11第三章 3. 变压器（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#3　变压器 [学业要求] 1．知道变压器的构造及工作原理。 2．掌握变压器原、副线圈中电压、电流及功率的关系及其制约关系。 3．了解变压器在实际中的应用。 一、变压器的原理 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：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。 2．变压器的工作原理 变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场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(选填“改变”或“不改变”)交流电的周期和频率。 二、电压与匝数的关系 1．理想变压器：没有能量损失的变压器。 2．电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即＝。 3．两类变压器 (1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器。 (2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。 4．应用 (1)远距离输电中，升压和降压后提供给用户。 (2)满足各种不同电压要求的用电设备。 1．下列说法正确的是(　　) A．理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比 B．输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高 C．我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失 D．理想变压器能改变交变电流的频率。 答案　A 2．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流。已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为250_V，输出功率为50_kW，变压器原线圈中的电流为5_A。 知识点一　变压器的原理 1．变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，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，它也在铁芯中产生变化的磁通量，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。如图所示。 2．能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。 3．原、副线圈的地位 (1)原线圈在其所处回路中充当负载。 (2)副线圈在其所处回路中充当电源。 　如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　) A．3 mA　　　　　　　 B．0 C．48 mA D.与负载R的值有关 [解析]　导体棒匀速运动产生恒定的电动势，所以原线圈中的电流是恒定的，故穿过副线圈的磁通量ΔΦ＝0，副线圈两端不产生感应电动势，所以无电流。 [答案]　B 核心素养·思维升华 变压器的作用 如果变压器接在直流电路中，原线圈中电流不变，在铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象，变压器起不到变压作用。 1．关于变压器，下列说法正确的是(　　) A．所有变压器的工作基础都是互感现象 B．各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作 C．只有交变电流接入变压器的原线圈中，变压器才能持续正常工作 D．以上说法都不对 答案　C 知识点二　理想变压器规律 [问题探究] 如图甲所示，一个理想变压器，两线圈的匝数分别为n1和n2，原线圈的输入功率和副线圈的输出功率分别为P1和P2，输入电压和输出电压分别为U1和U2，原线圈的电流和副线圈的电流分别为I1和I2，请思考下列问题： (1)原、副线圈中的功率有什么关系？ (2)原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？ (3)如图乙所示，功率、电压和电流与匝数有什么关系？ 答：(1)输入功率等于输出功率，即P1＝P2。 (2)由能量守恒有P1＝P2，即U1I1＝U2I2，根据＝，所以＝＝。 (3)输入功率等于输出功率，即P1＝P2＋P3。穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，所以有U1＝n1，U2＝n2，U3＝n3，故有＝＝。由能量守恒有P1＝P2＋P3，即U1I1＝U2I2＋U3I3，可得n1I1＝n2I2＋n3I3。 [归纳升华] 1．理想变压器的特点 (1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失。 (2)原副线圈不计内阻，即无能量损失。 2．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，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝。 3．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＝＝…… 4．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。 5．电流关系 由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得