第3章 第3节 变压器（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第3节　变压器 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。 知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。 经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，进一步提高科学探究的能力。在实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。 通过变压器在生产、生活中的应用，体会科技对社会发展的推动作用。 [对应学生用书P69] 知识点一 变压器的原理 1.变压器的构造：变压器是由闭合铁芯❶和绕在铁芯上的两个线圈组成的，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磁场，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❷。 4．理想变压器❸：没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。 1．理想变压器是客观存在的。(　　×　　) 2．变压器的两个线圈间是绝缘的，但通过磁场联系在一起，利用互感现象实现了电能到磁场能再到电能的转化。(　　√　　) 3．理想变压器不仅可以改变交变电流的电压，还可以改变交变电流的频率。(　　×　　) 知识点二 电压与匝数的关系 1.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＝。 2．两类变压器❹ 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。 3．变压器的效率 变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。 4．变压器中的能量转化 在原线圈上，电场的能量转变成磁场的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量。 1.＝适用于任何变压器。(　　×　　) 2．变压器可以升压也可以降压。(　　√　　) 3．实际变压器的效率都比较高，可以近似看成理想变压器。(　　√　　) 批注❶：闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使原、副线圈磁通量的变化情况基本相同。 批注❷：变压器能否改变直流的电压？能否改变交变电流的频率？ 提示：变压器是依据电磁感应工作的，只有原线圈中通入交变电流，铁芯中才能产生变化的磁场，使穿过副线圈的磁通量变化而产生交变电流。如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，铁芯中的磁通量就不会发生变化，副线圈中不会产生电磁感应，变压器就起不到变压作用。频率不发生改变，这是因为原线圈中电流产生的变化磁场以不变的频率通过副线圈而使副线圈产生同频率的感应电流。 批注❸：理想变压器的特点 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即“无漏磁”。 (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。 (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。 批注❹：变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗？升压变压器中，原、副线圈的导线哪个更粗些？试分析原因。 提示：变压器原、副线圈所用导线的粗细不一样。在升压变压器中原线圈所用导线更粗一些，这是因为升压变压器中n1<n2，而两个线圈中的电流之比＝，则I1＞I2。原线圈中匝数少，电流大，故需要用粗导线绕制线圈。 [对应学生用书P70] 探究点一　理想变压器的工作原理及规律　(科学思维之提升) ►情境探究 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，小灯泡可以发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ 提示：当左侧线圈加上交流电压时，左侧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可知，在右侧线圈中会产生感应电动势，右侧线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？ 提示：左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则U1＝n1，若右边匝数为n2，则U2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，这样看来只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等。小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关。 (3)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：不发光，因为副线圈中无法产生感应电动势。 ►探究归纳 1．工作原理 2．理想变压器的基本规律 关系 关系式 说明 电压关系 ＝ (1)若