(讲义)第3章 第3节 科学探究：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(鲁科版2019)

第3节　科学探究：变压器 1．知道变压器的构造及几种常见的变压器。 2．理解变压器的工作原理及工作规律。 3．通过实验探究变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系。 4．了解变压器的应用，能与他人交流探究过程和结果。 知识点一　变压器的工作原理 1．变压器的构造 (1)变压器：能升高或降低交变电流电压的装置称为变压器。 (2)构造：主要由闭合铁芯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：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 ②副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈。 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 (1)如图所示，当原线圈两端加上交变电压时，就有交变电流通过原线圈，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中的磁通量发生变化，这个变化的磁通量在副线圈两端产生感应电动势。 (2)如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫作理想变压器。 　理想变压器是一种理想化模型，实际上并不存在。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。 (√) (2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。 (×) 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、带夹的导线。 3．实验步骤 (1)要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压表的最大量程进行测量。 (2)把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。 (3)用交流电压表测量输入、输出电压。 (4)改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压，记录在设计好的表格内。 1 2 3 4 5 6 U1 U2 n1 n2 (5)改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压，记录在上面设计好的表格内。 4．注意事项 (1)在改变低压交流电源电压、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。 　实验中手能触及裸露的导线吗？ 提示：通电时不能用手接触裸露的导线。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，副线圈接直流电压表。 (×) (2)在实验探究中，一定要保障原线圈与副线圈的匝数相等。 (×) 知识点三　理想变压器的电压与线圈匝数的关系 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降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。 　在理想变压器中输入功率由输出功率的大小决定。 3．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)＝适用于任何理想变压器。 (√) (2)＝适用于任何理想变压器。 (×) 4．填空 一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中相等的物理量有：交变电流的频率、电功率和磁通量的变化率。 在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图所示进行实验。闭合开关后，灯泡是否发光？解释出现这种现象的原因。 提示：因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光。原因是：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以E＝n＝0，副线圈中无感应电动势。 考点1　理想变压器的特点及原理 1．理想变压器的特点 (1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。 (2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。 (3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。 2．工作原理 (1)原线圈上通有交变电流时，铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电。 (2)从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化。 【典例1】　关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势 D．原线圈中