节　科学探究：变压器 学习目标：1.[物理观念]知道变压器的构造及几种常见的变压器。　2.[科学思维]理解变压器的工作原理及工作规律。　3.[科学探究]通过实验探究变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系。　4.[科学思维]应用变压器电压与匝数的关系求解具体问题。 阅读本节教材，回答第63页“问题”并梳理必要知识点。 教材P63问题提示：变压器是一种升高或降低电压的装置，因此可以利用变压器改变电压。 一、变压器的工作原理 1．变压器的构造 (1)变压器：能升高或降低交变电流电压的装置称为变压器。 (2)构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，符号如图所示。 ①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈，符号用n1。 ②副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈，符号用n2。 ③输入电压：原线圈两端的电压，用符号U1表示。 ④输出电压：副线圈两端的电压，用符号U2表示。 2．原理 (1)如图所示，当原线圈两端加上交变电压时，就有交变电流通过原线圈，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中的磁通量发生变化，这个变化的磁通量在副线圈两端产生感应电动势。 (2)如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫作理想变压器。 二、探究变压器电压与线圈匝数的关系 1．实验目的：探究变压器电压与线圈匝数的定量关系。 2．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。 3．实验步骤 (1)要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压表的最大量程进行测量。 (2)把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。 (3)用交流电压表测量输入、输出电压。 (4)改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压，记录在设计好的表格内。 1 2 3 4 5 6 U1 U2 n1 n2 (5)改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压，记录在上面设计好的表格内。 4．注意事项 (1)在改变低压交流电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了人身安全，低压交流电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 (3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 三、理想变压器的电压与线圈匝数的关系 1．电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)。 2．两类变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。 (√) (2)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。 (√) (3)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。 (×) (4)理想变压器是客观存在的。 (×) (5)eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)适用于任何理想变压器。 (√) 2．(多选)关于理想变压器，下面各说法中正确的是(　　) A．它的输出功率等于它的输入功率 B．它的输出功率可以大于它的输入功率 C．原副线圈两端的电压与它们的匝数成正比 D．原副线圈的电流与它们的匝数成正比 AC　[输入功率的大小是由输出功率的大小决定，并且大小相等，故A正确，B错误；输出电压是由输入电压和匝数比决定的，电压与匝数成正比，故C正确；原副线圈的电流与它们的匝数成反比，故D错误。] 3.一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原来线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为(　　) A．1 100　360 B．1 100　180 C．2 200　180 D．2 200　360 B　[对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n1＝eq \f(n3U1,U3)＝eq \f(5×220,1)＝1 100，同理变压器烧坏前n2＝eq \f(n1U2,U1)＝eq \f(1 100×36,220)＝180，故B正确。] 理想变压器的特点及原理 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，按图所示进行实验。闭合电键后，灯泡是否发光？解释出现这种现象的原因。 提示：因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，