第3章 第3节 变压器（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024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 [学习目标] 1.了解变压器的构造及工作原理(物理观念).2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系(科学探究).3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系(科学思维)． 知识点一　　变压器的原理 1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈. 2．原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势. 知识点二　　电压与匝数的关系 1．理想变压器：没有能量损耗的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型． (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”． 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 副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器． 知识点三　　变压器中的能量转化 原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，通过铁芯使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．判断下列说法的正误． (1)变压器能改变交变电流的电压，也能改变直流电的电压．(×) (2)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．(×) (3)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．(×) (4)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．(×) 2．(多选)理想变压器工作时，原线圈输入与副线圈输出的物理量一定相同的是(CD) A．电压有效值 B．电流有效值 C．交流电频率 D．电功率 解析　理想变压器只能改变电压、电流，并且不损耗能量，所以电功率不变化；输出频率和输入频率都与铁芯中磁场变化的频率相同，选项C、D正确． 考点一　　变压器的工作原理 【情境导学】 如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光． 两个线圈并没有直接连接，小灯泡为什么能发光？ 答案　原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光． 【知识拓展】 1．变压器的构造 变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图甲、乙所示． 　 2．变压器的工作原理图 注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的． 【例题1】 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的示数为( ) A．3 mA B．0 C．48 mA D．与负载R的值有关 思维导引：(1)导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流；(2)穿过原线圈的磁通量不变化，则在副线圈中的磁通量也不变化，因此无感应电动势产生． 答案　B 解析　导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1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，选项B正确． 【变式1】 (多选)如图所示，为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法正确的是( ) A．图中M是闭合的铁芯 B．发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出 C．电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈 D．变压器是根据电磁感应原理工作的 答案　AD 解析　由变压器的结构图可知，M为闭合的铁芯，选项A正确；由题意知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，选项B错误；铁芯提供闭合的磁路，使电能先转化成磁场能，再在副线圈中转化成电能，选项C错误；变压器工作的基础是互感现象，也即电磁感应原理，选项D正确． 考点二　　 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原副线圈的电压与匝数的关系． 2．实验器材 多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源开关、导线若干． 3．实验步骤 (1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数． (2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中． (