第3章 3 变压器-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

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 阅读教材，并回答： 演示实验： (1)两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？ (2)改接直流电源小灯泡会发光吗？ (3)解释变压器的工作原理。 答：(1)当原线圈电流发生变化时，产生变化的磁场，副线圈中磁通量发生变化，产生感应电流，小灯炮发光　(2)不会　(3)略 [概念·规律] 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 阅读教材，并回答： 教材实验：探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，调节学生电源的电压和线圈的匝数，观察灯泡亮度的变化。 (1)原、副线圈的电压与什么因素有关系？ (2)需要哪些实验器材？ (3)实验电路图是怎么样的？ (4)如何设计数据表格？ 答：(1)(2)(3)(4)略 [概念·规律] 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。 探究点一　变压器的原理 1．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。 2．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．(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．所有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．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 答案　AD 探究点二　理想变压器规律 [交流讨论] 1. 在探究变压器线圈两端电压与匝数的关系实验中，原、副线圈的电压之比并没有严格的等于它们的匝数之比，原因是什么呢？ 答：有能量损失 2．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＝＝＝…。