(讲义)第3章 3.变压器-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

3．变压器 1．知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，会推导理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。 2．知道理想变压器是忽略了能量损耗的一种理想化模型，进一步体会建立理想化模型这种思维方法。 3．经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，提高科学探究的能力。 4．在实验中要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。 　变压器的原理及其基本规律 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：与交流电源连接的线圈，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：互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，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，不改变交变电流的周期和频率。 　①原副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化率时刻相同。②变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 4．理想变压器 (1)定义：没有能量损耗的变压器。 (2)特点 ①变压器铁芯内无漏磁。 ②原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。 ③铁芯中不产生涡流。 5．原、副线圈的电压关系 (1)对理想变压器，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＝所以＝。 (2)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＝。当有多组线圈时，则有＝… 6．两类变压器 (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。 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。 问题1　两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ 提示：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。 问题2　小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？ 提示：不相等。 问题3　若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？ 提示：不发光。 1．工作原理 2．基本规律 (1)电压关系 U1∶U2∶U3…＝n1∶n2∶n3…或＝…。 (2)功率关系 输入功率等于输出功率，即P入＝P出，U1I1＝U2I2。 (3)电流关系 由功率关系可知，当只有一个副线圈时，； 当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。 (4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。 【典例1】　(多选)如图所示，理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 000匝，副线圈匝数为n2＝200匝，交变电源的电动势e＝311sin 314t(V)，电阻R＝88 Ω，电流表和电压表对电路的影响忽略不计。下列结论正确的是(　　) A．电流表A1的示数为0.10 A B．电压表V1的示数为311 V C．电流表A1的示数为0.75 A D．电压表V2的示数为44 V AD　[由题意可知：U1＝≈220 V，根据得：U2＝44 V，故B错误，D正确；I2＝＝0.5 A，故C错误；根据得：I1＝0.10 A，故A正确。故选AD。] 　变压器中提到的电压关系、电流关系、电路中电表的示数等，指的都是交变电流的有效值。 [跟进训练] 1．(2022·山东卷)如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos 。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W。下列说法正确的是(　　) A．n1为1 100匝，Um为220 V B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s D　[变压器的输入电压为220 V，原线圈的交流电的电压与时间成余弦函数关系，故输入交流电压的最大值为220 V，根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为，解得原线圈为2 200匝，A错误；根据题图可知，当原线圈输入220 V时，BC间的电压应该为12 V，故BC间的线圈匝数关系有＝120，BC间的线圈匝数为120匝，流过R的电流为IBC＝＝1 A，B错误；若将R接在AB端，根据题图可知，当原线圈输入220 V时，AB间的电压应该为18