内容正文:
第三节 变压器
课程内容要求
核心素养提炼
通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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
[对应学生用书P72]
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:变压器工作的基本原理是互感现象,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”)交变电流的周期和频率.
[思考]
为什么变压器不能改变恒定电流的电压?
提示 变压器的变压原理是互感现象.若通过原线圈的电流为恒定电流,则在铁芯中激发的磁场为恒定磁场,副线圈中无感应电动势产生,因此变压器不能改变恒定电流的电压.
1.实验器材
两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器(如图甲)、导线若干.
2.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.
(3)保持匝数不变,多次改变输入电压,记录每次改变后原、副线圈的电压值.
(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变,多次改变副线圈的匝数,记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值.
3.实验结论
实验分析表明,原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比,即=.
4.注意事项
(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关,再进行操作.
(2)为了保证人身安全,学生电源的电压不能超过12 V,通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱.
(3)为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.
5.实验误差分析
实验中的误差主要是:
①实验所用变压器存在各种损耗;
②多用电表的读数存在误差.
1.电压关系:=
当n2>n1时,U2>U1,这种变压器使电压升高,是升压变压器.当n2<n1时,U2<U1,这种变压器使电压降低,是降压变压器.
2.功率关系
对于理想变压器,不考虑能量的损失,输入功率等于输出功率,即P1=P2.
3.电流关系
=.
[判断]
(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)实际变压器输入功率一定大于输出功率.(√)
(3)学校中用的变压器工作时没有能量损失.(×)
(4)变压器原线圈相对电源而言起负载作用,而副线圈相对负载而言起电源作用.(√)
[对应学生用书P73]
探究点一 探究变压器的电压与匝数的关系
在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中.
(1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是________.
A.为了保证人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12 V
B.连接好电路后,可不经检查电路是否正确,直接接通电源
C.因为使用电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱
D.为了保证多用表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测
(2)某实验小组通过实验,记录的数据如下表:
原线圈匝数n1(匝)
100
200
400
400
副线圈匝数n2(匝)
400
400
200
800
原线圈两端的电压U1(V)
1.96
4.90
8.00
4.86
副线圈两端的电压U2(V)
7.80
9.76
3.90
9.64
通过分析实验数据可得出的实验结论是___________________________.
解析 (1)变压器改变的是交流电压,因此为了保证人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,A错误;实验通电前必须要先检查电路是否正确,通电时用手接触裸露的导线、接线柱等,会将人体并联入电路中,导致所测数据不准确,同时也有安全隐患,B、C错误;使用多用电表测电压时,先用最高量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量,故D正确.
(2)分析每组实验数据,可知与的值近似相等,可得出的实验结论是,在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比.
答案 (1)D
(2)在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比
[训练1] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中:
(1)实验室中有下列器材:
A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈