3.3 变压器（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

交变电流 第3节　变压器 第三章 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 　了解变压器的构造及工作原理。 1.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这种思维方法。 2．掌握理想变压器原、副线圈的电压、电流和功率的关系。 　　通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。 　　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。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 2．原线圈：与交流电源连接的线圈叫______，也叫初级线圈。 副线圈：与负载连接的线圈叫______，也叫次级线圈。 3．原理：____现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的____也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生__________。 原线圈 副线圈 互感 磁场 感应电动势 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 4．理想变压器 (1)定义：没有____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。 能量 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 2．两类变压器 (1)降压变压器：______的电压比______电压低的变压器。 (2)升压变压器：______的电压比______电压高的变压器。 三、变压器中的能量转化 原线圈中电场的能量转变成____的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了____的能量。 副线圈 原线圈 副线圈 原线圈 磁场 电场 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (物理与生活)变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (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)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。(　　 　　) (3)变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压。(　　 　　) (4)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率。(　　 　　) (5)理想变压器的输入和输出功率相等。(　　 　　) × √ × × √ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点一 变压器的原理 变压器的工作原理图 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。 (2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。 (3)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。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例1】 (多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能 B．铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险 C．变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小 D．当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出 AC 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏磁很少，因此可以减少能量损失，A正确；铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，B错误；变压器原、副线圈中的磁通量的变化率相同，变化周期相同，匝数不同，所以原、副线圈中的交流电的频率相同，电压不同，C正确；由电磁感应定律可知，只要输入原线圈的电流发生变化，副线圈中就会产生感应电动势，当原线圈接入恒定电流时，副线圈没有电压输出，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练1] (多选)关于变压器，下列说法正确的是(　　) A．变压器工作的基础是自感现象 B．在原线圈中，电能转化为磁场能 C．电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起 D．当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出 BD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 变压器工作的基础是互感现象，A错误；在原线圈中电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，B正确，C错误；当变压器原线圈接入大小变化的直流电时，穿过原、副线圈的磁通量也变化，副线圈有电压输出，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点二 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 2．实验器材 多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 3．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。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 5．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。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例2】 理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器、一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器原、副线圈两端电压与线圈匝数的关系。 (1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1。你认为猜想合理的同学是________，你作出上述判断所依据的物理规律是_________________________________________________ _______________________________________________。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 (2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究。为保证实验安全、有效地进行，应选用________________电源。 (3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于________________挡，并选用________________量程进行试测，大致确定被测数据后，再用适当的量程进行测量。 答案：(1)甲　法拉第电磁感应定律 (2)低压(一般低于12 V)交流 (3)交流电压　最大 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 (1)由变压器的工作原理可知，猜想合理的同学是甲同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。 (2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12 V)交流电源。 (3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用最大量程进行试测。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练2] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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和接线柱 D．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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 (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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 通过分析实验数据可得出的实验结论是________________________ ____________________________________________________________。 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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 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，通电时若用手接触裸露的导线、接线柱等，会将人体并联接入电路中，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，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 A 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 BC [练3] (多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，原线圈的A、B端连接有效值为10 V的交流电压，通过原线圈的电流为4 A，下列说法正确的是(　　) A．灯泡L两端的电压为10 V B．通过灯泡L的电流为2 A C．灯泡L消耗的功率为40 W D．该变压器为降压变压器 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 B 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A．原、副线圈匝数比为1∶50 B．副线圈中电流的频率是50 Hz C. 原线圈的导线比副线圈的要粗 D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 [练5] (科技情境)在宁波市中学生科技发明展上，有如图所示的自制实验装置。两个线圈A、B之间没有导线相连，线圈A与手机的音频输出端连接，线圈B与音响连接。把线圈A插入线圈B时，音响发出了由手机输出的声音。下列说法错误的是(　　) C 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A．该实验原理和变压器的工作原理相同 B．线圈B中的电流可能是交流电 C．将线圈A、B互换，音响的播放效果不变 D．在线圈A中插入铁芯，音响的播放效果将会更好 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 该实验的原理是线圈A中的电流变化时，在线圈B中感应出电流，从而使音响发声，属于互感，与变压器的工作原理相同，A正确；若线圈A的电流为正弦交流电，则线圈B的电流也为正弦交流电，所以线圈B中的感应电流有可能是交流电，B正确；A、B两个线圈的匝数明显不同，根据电压与匝数成正比可知，将线圈A、B互换，感应电压变化，音响的播放效果变化，C错误；在线圈A中插入铁芯，增加了磁感应强度，能够增大感应电压，所以音响的播放效果将会更好，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 1．关于“回字形铁芯”的理想变压器，下列说法正确的是(　　) A．原线圈磁通量大于副线圈磁通量 B．原线圈磁通量变化率大于副线圈磁通量变化率 C．变压器的工作原理是互感现象 D．变压器的输入功率大于输出功率 C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 理想变压器中，原线圈磁通量等于副线圈磁通量，原线圈磁通量变化率等于副线圈磁通量变化率，A、B错误；变压器的工作原理是电磁感应现象中的互感现象，C正确；理想变压器没有铜损和铁损，则变压器的输入功率等于输出功率，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 2．(多选)下列关于理想变压器的说法正确的是(　　) A．输入功率等于输出功率 B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能 C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能 D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去 素养训练 学业评价 AB 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 变压器传输的是交变电流，当电流经过原线圈时，在铁芯中产生变化的磁场，电能转化为磁场能，此变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，若副线圈闭合，则产生感应电流，磁场能又转化为电能，理想变压器无漏磁，无能量损失，即输入功率等于输出功率，A、B正确，C、D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 3．(2023·北海高二下期末)如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为10∶1，定值电阻R1＝2 Ω，R2＝3.5 Ω，在a、b端接入如图乙所示的交变电流，则原线圈中理想电流表的示数和电阻R1两端的电压分别为(　　) 素养训练 学业评价 C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 A 4. 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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 5．在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。 (1)实验还需要下列器材中的________； 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 (2)实验中，图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，所接电源电压为交流10.0 V，副线圈接“0、4”接线柱，则副线圈所接电压表示数可能是________。 A．22.0 V B．15.0 V C．5.0 V D．2.5 V 答案：(1)AD　(2)D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 (1)探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系实验要用到交流电压表，B是直流电流表，C是直流电压表，A是多用电表，可以用多用电表的交流电压挡测电压；实验中为了保证人身安全，输入电压不能超过12 V，需要学生电源，A、D正确。 (2)如果是理想变压器，则电压比等于匝数比，输出电压为5.0 V，但可拆式变压器铁芯不闭合，存在比较大的漏磁，实际输出电压小于5.0 V，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 课时梯级训练（19） 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 二、电压与匝数的关系 1．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＝n1，E2＝n2，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＝＝＝… 4．实验结论 实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 (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。 探究点三理想变压器的基本关系 1．电压关系 (1)只有一个副线圈时，＝。 当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器。 当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低，是降压变压器。 (2)有多个副线圈时，＝＝＝… 2．功率关系 从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出。 3．电流关系 (1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或＝。 (2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 【例3】 如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt (V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　) A．电流表的示数为1 A B．原线圈的输入功率为220 W C．电压表的示数为110 V D．副线圈输出交流电的周期为50 s 原线圈中电压的有效值为220 V，根据电压与匝数成正比＝可得，副线圈中电压的有效值为110 V，则电压表的示数为110 V，C错误；因为电阻R＝55 Ω，故副线圈中的电流I2＝＝2 A，则原线圈中的电流I1＝I2＝1 A，电流表的示数为1 A，A正确；由输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入功率P＝IR＝(2 A)2×55 Ω＝220 W，B错 误；原线圈中交流电的周期T＝ s＝0.02 s，则副线圈中输出交流电的周期也为0.02 s，D错误。 据变压器电压与匝数关系＝，解得变压器副线圈电压，即灯泡L两端的电压为U2＝20 V，A错误；据变压器电流与匝数关系＝，解得通过灯泡L的电流为I2＝2 A，B正确；灯泡L消耗的功率为P＝U2I2＝40 W，C正确；由于变压器副线圈的匝数大于原线圈的匝数，故该变压器为升压变压器，D错误。 探究点四解决实际问题 [练4] (生活情境)如图所示，为了减少输电线路中的电力损失，发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送，再经变电所将高压变为低压。某变电所将电压u0＝11 000sin 100πt V的交流电降为220 V供居民小区用电，则变电所变压器(　　) 降压变压器输入电压的最大值为11 000 V，则有效值U1＝＝11 000 V，根据＝，则原、副线圈匝数比为50∶1，A错误；交流电的频率f＝＝50 Hz，经过变压器后，交流电的频率不变，B正确；降压变压器中副线圈的电流大于原线圈的电流，则副线圈导线比原线圈导线粗，C错误；副线圈的电流等于居民小区各用电器电流总和，而原、 副线圈的电流不等，所以输入原线圈的电流不等于居民小区各用电器电流的总和，D错误。 A．0.4 A　22 V B． A　11 V C．0.4 A　8 V D． A　4 V 题图乙交流电压的有效值为U1＝ V＝220 V，根据变压比，副线圈两端的电压U2＝U1＝22 V，根据分压原理，电阻R1两端的电压为U＝U2＝8 V，副线圈中的电流I2＝＝4 A，根据变流比，原线圈中电流I1＝I2＝0.4 A，C正确。 根据＝可知，输出电流I2＝I1＝×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＝IR＝102×2 W＝200 W，C错误；由于变压器原线圈的匝数大于副线圈的匝数，故该变压器为降压变压器，D错误。 $$