第三章 第3节 变压器-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（教科版）

第3节　变压器 新课程目标 核心素养 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理。 2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题。 3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系。 1.物理观念：了解理想变压器的概念，解释自然现象，解决实际问题。 2.科学思维：通过科学方法(理想法)进行分析，获得结论。 3.科学探究：实验探究电压、电流与匝数的关系。 4.科学态度与责任：让学生体会通过实验得出的结论在实际问题中的应用。 　变压器的结构与原理 1．变压器的构造 最简单的变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的，如图所示。 (1)原线圈：与交流电电源连接的线圈，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．原理：当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁场，交变的磁感线穿过原线圈也穿过副线圈，在原、副线圈中都产生感应电动势。电能从原线圈通过磁场传输给副线圈。互感现象是变压器的工作基础。 　变压器的电压与匝数的关系 1．理想变压器 理想变压器是一种理想模型，它忽略的次要因素主要有两个： (1)忽略漏磁，即认为交变电流产生的磁场的磁感线全部都在铁芯内； (2)忽略一切能量损耗。 2．原、副线圈的电压关系 (1)对理想变压器，穿过原、副线圈中每匝线圈的磁通量的变化率都相等，E0＝，则原、副线圈产生的感应电动势分别为E1＝n1 E0，E2＝n2 E0。 (2)因为忽略了原、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＝。 3．两类变压器 (1)升压变压器：当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高。 (2)降压变压器：当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低。 　电压互感器和电流互感器 1．电压互感器 (1)电压互感器是一种降压变压器，它的初级并联在高压交流线路上，次级则与交流电压表相连。如图所示。 (2)根据电压表测出的U2值和铭牌上的变压比，就可以计算出高压线两端的电压值。 (3)为了防止高低压线圈间以及高压线圈与铁芯间的绝缘部分被击穿而造成触电事故，副线圈必须接地。 原理图 2．电流互感器 (1)电流互感器的主要作用是将大电流变成小电流，是一种升压变压器，它的原线圈串联在被测交流电路中，副线圈与交流电流表相连，根据已测得电流I2和铭牌上标注的变流比就可以算出被测电路中的电流。如图所示。 (2)为了安全，电流互感器使用时必须确保副线圈接地，也绝对不许将副线圈开路。 [课前小练] 思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)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。(√) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。(×) (3)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流的电压。(√) (4)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率。(×) (5)理想变压器的输入和输出功率相等。(√) 　理想变压器的基本关系 [思考探究] 手机无线充电是比较新颖的充电方式。手机和基座不需要导线连接，这种充电方式的原理是什么？ 提示：如图所示为电磁感应式无线充电的原理图，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入按正弦规律变化的电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。 [思维深化] 　理想变压器 (1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流) (2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中) 基 本 关系 功率关系 根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率， 即 P入＝P出 电压关系 原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：＝ 电流关系 (1)只有一个副线圈时：＝ (2)有多个副线圈时：由P入＝P出得 I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或 I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn 频率关系 f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率) 　如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。求： (1)电压表的读数； (2)电流表的读数； (3)原线圈的输入功率； (4)副线圈输出交流电的周期。 解析：(1)理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1＝220 V，由＝得U2＝＝110 V，即电压表的读数为110 V。 (2)通过负载电阻的电流I2＝＝ A＝2 A，由n1I1＝n2I2得I1＝＝1 A，即电流表的读数为1 A。 (3)副线圈的输出功率P＝U2I2＝110×2 W＝220 W，原线圈的输