(教用word)第3章 第3节 科学探究：变压器-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册(鲁科版2019)

第3节　科学探究：变压器 学业要求＋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。(物理观念) 2．通过实验探究理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系。(科学探究) 3．掌握理想变压器的输入、输出功率的关系。(物理观念) 4．理解变压器的变压规律和变流规律，并能运用此规律解决实际问题。(科学思维) 一、变压器的工作原理 1．基础梳理 (1)变压器：能升高电压或降低电压的设备称为变压器，变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈用绝缘导线绕成。 (2)变压器的原理：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，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线圈，并在副线圈两端产生感应电动势。 2．尝试探究 (1)探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？ 提示：变压器的铁芯为闭合铁芯，形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化基本相同。 (2)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。 二、理想变压器电压与匝数的关系 1．基础梳理 (1)当只有一个副线圈时，电压与匝数的关系：＝。 (2)当只有一个副线圈时，电流与匝数的关系：＝。 2．尝试探究 如图所示为一理想变压器，有两个副线圈，思考下列问题： (1)什么是理想变压器？ 提示：没有能量损耗的变压器叫理想变压器。 (2)理想变压器的原、副线圈的电压与匝数成正比，即 ＝，试探究原、副线圈的瞬时电压与匝数是否也成正比。 提示：当原线圈电压最大时，电流最大，但电流的变化率为零，此时副线圈中磁场最强，但磁通量的变化率为零，故此时副线圈两端的电压为零，即 U2＝0。可见，原、副线圈的瞬时电压与匝数不成正比。 (3)在案例中，试着用电流和电压两个物理量写出输入功率和输出功率的关系式。 提示：I1U1＝I2U2＋I3U3。 (4)若有多个副线圈，原、副线圈中＝的关系还成立吗？＝呢？ 提示：有多个副线圈时，原、副线圈中磁通量的变化率始终相同，由U1＝n1，U2＝n2可得＝，但I1U1＝I2U2＋I3U3，知I1n1＝I2n2＋I3n3，因此≠。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的。 (　　) ×　提示：变压器的原、副线圈是互相绝缘的。 (2)变压器只能改变交变电流的电压。 (√) (3)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。 (√) (4)理想变压器是一种理想化模型。 (√) 2．下列说法不正确的是(　　) A．变压器也可以改变恒定电压 B．变压器的原理是电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流 C．变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成 D．变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用 A　解析：变压器可以改变交变电流的电压、电流，其工作原理是电磁感应现象，但不可以改变恒定电压，故选项A错误，选项B、C、D均正确。 3．(多选)关于变压器，下列说法正确的是(　　) A．变压器的工作原理是电磁感应 B．一切变压器的工作基础都是互感现象 C．各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作 D．交变电流接入变压器的原线圈中，变压器能持续正常工作 AD　解析：变压器的工作原理是电磁感应，选项A正确；当变压器利用两个线圈变压时，其工作基础是互感现象；当变压器只利用一个线圈变压时(如自耦变压器)，其工作基础是自感现象，选项B错误；变压器要持续正常工作，原线圈应该接交变电流，若接恒定电流，副线圈中不可能出现持续的感应电动势，则变压器不能持续正常工作，故选项C错误，选项D正确。 4．(多选)理想变压器正常工作时，在其两侧的原、副线圈中一定相同的物理量是(　　) A．交变电流的频率　　　　 B．输入、输出功率 C．磁通量的变化率 D．电压的最大值 ABC　解析：理想变压器原、副线圈中的频率相同，磁通量的变化率相同，功率相同，故选项A、B、C正确；原、副线圈两端电压不同，所以选项D错误。 5．(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1。电池和交变电源的电动势都为6 V，内阻均不计。下列说法正确的是(　　) A．S与a接通的瞬间，R中无感应电流 B．S与a接通稳定后，R两端的电压为0 C．S与b接通稳定后，R两端的电压为3 V D．S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2∶1 BC　解析：在S与a接通的瞬间，由于电流由零突然变大，所以线圈中的磁通量会发生变化，副线圈中的R中会有感应电流，选项A错误；