3.3 第1课时变压器原理及应用(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理选择性必修第二册同步学习指导(人教版2019)

! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # ３．变压器 第１课时　 变压器原理及应用 ! " # $ % & 明确目标·梳理脉络 课标要求 １．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。 ２．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。 ３．在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能 力。体会能量守恒定律是普遍适用的。 素养目标 １．物理观念：能用能量的观点理解变压器的工作原理。 ２．科学思维：知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型 的思维方法。 ３．科学探究：经历探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的过程，提高科学探究能力。 ４．科学态度与责任：在实验中养成安全用电和正确使用实验仪器的习惯，养成尊重实验数据 的科学态度。 ' ( ) * + , 教材梳理·落实新知 变压器原理 　 　 １．构造 由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈 组成。 （１）原线圈：与交流电源　 相连的线圈。 （２）副线圈：与负载　 相连的线圈。 ２．原理 互感　 现象是变压器的工作基础。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　 。 『判一判』 （１）变压器的工作原理是电磁感应。 （　 ） （２）变压器的工作基础是互感现象。 （　 ） （３）各种电流接入变压器的输入端，变压器都能 正常工作。 （　 ） 电压与匝数的关系 　 　 １．理想变压器 没有能量损失　 的变压器。 ２．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：Ｕ１Ｕ２ ＝ 　 　 　 　 。 ３．两类变压器 （１）降压变压器：副线圈的电压比原线圈的 电压　 　 　 　 的变压器。 （２）升压变压器：副线圈的电压比原线圈的 电压　 　 　 　 的变压器                              。 "!" # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; 『判一判』 （４）原线圈的电压不随副线圈的输出电流的变 化而变化。 （　 ） （５）原线圈的电流随副线圈的输出电流的增大 而增大。 （　 ） （６）理想变压器的原线圈中的电流通过铁芯流 到了副线圈。 （　 ） 『选一选』 　 　 （２０２４·湖南衡阳高二开学考试）图甲是汽 车点火线圈的内部结构，点火线圈能在瞬间输 出高压，使汽车启动。其原理如图乙所示，闭合 开关Ｓ，理想变压器原线圈两端会加上ｕ ＝ ５０ｓｉｎ １００πｔ（Ｖ）的正弦式交流电，原、副线圈匝 数之比为１ ∶ １２０，则下列说法正确的是（　 ） Ａ．电压表示数为５０ Ｖ Ｂ．副线圈中交流电的频率为１００ Ｈｚ Ｃ．点火针两端的电压最大值为６ ０００ Ｖ Ｄ．点火针的放电电流是转换器输出电流的 １２０                       倍 ' - . / 0 1 细研深究·破疑解难 理想变压器的工作原理及规律 探究 要点提炼 　 　 １．变压器的变压原理：当原线圈加上交流电 压Ｕ１时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产 生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应 电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产 生交变的感应电流，它也在铁芯中产生变化的磁 通量，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过 磁场从原线圈传递到副线圈。如图所示。 ２．能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互 感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。 ３．原、副线圈的地位 （１）原线圈在其所处回路中充当负载。 （２）副线圈在其所处回路中充当电源。 ４．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。 ５．电动势关系 由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中每 一匝线圈都具有相同的ΔΦ Δｔ ，根据法拉第电磁感 应定律有Ｅ１ ＝ ｎ１ ΔΦΔｔ，Ｅ２ ＝ ｎ２ ΔΦ Δｔ ，所以Ｅ１Ｅ２ ＝ ｎ１ ｎ２ 。 ６．电压关系 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Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ 。 ７．功率关系 对于理想变压器，不考虑能量损失，Ｐ入 ＝ Ｐ出。 ８．电流关系 （１）当只有一个副线圈时，由于Ｐ１ ＝ Ｐ２，则 由Ｕ１ Ｉ１ ＝ Ｕ２ Ｉ２，得Ｉ１Ｉ２ ＝ Ｕ２ Ｕ１ ，由Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，得Ｉ１Ｉ２ ＝ ｎ２ ｎ１ 。 （２）有多个副线圈时，有Ｐ１ ＝ Ｐ２ ＋ Ｐ３ ＋…， 即Ｕ１ Ｉ１ ＝ Ｕ２ Ｉ２ ＋ Ｕ３ Ｉ３ ＋… 将Ｕ１ ∶ Ｕ２ ∶ Ｕ３ ∶…＝ ｎ１ ∶ ｎ２ ∶ ｎ３ ∶…代入 得ｎ１ Ｉ１ ＝ ｎ２ Ｉ２ ＋ ｎ３ Ｉ３ ＋                                            … "!# ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # 　 　 （１）变压器的电动势关系、电压关系和电流 关系是有效值（或最大值）间的关系，对于某时 刻的瞬时值，这些关系不成立。 （２）变压器高压线圈匝数多而导线细，低压 线圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的 方法之一。 （３）电流与匝数成反比只适用于有一个副 线圈的情况，有多个副线圈时不成立。 典例剖析 １．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数 比为１０ ∶ １，电阻Ｒ ＝ ２ Ω，电流表示数为 １ Ａ，各电表均为理想电表，则下列说法正确的 是 （　 ） Ａ．电压表的示数为２０ Ｖ Ｂ．流经电阻Ｒ的电流大小为０． １ Ａ Ｃ．电阻Ｒ消耗的电功率是４００ Ｗ Ｄ．该变压器为升压变压器 　 　 对点训练? 如图所示，理想变压器原、 副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压 均为Ｕ，且三个灯泡均能正常发光。下列说法 中正确的是 （　 ） Ａ．原、副线圈匝数比为３ ∶ １ Ｂ．原、副线圈匝数比为１ ∶ ３ Ｃ． ＡＢ端的输入电压为３Ｕ Ｄ． ＡＢ端的输入电压为４Ｕ 变压器工作时的制约关系及动态分析 探究 要点提炼 　 　 １．变压器工作时的三个制约关系 （１）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数 比ｎ１ｎ２一定时，输出电压Ｕ２由输入电压Ｕ１决定， 即Ｕ２ ＝ ｎ２Ｕ１ｎ１ ，可简述为“原制约副”。 （２）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数 比ｎ１ｎ２一定，且输入电压Ｕ１ 确定时，原线圈中的 电流Ｉ１由副线圈中的输出电流Ｉ２ 决定，即Ｉ１ ＝ ｎ２ Ｉ２ ｎ１ 。而变压器副线圈中的电流Ｉ２ 由用户负载 及电压Ｕ２确定，Ｉ２ ＝ Ｐ２Ｕ２，可简述为“副制约原”。 （３）功率制约：Ｐ２决定Ｐ１，变压器副线圈中的 功率Ｐ２由用户负载决定，Ｐ２ ＝ Ｐ负１ ＋ Ｐ负２ ＋…，Ｐ２ 增大，Ｐ１增大；Ｐ２减小，Ｐ１减小；Ｐ２为０，Ｐ１为０。 ２．对理想变压器进行动态分析的两种常见 情况 （１）匝数比不变的情况，如图所示。 ①Ｕ１不变，根据Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，输入电压Ｕ１ 决定 输出电压Ｕ２，不论负载电阻Ｒ如何变化，Ｕ２ 也 不变。 ②当负载电阻发生变化时，Ｉ２ 变化，输出电 流Ｉ２决定输入电流Ｉ１，故Ｉ１发生变化。 ③Ｉ２变化引起Ｐ２变化，由Ｐ１ ＝ Ｐ２，故Ｐ１发生 变化。 （２）负载电阻不变的情况，如图所示。 ①Ｕ１不变，ｎ１ｎ２发生变化，故Ｕ２变化。 ②Ｒ不变，Ｕ２改变，故Ｉ２发生变化。 ③根据Ｐ２ ＝ Ｕ２ ２ Ｒ ，Ｐ２ 发生变化，再根据Ｐ１ ＝ Ｐ２，故Ｐ１变化，Ｐ１ ＝Ｕ１Ｉ１，Ｕ１不变，故Ｉ１发生变化                                                                        。 "!$ # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; 典例剖析 ２．（２０２４·四川成都高二期中）如图为街头 变压器通过降压给用户供电的示意图。变 压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化 时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输 电线输送给用户，两条输电线的总电阻用Ｒ０表 示，滑动变阻器Ｒ代表用户用电器的总电阻。 如果变压器上的能量损失可以忽略，电表均为 理想电表，当用电器增加时（相当于滑动变阻器 Ｒ的阻值减小），下列说法正确的是 （　 ） 　 　 Ａ． Ａ１的示数变小 Ｂ． Ａ２的示数变小 Ｃ． Ｖ２的示数增大 Ｄ． Ｖ３的示数变小 　 　 对点训练? （多选）如图所示为一理 想变压器，原线圈接有电压为Ｕ１ 的稳压交流 电，Ｋ为单刀双掷开关，Ｐ为滑动变阻器Ｒ的滑 片，则 （　 ） Ａ．开关Ｋ合在ａ处，滑片Ｐ上滑时，原线圈 中的电流将减小 Ｂ．开关Ｋ合在ｂ处，滑片Ｐ下滑时，变压器 输入功率将减小 Ｃ．保持滑片Ｐ的位置不变，开关Ｋ由ｂ合 到ａ时，Ｒ消耗的功率将减小 Ｄ．保持滑片Ｐ的位置不变，开关Ｋ由ａ合 到ｂ时，                                 原线圈中的电流将减小 ' 2 3 4 　 　 　 　 　 变 压  器 → 工作原理→ 互感现象 → 结构→ 符号 → 理想变压器→  规律 → 电压关系 Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ ２ → 电流关系 ｎ１ Ｉ１ ＝ ｎ２ Ｉ２ ＋ ｎ２ Ｉ３ ＋ … → 功率关系 Ｐ入＝ Ｐ 出 5 6 7 8 9 : 以题说法·启智培优 几种常见的变压器 １．自耦变压器 如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是 高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用， 也可以作为降压变压器使用。 规律：Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，Ｉ１Ｉ２ ＝ ｎ２ ｎ１ 。 ２．电压互感器 （１）构造：小型降压变压器，如图所示。 （２）接法：原线圈并联在高压电路中，副线 圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地。 （３）作用：将高电压变为低电压，通过测量 低电压，计算出高压电路的电压                     。 "!% ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # 　 　 ３．电流互感器 （１）构造：小型升压变压器，如图所示。 （２）接法：原线圈串联在被测电路中，副线 圈接电流表，为了安全，外壳和副线圈应接地。 （３）作用：将大电流变成小电流，通过测量 小电流，计算出被测电路中的大电流。 　 　 案例１ （２０２４·福建省诏安县高二期 中）如图所示，ｌ１和ｌ２是输电线，在图中空圈内填 入所用的电表的名称，１位置应为　 　 　 　 表，２位 置应为　 　 　 　 表。若已知变压比为１００ ∶ １，变 流比为１００ ∶ １，并且知道电压表示数为２２０ Ｖ， 电流表示数为１ ０００ Ａ，则输电线路中的功率 为　 　 　 　 Ｗ。 答案：电压　 电流　 ２． ２ × １０９ 解析：１位置的仪表的原线圈是并联两端接 电源两端的，所以是电压互感器，为电压表。 ２位置的仪表的原线圈是串联接入输电线 的一根导线，所以是电流互感器，为电流表。 已知电压表示数为２２０ Ｖ，且变压比为 １００ ∶ １，所以传输电压为Ｕ ＝ ２２０ × １００ Ｖ ＝ ２． ２ × １０４ Ｖ 电流表示数为１ ０００ Ａ，且变流比为１００ ∶ １，故传输电流为Ｉ ＝ １ ０００ × １００ Ａ ＝ １ × １０５ Ａ 所以输电功率为Ｐ ＝ ＵＩ ＝ ２． ２ × １０９ Ｗ。 　 　 案例２ （２０２４·江苏高二期中）如图所 示的调压器，滑动触头Ｐ和Ｑ均可调节，在输入 交变电压Ｕ恒定的条件下，电压表、电流表均是 理想的，下列说法正确的是 （　 ） Ａ． Ｑ不动，Ｐ向上移动，电压表示数增大 Ｂ． Ｑ不动，Ｐ向下移动，电流表示数增大 Ｃ． Ｐ不动，Ｑ向下移动，电压表示数增大 Ｄ． Ｐ不动，Ｑ向下移动，电流表示数增大 答案：Ｂ 解析：当Ｑ不动时，滑动变阻器的阻值不 变，当Ｐ向上移动时，原线圈匝数变大副线圈匝 数不变，自耦变压器的输出的电压减小，电压表 的示数减小，故Ａ错误；当Ｑ不动时，滑动变阻 器的阻值不变，当Ｐ向下移动时，原线圈匝数变 小副线圈匝数不变，自耦变压器的输出的电压 增加，电压表的示数增大，输出功率变大，输入 功率变大，输入电压恒定，则输入电流变大，故 Ｂ正确；当Ｐ不动时，自耦变压器的输出的电压 不变，所以电压表的示数不变，当Ｑ向下移动 时，滑动变阻器的电阻增大，所以电路的电流减 小，变压器匝数比不变，因此电流表示数减小， 故Ｃ、Ｄ错误                                                   。 ' 2 ; " < = 沙场点兵·名校真题 一、变压器原理 １．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同 的物理量为 （　 ） Ａ．每匝线圈中磁通量的变化率 Ｂ．交变电流的频率 Ｃ．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率 Ｄ．原线圈中感应电动势和副线圈中的感应电 动势 ２．（２０２４·海南高二期中）无线充电技术能实现 能量的无线传输，如图是无线充电设备给手 机充电，下列关于无线充电的说法正确的是 （　 ） Ａ．充电设备中的线圈通恒定电流也可以对手                 机无线充电 "!& # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; Ｂ．充电设备的电流与手机的充电电流一定 相等 Ｃ．充电的原理主要利用了自感 Ｄ．充电设备与手机不接触也能充电 二、电压、电流与匝数的关系 ３．（２０２４·湖北武汉模拟预测）如图是某同学设 计的温控报警系统：交流电源输入有效值恒 定的电压，变压器可视为理想变压器，Ｒ０ 和 Ｒ１分别为定值电阻和滑动变阻器；ＲＴ为热敏 电阻，其阻值随温度的升高而减小；Ｓ为报警 装置（可视为阻值恒定的电阻），其两端电压 超过设定值时报警器发出警报。现欲使Ｓ在 温度更低时报警，下列做法一定可行的是 （　 ） Ａ．仅将滑片Ｐ１左移 Ｂ．仅将滑片Ｐ１右移 Ｃ．将滑片Ｐ１左移，同时将滑片Ｐ２下移 Ｄ．将滑片Ｐ１右移，同时将滑片Ｐ２上移 ４．（多选）（２０２４·陕西汉滨区高二期中）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．电流频率为５０ Ｈｚ Ｂ．电流表Ａ１的示数约为０． １ Ａ Ｃ．电压表Ｖ１的示数为３１１ Ｖ Ｄ．电阻Ｒ的发热功率约为４４ Ｗ ５．如图所示为理想变压器。原线圈的匝数为 １ ０００匝，两个副线圈的匝数分别为ｎ２ ＝ ５０匝， ｎ３ ＝１００匝，Ｌ１是标有“６ Ｖ　 ２ Ｗ”字样的小灯 泡，Ｌ２是标有“１２ Ｖ　 ４ Ｗ”字样的小灯泡，当 ｎ１接上交变电流时，Ｌ１、Ｌ２ 都正常发光，那么 原线圈中的电流为 （　 ） Ａ． １６０ Ａ Ｂ． １ ３０ Ａ Ｃ． １ ２０ Ａ Ｄ． １ １０ Ａ 请同学们认真完成练案［１１                                              ］ 第２课时　 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 STUVWXY01 　 　 　 １．实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 ２．实验原理 （１）如图所示，变压器是由原线圈、副线圈 和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产 生磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁 芯中的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈 中产生感应电动势，副线圈就存在输出电压。 （２）本实验通过与副线圈相连接的多用电 表，观察原线圈电压变化时，副线圈输出电压的 变化；通过改变原、副线圈匝数，探究原、               副线圈 "!' Ｅｍ 槡＝ ６ ２ Ｖ，电压表读数为有效值，由于发电机线圈内阻不计， 则电压表读数为电动势的有效值，即Ｕ ＝ Ｅ ＝ Ｅｍ 槡２ ＝ ６ Ｖ，选项Ｂ正 确；灯泡的电功率为Ｐ ＝ Ｕ ２ Ｒ ＝ １８ Ｗ，选项Ｃ正确；由题图乙知，周 期Ｔ ＝ ０． ０２ ｓ，解得ω ＝ ２πＴ ＝ １００π ｒａｄ ／ ｓ，则ｅ随ｔ变化的规律为ｅ 槡＝ ６ ２ｓｉｎ １００πｔ（Ｖ），选项Ｄ错误。 对点训练?：Ｃ　 由图乙可知，ｔ ＝ ０时磁通量为零，图线斜率 最大，磁通量的变化率最大，故Ａ、Ｂ错误；根据右手定则，开始 时电流方向为从ａ→ｄ，故Ｃ正确；磁通量从零开始变化，此时磁 通量的变化率最大，感应电动势最大，则感应电动势图像类似于 ｃｏｓ θ图像，Ｄ错误。 课堂达标检测 １． ＡＣＤ　 由ｕ 槡＝２２０ ２ｓｉｎ １００πｔ（Ｖ）可知，Ｕｍ 槡＝ ２２０ ２ Ｖ，Ｕ ＝ Ｕｍ槡２ ＝ ２２０ Ｖ，ω ＝ １００ π ｒａｄ ／ ｓ，由Ｔ ＝ ２πω可知，Ｔ ＝ ０． ０２ ｓ，ｆ ＝ １ Ｔ ＝ ５０ Ｈｚ，线圈每秒经过中性面１００次，所以电动势方向改变１００ 次。故选ＡＣＤ。 ２． Ａ　 交流电的有效值是根据等效思想确定的，若同一阻值为Ｒ 的电阻接在恒压稳流的直流电路中在交流电的一个周期内产 生的热量与接在交流电路中在一个周期内产生的热量相同， 则认为该直流电的电压Ｕ为交流电电压的有效值，该直流电 路中通过电阻Ｒ的电流Ｉ为交流电电流的有效值，则根据等 效思想有Ｕ ２ Ｒ Ｔ ＝ （槡３）２ Ｒ · Ｔ ３ ＋ （槡２ ３）２ Ｒ · Ｔ ３ ＋ （槡６）２ Ｒ · Ｔ ３ ，解得 Ｕ 槡＝ ７ Ｖ，故Ａ正确。 ３． Ｃ　 设此时交流电压表读数为Ｕ，根据等效热量法可得Ｕ ２ Ｒ Ｔ ＝ １５６ Ｖ 槡( )２ ２ Ｒ · Ｔ ２ ，解得Ｕ ＝ ７８ Ｖ，故选Ｃ。 ４． ＢＤ　 周期Ｔ ＝ ４ × １０ －２ ｓ，则频率ｆ ＝ １Ｔ ＝ ２５ Ｈｚ，ω ＝ ２πｆ ＝ ５０π ｒａｄ ／ ｓ，所以该交变电压瞬时值的表达式为ｕ ＝１００ｓｉｎ ５０πｔ（Ｖ）， 故Ａ错误，Ｂ正确；该交变电压的有效值为Ｕ ＝ １００ 槡２ Ｖ ＝ 槡５０ ２ Ｖ，故Ｃ错误；电阻消耗的功率为Ｐ ＝ Ｕ ２ Ｒ ＝ ５０ Ｗ，故Ｄ 正确。 ５． ＢＣ　 根据题意可知，线圈转动产生的电动势的最大值为Ｅｍ ＝ ＮＢＳω，根据闭合电路的欧姆定律可知，Ｒ两端电压的最大值 Ｕｍ ＝ Ｅｍ Ｒ ＋ ｒＲ ＝ ＮＢＳＲω Ｒ ＋ ｒ ，Ａ错误；Ｒ两端电压的有效值为Ｕ有＝ Ｕｍ 槡２ ，电阻Ｒ的发热功率为Ｐ ＝ Ｕ有 ２ Ｒ ＝ Ｎ２Ｂ２Ｓ２ω２Ｒ ２（Ｒ ＋ ｒ）２ ，Ｂ正确；一个 周期穿过线圈的磁通量的变化量为零，则平均感应电动势与平 均感应电流均为零，则通过Ｒ的电荷量为零，Ｃ正确；由图可 知，线圈开始转动时，磁通量最小，感应电动势最大，则线框中 交变电流的电动势ｅ ＝ＮＢＳωｃｏｓ ωｔ（Ｖ），Ｄ错误。 ３．变压器 第１课时　 变压器原理及应用 课前预习反馈 　 　 知识点１：１．（１）交流电源　 （２）负载　 ２．互感　 磁场　 感 应电动势　 ３．电压　 周期　 频率 判一判 　 　 （１）√　 （２）√　 （３）× 　 　 知识点２：１．能量损失　 ２．匝数　 ｎ１ｎ２ 　 ３．（１）低　 （２）高 判一判 　 　 （４）√　 （５）√　 （６）× 选一选 　 　 Ｃ　 电压表的示数应为交流电压的有效值，即Ｕ有效＝ ｕｍ槡２ ＝ 槡２５ ２ Ｖ，故Ａ错误；由ｕ ＝５０ｓｉｎ １００πｔ（Ｖ），可知，原线圈交流电的频 率为１００π２π Ｈｚ ＝５０ Ｈｚ，变压器不改变交流电的频率，因此副线圈中交 流电的频率也为５０ Ｈｚ，故Ｂ错误；原线圈两端的电压最大值为 ５０ Ｖ，原、副线圈匝数之比为１ ∶ １２０，根据Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，可知，点火针两端 的电压最大值为６ ０００ Ｖ，故Ｃ正确；根据Ｉ１Ｉ２ ＝ ｎ２ ｎ１ ，可知，点火针的放 电电流是转换器输出电流的１１２０，故Ｄ错误。 课内互动探究 　 　 探究一 例１：Ａ　 根据Ｉ１Ｉ２ ＝ ｎ２ ｎ１ 可知，输出电流Ｉ２ ＝ ｎ１ｎ２ Ｉ１ ＝ １０ １ × １ Ａ ＝ １０ Ａ，故电压表示数Ｕ ＝ Ｉ２Ｒ ＝１０ ×２ Ｖ ＝２０ Ｖ，Ａ正确，Ｂ错误；电阻 Ｒ消耗的电功率Ｐ ＝ Ｉ２２Ｒ ＝１０２ × ２ Ｗ ＝２００ Ｗ，Ｃ错误；由于变压器 原线圈匝数大于副线圈匝数，故该变压器为降压变压器，Ｄ错误。 对点训练?：Ｃ　 设灯泡正常发光时，流过它的电流为Ｉ，则 该变压器原线圈中的电流Ｉ１ ＝ Ｉ，副线圈中的电流Ｉ２ ＝ ２Ｉ，则原、 副线圈匝数比ｎ１ｎ２ ＝ Ｉ２ Ｉ１ ＝ ２ ∶ １；所以原线圈两端的电压为Ｕ１ ＝ ｎ１ｎ２ Ｕ２ ＝ ２Ｕ，则ＡＢ端的输入电压为３Ｕ。 探究二 例２：Ｄ　 由于输入电压和匝数比不变，故输出电压不变，Ｖ２ 的示数不变，故Ｃ错误；输出电压不变，故在滑动变阻器Ｒ的阻 值减小的过程中，副线圈总电阻变小，电流变大，则Ａ２ 的示数变 大，故Ｂ错误；副线圈电流变大，则Ｒ０的分压变大，故Ｖ３的示数 变小，故Ｄ正确；副线圈的功率变大，根据输入功率等于输出功 率，则输入功率变大，则Ａ１的示数变大，故Ａ错误。 对点训练?：ＡＣ　 开关Ｋ合在ａ处，滑片Ｐ上滑时，副线圈 回路中的电阻增大，电流减小，由原线圈与副线圈电流的关系， 可知原线圈中的电流也将减小，Ａ正确；开关Ｋ合在ｂ处，滑片 Ｐ下滑时，副线圈回路中的电阻减小，电流变大，而电压不变，所 以输出功率将变大，由于输入功率等于输出功率，所以变压器输 入功率将增大，Ｂ错误；保持滑片Ｐ的位置不变，开关Ｋ由ｂ合 到ａ时，由ｎ１ｎ２ ＝ Ｕ１ Ｕ２ ，可知副线圈两端的电压将减小，所以Ｒ消耗 的功率将减小，Ｃ正确；保持滑片Ｐ的位置不变，开关Ｋ由ａ合 到ｂ时，由ｎ１ｎ２ ＝ Ｉ２ Ｉ１ ，可知原线圈中的电流将增大，Ｄ错误。 课堂达标检测 １． Ｄ　 理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无漏磁，所 以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故Ａ、Ｃ不符合题 意；根据变压器的工作原理及用途可知变压器不改变交流电 的频率，Ｂ不符合题意，选Ｄ。 ２． Ｄ　 充电设备中的线圈通恒定电流，其产生的磁场是恒定的，不 能使手机产生感应电流，不能实现无线充电，Ａ错误；充电设备 与手机的充电电流不一定相等，就像变压器工作原理一样，原、 副线圈匝数不一样，电流就不同，Ｂ错误；充电的原理主要利用 了电磁感应的互感原理，所以充电设备与手机不接触也能充 电，Ｃ错误，Ｄ正确。 ３． Ａ　 ＲＴ为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，欲使Ｓ在温 度更低时报警，则需要温度更低时，报警装置两端电压超过设 定值而发出警报，若仅将滑片Ｐ１ 左移，则滑动变阻器的阻值 调小，由于副线圈电压不变，因此副线圈电流增大，故可以在 温度更低时，报警装置两端电压超过设定值而发出警报，故                                                                       Ａ —２４３— 正确；若仅将滑片Ｐ１右移，则滑动变阻器的阻值调大，由于副 线圈电压不变，因此副线圈电流减小，故在温度升高时，报警 装置两端电压才能达到设定值，故Ｂ错误；若将滑片Ｐ１ 左移， 同时将滑片Ｐ２下移，则滑动变阻器的阻值调小，而副线圈电 压变小，因此副线圈电流不一定变化，故Ｃ错误；若将滑片Ｐ１ 右移，同时将滑片Ｐ２上移，则滑动变阻器的阻值调大，而副线 圈电压变大，因此副线圈电流不一定变化，故Ｄ错误。 ４． ＡＢ　 根据交变电源的电动势表达式可知ω ＝ ３１４ ｒａｄ ／ ｓ，根据 ω ＝ ２πｆ，解得ｆ ＝ ５０ Ｈｚ，Ａ正确；交流电的有效值Ｕ１ ＝ ３１１槡２ Ｖ ＝ ２２０ Ｖ，电压表的Ｖ１的示数为２２０ Ｖ，根据Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，解得Ｕ２ ＝ ４４ Ｖ，根据欧姆定律，得电流为Ｉ２ ＝ Ｕ２Ｒ ＝ ０． ５ Ａ，根据 Ｉ２ Ｉ１ ＝ ｎ１ ｎ２ ， 得Ｉ１ ＝ ０． １ Ａ，Ｃ错误，Ｂ正确；电阻Ｒ的发热功率约为Ｐ ＝ Ｕ２ Ｉ２ ＝ ４４ × ０． ５ Ｗ ＝２２ Ｗ，Ｄ错误。 ５． Ｃ　 Ｐ出＝ Ｐ１ ＋ Ｐ２ ＝ ２ Ｗ ＋ ４ Ｗ ＝ ６ Ｗ，由Ｐ入＝ Ｐ出，得Ｉ１Ｕ１ ＝ ６ Ｗ，又Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，所以Ｕ１ ＝ ｎ１ｎ２ Ｕ２ ＝ １ ０００ ５０ × ６ Ｖ ＝ １２０ Ｖ，所以Ｉ１ ＝ ６ １２０ Ａ ＝ １ ２０ Ａ。 第２课时　 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验研析·创新应用 　 　 探究一 例１：（１）交流　 ＡＢ　 （２）交流１０ Ｖ　 ６． ４ （３）有漏磁现象，铁芯内有涡流，线圈上有电阻 解析：（１）变压器工作需接交流电，为确保实验安全，实验中要 求原线圈匝数大于副线圈匝数，让副线圈上得到较低的电压，故电 源连接自耦变压器的ＡＢ接线柱。 （２）实验副线圈上的电压大约为６ Ｖ，则多用电表档位选择 交流１０ Ｖ；由图可知，电压挡１０ Ｖ的量程精度为０． ２ Ｖ，则读数 估读到０． １ Ｖ，故示数为６． ４ Ｖ。 （３）主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁现象、铁芯 内有涡流发热、导线线圈有电阻发热等能量损耗，使副线圈两端 电压偏低。 对点训练?：（１）ＣＤ　 （２）４． ４　 Ｃ 解析：（１）为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副 线圈匝数，让副线圈上得到较低的电压，故Ａ错误；变压器原线 圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电 压挡”，故Ｂ错误；可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线 圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故Ｃ正确；变 压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采 用一整块硅钢，这样设计的原因是为了减小涡流，提高变压器的 效率，故Ｄ正确。 （２）由图丙可知，电压挡１０ Ｖ的量程精度为０． ２ Ｖ，则读数 估读到０． １ Ｖ，故示数为Ｕ２ ＝ ４． ４ Ｖ。 根据理想变压器的电压比等于匝数比，有ｎ１ｎ２ ＝ Ｕ１ Ｕ２ ＝ ３０４． ４， 考虑变压器有一定的电能损失，则最接近的匝数比为６ ∶ １， 故Ａ、Ｂ、Ｄ错误，Ｃ正确。 　 　 探究二 例２：（１）见解析　 （２）ＵＡＵ ｎ 解析：（１）①用长导线绕一个ｎ匝线圈，作为副线圈替代Ａ 线圈。 ②把低压交流电源接Ｂ线圈，用多用电表交流电压挡测得 绕制的线圈的输出电压Ｕ。 ③用Ａ线圈换下绕制的线圈用多用电表交流电压挡测得Ａ 线圈的输出电压ＵＡ。 （２）ｎＡ ＝ ＵＡＵ ｎ。 对点训练?：（１）Ｃ　 Ｒ≈Ｒｘ 　 （２）ｎｂ 　 漏磁、铁芯发热、导线 发热 解析：（１）由题意可知当滑动变阻器的最大阻值Ｒ ＝ Ｒｘ时， Ｕｘ Ｕ － Ｒ０ Ｒ分压特性曲线为图乙中的“Ａ”；当滑动变阻器的最大阻 值Ｒ ＞ Ｒｘ时，假设滑动变阻器接入电路的阻值不变，则负载电阻 两端的电压不变，ＵｘＵ不变， Ｒ０ Ｒ减小，由图像可知分压特性曲线对 应图乙中的Ｃ；分压特性曲线为图乙中的“Ｂ”时，ＵｘＵ变化较小， 电压表示数变化较小，可采集的数据较少；分压特性曲线为图乙 中的“Ｃ”时，电压表示数变化不是线性变化；分压特性曲线为图 乙中的“Ａ”时，电压表示数变化接近线性变化，故限流式接法中 滑动变阻器最大阻值和负载电阻应接近，即Ｒ≈Ｒｘ。 （２）根据图中数据可以看出ｎｂｎａ与电压之比近似相等，则原 线圈的匝数为ｎｂ，电压比和匝数比不严格相等，原因有漏磁、铁 芯发热、导线发热等。 课堂达标检测 １．（１）ＢＤ　 （２）ＢＣ　 （３）Ｄ　 （４）＞ 解析：（１）变压器只能改变交流电的电压，必须要有低压交流 电源提供交流电，故Ｂ正确，Ａ错误；原线圈输入交流电压，副 线圈输出交流电压，故应用交流电压表测量输入和输出电压， 故Ｄ正确，Ｃ错误。 （２）变压器的工作原理是电磁感应现象，而不是通过铁芯导电把 电能由原线圈输送到副线圈的，故Ａ错误；变压器工作时在原线 圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，故 Ｂ正确；理想变压器不漏磁、无能量损失，输入功率和输出功率相 等，故Ｃ正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，副线圈上 不接负载时，原线圈两端的电压不变，故Ｄ错误。 （３）如果是理想变压器，电压与匝数成正比Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ＝ ８００４００ 故Ｕ１ ＝ １０． ０ Ｖ时解得Ｕ２ ＝ Ｕ１２ ＝ ５． ０ Ｖ 但是本题中变压器不是理想变压器，故副线圈输出电压应小 于５ Ｖ，故选Ｄ。 （４）根据理想变压器原理可知，原副线圈两端电压之比等于原 副线圈匝数之比，即变压器原、副线圈电压应与其匝数成正 比，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁 芯损失一部分能量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小 于理论值，所以实验测得的原、副线圈的电压比应当大于原、 副线圈的匝数比。 ２．（１）Ｂ　 （２）Ｂ　 （３）ＡＣ　 （４）线圈和铁芯有一定的电阻与漏磁 解析：（１）变压器在交流电条件下才能正常工作，故Ａ错误，Ｂ 正确。 （２）根据电压匝数关系有Ｕ１Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ，解得ｎ２ ＝ ３． ９２≈４，故Ａ错 误，Ｂ正确。 （３）变压器的铁芯的作用是导磁，尽量减少漏磁，其起到传递 能量的作用，故Ａ、Ｃ正确，Ｂ错误；铜不能被磁化，因此不能导 磁，若将铁芯换成等大的铜块，则实验现象不明显，故Ｄ错误。 （４）实际的变压器的线圈有一定的电阻，且铁芯处存在漏磁， 则实验的系统误差主要来源是线圈和铁芯有一定的电阻与 漏磁。 ３．（１）交流　 交流电压　 （２）正比　 （３）６００ 解析：（１）实验要探究变压器电压与匝数关系，用到交流电源， 因此线圈两端要接到电源的交流输出端；测量电压时多用电 表应将选择开关拨到交流电压挡。 （２）由Ｕ２ － Ｕ３图像为过原点的直线可知，变压器输出电压与 输入电压成正比。 （３）由Ｕ２ － Ｕ３图像斜率ｋ ＝ Ｕ２Ｕ３ ＝ ５． ０，                                                                       根据电压与匝数成正比 —２４４—