第三章 第三节 变压器-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册同步全程学习全书word（粤教版）

第三节　变压器 第1课时　变压器的认识及规律应用 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 知道变压器的组成,掌握原线圈、副线圈等概念,体会物理观念的生成过程 科学思维 掌握理想变压器的基本规律,通过规律的应用体会物理模型建立的重要意义 科学探究 通过探究原、副线圈电压与匝数的关系,体会科学探究在物理规律形成过程中的作用 科学态度与责任 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 一、认识变压器 如图,两线圈绕制在同一铁芯上,请思考并回答: (1)若在左侧线圈中通入恒定电流,则穿过右侧线圈中有没有磁通量?磁通量是否变化?右侧线圈两端有没有感应电动势产生? (2)若在左侧线圈中通入交变电流,则穿过右侧线圈中有没有磁通量?磁通量是否变化?右侧线圈两端有没有感应电动势产生?这种现象是电磁感应中的什么现象? 答案:(1)电流周围存在磁场,左侧线圈中通入恒定电流后穿过右侧线圈中有磁通量;由于电流恒定,故穿过右侧线圈中磁通量不变;穿过右侧线圈中磁通量不变,根据法拉第电磁感应定律知右侧线圈两端没有感应电动势产生. (2)由于交变电流是不断变化的,故穿过右侧线圈中不仅有磁通量而且磁通量在不断变化;根据法拉第电磁感应定律知右侧线圈两端将有感应电动势产生;这种现象是电磁感应中的互感现象. 1.变压器的构造 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成,如图所示.与电源连接的线圈称为原线圈,也称为初级线圈;与负载连接的线圈称为副线圈,也称为次级线圈. 2.变压器的符号 3.变压器的原理 变压器工作的基本原理是互感现象.在原线圈上加上交变电压,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,并在副线圈中产生相应的感应电动势.如果在副线圈两端接入负载构成闭合回路,回路中就会形成交变电流. 4.变压器的作用 变压器是用于改变交流电压的设备. 二、探究变压器的电压与匝数的关系 如图为变压器的示意图,原、副线圈的匝数分别为n1、n2,交流电源加在原线圈上的电压为U1,副线圈输出的电压为U2,若不计线圈的电阻和各种电磁能量损失,思考并回答下列问题: (1)穿过原、副线圈的磁通量Φ及其变化率是否相同? (2)在原、副线圈中产生的感应电动势表达式分别是什么? (3)不计线圈电阻,两线圈两端的电压数值是否与对应的感应电动势相等? (4)尝试写出U1和U2的关系. 答案:(1)相同. (2)e1=n1,e2=n2. (3)相等. (4)==. 1.理想变压器 理想变压器是指原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失可以忽略不计的变压器.它是一个理想化模型. 2.电压关系 理想变压器的原、副线圈两端的电压之比等于这两个线圈的匝数之比.用公式表示为 =. 3.两类变压器 (1)升压变压器:n2>n1,U2>U1. (2)降压变压器:n2<n1,U2<U1. 三、理想变压器原、副线圈中的电流 如图所示,接通电源后小灯泡发光,若将变压器视为理想变压器,思考并回答下列问题: (1)变压器副线圈的输出功率P2和原线圈的输入功率P1之间的关系是什么? (2)根据P1、P2的关系和电功率定义式,尝试推导原、副线圈中的电流I1和I2的关系. 答案:(1)因为理想变压器不计能量损耗,所以P2=P1. (2)根据P=UI有U1I1=U2I2,又因为=,所以=. 1.变压器能量损耗 实际变压器的线圈有电阻,电流通过它时会发热,会损耗一小部分能量.铁芯在交变磁场中反复被磁化,也会因铁芯发热而损耗一小部分能量.一般情况下,变压器的这两类能量损耗都很小,所以在实际计算中常忽略损耗的能量,将其视为理想变压器. 2.理想变压器原、副线圈中的功率和电流 (1)功率:理想变压器副线圈的输出功率P2等于原线圈的输入功率P1,即P2=P1. (2)电流:理想变压器工作时,原、副线圈中的电流与它们的匝数成反比,用公式表示为=. 1.判断正误 (1)变压器只能改变交变电流的电压,不能改变直流电流的电压.(　√　) (2)实际应用中,不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器.(　√　) (3)理想变压器是客观存在的.(　×　) (4)= 适用于任何理想变压器.(　√　) 2.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为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的示数是12 mA,则电流表A2的示数是多少? 解析:导体棒向左匀速切割磁感线时,在原线圈中通过的是恒定电流,不能引起穿过副线圈的磁通量变化,在副线圈上无感应电动势出现,所以A2中无电流通过. 答案:0 3.有些机床为了安全,照明电灯用的电压是36 V,这个电压是把380 V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1 440 匝,副线圈是多少匝?在某次实际工作时输