第3章 第3节 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（粤教版2019）

第三节　变压器 核心素养导学 物理观念 (1)知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 (2)知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型。 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)会用能量的观点理解变压器的工作原理。 科学探究 实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 科学态度与责任 (1)进一步体会建立理想模型的思维方法。 (2)养成实验中注意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、认识变压器 1．变压器：用于改变交流电压的设备。 2．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成的，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。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。 3．变压器原理图及符号 (1)原理图： 　　 (2)符号： 4．原理：变压器工作的基本原理是利用互感现象。在原线圈上加交变电压，原线圈中便有交变电流，并在铁芯中激发交变的磁通量，这个交变的磁通量又在副线圈中产生感应电动势。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。 二、变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．理想变压器：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。 2．探究变压器的电压与匝数的关系 (1)理论推导：设理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，电源加在原线圈上的电压为U1，副线圈输出的电压为U2。 设变压器线圈中磁通量的变化率为， 由法拉第电磁感应定律得：e1＝n1，e2＝n2， 忽略两个线圈的电阻，可有U1＝e1，U2＝e2 由此可得：＝＝。 (2)实验探究：利用可拆变压器不同匝数的接线头以改变原、副线圈匝数，利用学生电源提供4～8 V的交流电压，利用交流电压表测量副线圈两端的输出电压，可以得出：原、副线圈两端的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，即：＝。 3．变压器的分类 (1)升压变压器：n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高。 (2)降压变压器：n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低。 三、理想变压器原、副线圈中的电流 对于理想变压器，副线圈的输出功率P2和原线圈的输入功率P1相等，即：U1I1＝U2I2，又因＝，所以＝。 电流关系＝只适用于一个副线圈的情况，而＝既适用于一个副线圈的情况，也适用于多个副线圈的情况。　　 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．观察如图所示的两个变压器，哪一个是降压变压器？ 提示：题图乙表示的是降压变压器。 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，闭合开关，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)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？ (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？ 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)不相等。(3)不发光。　　　　 [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＋…。 [典例体验] [典例]　(2021·广东高考)某同学设计了一个充电装置，如