第3章 第3节 科学探究：变压器（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 核心素养导学 物理观念 (1)知道变压器的构造、工作原理，知道理想变压器的概念。 (2)知道理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 (3)会用能量的观点理解变压器的工作原理。 科学思维 (1)会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系。 (2)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。 科学探究 经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，提高科学探究能力。 科学态度与责任 在实验中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。 一、变压器的工作原理 1．变压器的结构 (1)如图甲所示，变压器由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制。在电路中，变压器的符号如图乙所示。 (2)原线圈：与电源相连的线圈，也叫初级线圈，其两端电压叫输入电压，用符号 U1表示。 副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫输出电压，用符号 U2表示。 2．变压器工作原理 (1)原线圈中有交变电流通过时，铁芯中的磁通量发生变化。 (2)铁芯中的磁通量变化会在副线圈上产生感应电动势，如果副线圈两端连接负载构成闭合回路就会产生感应电流。 3．拓展一步：互感现象 在两绕组变压器中，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。产生的感应电动势称为互感电动势。 4．理想变压器 (1)变压器线圈的电阻忽略不计，即无“铜损”。 (2)闭合铁芯的“漏磁”忽略不计，即无漏磁。 (3)闭合铁芯中产生的涡流为零，即无“铁损”。 即没有能量损失的变压器称为理想变压器。 (1)变压器应用了电磁感应互感原理。 (2)变压器只适用于交变电流。　　 二、理想变压器的电压与匝数的关系 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两个线圈的匝数之比，即：＝。 2．两类变压器 (1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器。 (2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈电压高的变压器。 3．拓展一步：理想变压器功率、电流与匝数的关系 (1)输入功率为P1，输出功率为P2，则P2＝P1。 (2)原线圈电流为I1，副线圈电流为I2，则＝。 1.观察如图所示的可拆变压器，判断下列说法正误： (1)变压器的原、副线圈没有导线连接，副线圈不能输出电流。(×) (2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的，两个线圈间是绝缘的。(√) (3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。(√) 2．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，小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ (2)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：(1)当左边线圈加上交流电压时，左边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知，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)不发光。因为原线圈接恒定的直流电源时无法在副线圈中产生感应电动势。 3．利用控制变量法，在原线圈输入电压U1一定，原线圈匝数n1不变时，研究副线圈上的电压U2与对应匝数n2的关系；再研究在副线圈匝数n2不变时，副线圈上的电压U2与对应原线圈匝数n1的关系。 判断下列说法的正误： (1)U1、n1一定时，若n2增大，U2也一定增大。(√) (2)U1、n2一定时，若n1增大，U2也一定增大。(×) (3)n1、n2一定时，若U1增大，则U2一定减小。(×) 新知学习(一)|理想变压器的基本原理 [任务驱动] 如图是变压器的结构图： (1)原线圈的输入功率与副线圈的输出功率满足什么关系？ (2)原、副线圈的电压与匝数的正比关系始终成立吗？ 提示：(1)由能量守恒知，输入功率等于输出功率。 (2)原、副线圈间电压与匝数的正比关系始终成立。　　　　 [重点释解] 1．工作原理 2．基本规律 (1)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＝。 (2)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：＝＝＝…。 (3)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入＝P出。 (4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得＝＝。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…