3.3 变压器（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版）

第三节　变压器 学习目标 核心素养 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理。 2.掌握理想变压器的功率关系。 3.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题。 物理观念：原线圈、副线圈、自耦变压器、互感器 科学思维：功率关系P1＝P2、电压关系在实际问题中的应用＝、电流关系＝ 科学探究：探究变压器的工作原理 授课提示：对应学生用书第59页 [知识梳理] 一、认识变压器 1．变压器的构造 由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。 (1)原线圈：与电源连接的线圈，也称为初级线圈。 (2)副线圈：与负载连接的线圈，也称为次级线圈。 2．原理：互感现象是变压器的工作原理。原线圈中的交变电流，在铁芯中产生变化的磁通量，这个变化的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，并在副线圈中产生感应电动势。 3．作用：改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率。 二、探究变压器的电压与匝数的关系 1．(1)实验电路图： (2)实验方法：控制变量法，保持输入电压U1不变 ①n1一定，研究n2和U2的关系。 ②n2一定，研究n1和U2的关系。 (3)分析数据，得出结论。 2．理想变压器：没有能量损失的变压器。 3．电压与匝数的关系 理想变压器原、副线圈两端的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即。＝ 三、理想变压器原、副线圈中的电流 理想变压器输入功率等于输出功率，即P入＝P出，U1I1＝U2I2，当只有一个副线圈时，。＝＝ [自主评价] 1．判断正误 (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)适用于任何理想变压器。(√)＝ 2．情景思考 如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？ 提示：不能。变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生。 授课提示：对应学生用书第59页 要点一　理想变压器的工作原理及规律 　如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路，接通电源，小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ (2)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？ 提示：(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 1．理想变压器的特点 (1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。 (2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。 (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。 2．工作原理 原线圈上通有交变电流时，铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电。从能量转化角度看，变压器是把电场能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置。一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化。 3．电动势关系 由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的。＝，所以，E2＝n2，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1 4．电压关系 由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝…＝＝。当有n组线圈时，则有＝ 5．功率关系 对于理想变压器，不考虑能量损失，P入＝P出。 6．电流关系 由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＝＝ 　如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和Ⓐ均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B两端电压u1＝12sin 100πt(V)。下列说法正确的是(　　) A．电流频率为100 Hz B.的读数为24 V C．Ⓐ的读数为0.5 A D．变压器输入功率为6 W [解析]　根据u1＝12 ×12 V＝6 V，即U1＝得U2＝＝＝50 Hz，选项A错误；根据知U1＝12 V，f＝sin 100πt(V)及U＝的读数为6 V，选项B错误；又I2＝ A＝1 A，即＝的读数为1 A，选项C错误；P1＝P2且P2＝ W＝6 W，选项D正确。＝ [答案]　D 理想变压器的四点注意 (1)变压器不能改变直流电压