第3章 第3节 科学探究：变压器（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材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 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道变压器的构造及几种常见的变压器，初步了解它们在电路中的作用。 1.能用理想变压器模型分析升压降压的问题。 2．理解变压器的工作原理及工作规律。 1.通过实验，探究变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系，能应用它们分析解决有关问题。 2．在科学探究中，体会控制变量的科学方法，认识和科学收集实验数据的重要性。 认识到物理学的理论发展是推动技术进步的源泉。 [对应学生用书P60] 知识点一 变压器❶的工作原理 1.变压器的定义及构造 (1)定义：升高或降低交变电流电压的装置。 (2)构造：由闭合的铁芯❷和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，符号如图所示。 ①原线圈：与电源相连的线圈，也叫初级线圈，符号用n1表示。 ②副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，符号用n2表示。 ③输入电压：原线圈两端的电压，用符号U1表示。 ④输出电压：副线圈两端的电压，用符号U2表示。 2.原理：如图所示，当原线圈两端加上交变电压时，原线圈中就有交变电流通过，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中的磁通量就发生变化，这个变化的磁通量在副线圈两端产生感应电动势。 1．理想变压器是客观存在的。(　×　) 2．理想变压器不仅可以改变交变电流的电压，还可以改变交变电流的频率。(　×　) 知识点二 探究变压器电压与线圈匝数的关系 1.实验目的：研究变压器电压与线圈匝数的定量关系。 2．实验器材：可拆变压器、低压交流电源、交流电压表、带铁夹的导线。 3．实验原理与设计：当交流电压接入原线圈时，它所产生的变化的磁场就会在副线圈中产生感应电动势。 4.实验步骤❸ (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A、B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，记录下每次副线圈的匝数和对应的电压值。 5．数据分析 将实验数据填入表格，分析比值和之间的关系。 原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈 电压U1 原线圈电压U2 400 100 4 V 400 200 4 V 400 300 4 V 400 100 2 V 300 100 2 V 200 100 2 V 6.实验结论 (1)当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大，进一步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。 (2)当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小，进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 1．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源。(　×　) 2．因为使用的电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线和接线柱。(　×　) 知识点三 理想变压器的电压与匝数的关系 1.电压与匝数的关系：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：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫作升压变压器。 1.＝适用于任何变压器。(　×　) 2．变压器可以升压也可以降压。(　√　) 批注❶：理想变压器的特点 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即“无漏磁”。 (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。 (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。 批注❷：变压器的铁芯为什么用导磁性能很好的薄硅钢片叠压而成？ 提示：为了减小损耗。变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，使由于磁场变化而产生的涡流被限制在狭窄的薄片之中，且回路的电阻很大，涡流大为减弱，从而减小损耗。 批注❸：注意事项 (1)在改变低压交流电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了人身安全，低压交流电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 (3)为了多用电表的安全，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。 [对应学生用书P63] 探究点一　理想变压器的原理及规律　(科学思维之提升) ►情境探究 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？如