第3章 第3节 科学探究：变压器-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用课件(鲁科版)

第3节　科学探究：变压器 1 1．了解变压器的构造及几种常见的变压器。　2.理解互感现象和变压器的工作原理。　3.掌握理想变压器的电压和电流与匝数的关系，并能用它解决基本问题。 返回导航 课前　知识梳理 1 课堂　深度探究 2 内容 索引 随堂　巩固落实 3 课前　知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、变压器的工作原理 1．构造 变压器由____________和绕在铁芯上的两个或两个以上的______组成。铁芯由涂有绝缘漆的________叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制，也称绕组。与电源相连的线圈称为________或初级线圈，与负载相连的线圈称为__________或次级线圈。 2．电压 原线圈两端的电压又称为________电压，用符号U1表示；副线圈两端的电压又称为________电压，用符号U2表示。 闭合的铁芯 线圈 硅钢片 原线圈 副线圈 输入 输出 返回导航 课前　知识梳理 3．原理 当原线圈两端加上交变电压U1时，原线圈中就有交变电流I1通过，并在铁芯中产生________的磁场，铁芯中的____________就发生变化。由于副线圈也绕在同一铁芯上，铁芯中____________的变化便会在副线圈上产生_____________。 4．理想变压器：因为存在漏磁、线圈有电阻，铁芯也会因______而消耗能量。如果这些损失可忽略不计，这种变压器就称为理想变压器。 交变 磁通量 磁通量 感应电动势 涡流 返回导航 课前　知识梳理 匝数 升压 降压 返回导航 课前　知识梳理 判断下列说法是否正确。 (1)变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。(　　) (2)恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用。(　　) (3)变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成。(　　) (4)在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的。(　　) (5)理想变压器可以改变交变电流的频率。(　　) (6)电流通过铁芯从原线圈流到副线圈。(　　) × √ √ √ × × 返回导航 课前　知识梳理 课堂　深度探究 PART 02 第二部分 9 知识点一　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、副线圈电压与匝数的关系。 2．实验器材：多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图所示)。 返回导航 课堂　深度探究 3．实验步骤 (1)按电路图连接实验器材。   (2)原线圈接低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，改变副线圈匝数n2，用多用电表交流电压挡分别测出每次n2改变后副线圈两端的电压，记入表格。 实验次数 1 2 3 n2/匝       U2/V       返回导航 课堂　深度探究 (3)原线圈接低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，改变原线圈匝数n1，用多用电表交流电压挡分别测出每次n1改变后副线圈两端的电压，记入表格。 实验次数 1 2 3 n1/匝       U2/V       (4)拆除实验线路，整理好实验器材。 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 5．注意事项 (1)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。 (2)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，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。 返回导航 课堂　深度探究 　　　在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实 验中，某小组按如图所示组装变压器并进行研究。实验时， 原线圈接“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“1”接线柱，原线圈 两端连接低压交流电源10 V挡，用交流电压表测得副线圈 两端的电压为0.4 V，这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是(　　) A．原线圈匝数太多，电阻过大 B．铁芯没有闭合，漏磁过多 C．副线圈匝数太少，增加实验误差 D．副线圈的电阻太小 √ 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 　　　晓宇学完变压器的工作原理后，利用如图甲所示的可拆卸变压器探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。请回答下列问题： (1)变压器的工作原理是________。 A．电流的磁效应 B．通电导线间的相互作用 C．电磁感应现象 [解析]　变压器的工作原理是电磁感应现象，故选C。 C 返回导航 课堂　深度探究 (2)探究时，变压器原线圈的接线柱应接在学生电源的________(选填“P”或“Q”)接线柱上。 [解析]　本实验需要用到的是交流电源，可用学生电源交流输出挡，所以应接在学生电源的Q接线柱上。 Q 返回导航 课堂　深度探究 (3)晓宇同学组装好变压器，原线圈接“0”“16”，副线圈接“0”“4”，将交流电压表的旋钮置于交流挡10 V处，并将交流电压表接在原线圈两端，示数如图丙所示，则副线圈输出电压的理论值为________；而考虑到实际，副线圈输出电压的实际值可能为________。 A．0 V　 　　　　　 B．1.8 V C．1.5 V 　 D．28.8 V B C 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 知识点二　变压器的工作原理   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)连接到小灯泡上。连接电路，接通电源，小灯泡能发光。 返回导航 课堂　深度探究 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ [提示]　当左侧线圈加上交流电压时，左侧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，在右侧线圈中会产生感应电动势，右侧线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 返回导航 课堂　深度探究 (2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？ 返回导航 课堂　深度探究 (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上，小灯泡发光吗？为什么？ [提示]　不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 返回导航 课堂　深度探究 1．工作原理：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。 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。 返回导航 课堂　深度探究 　　　(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 √ √ 返回导航 课堂　深度探究 [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，故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，故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、副线圈中的交变电流的频率相同，电压不同，故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，故D错误。 返回导航 课堂　深度探究 　　　如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1。当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　) A．3 mA B．0 C．48 mA D．与负载的值有关 [解析]　当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流。 √ 返回导航 课堂　深度探究 知识点三　变压器的基本关系   1．当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率为多少？它们之间是什么关系？ [提示]　零，输出功率决定输入功率。 2．在一个副线圈的情况下，为什么电流与匝数成反比？ [提示]　因为电压与匝数成正比，而输入功率与输出功率相等，所以得到电流与匝数成反比。 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 3．功率关系 对于理想变压器，不考虑能量损失，P入＝P出。 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 　　　对于升压变压器，下列说法正确的是(　　) A．原线圈的输入功率一定小于副线圈的输出功率 B．原线圈的匝数一定大于副线圈的匝数 C．原线圈的电压一定大于副线圈的电压 D．原线圈的电压一定小于副线圈的电压 √ 返回导航 课堂　深度探究 [解析]　对于一般变压器，因为存在能量损耗，原线圈的输入功率应大于副线圈的输出功率，故A错误； 返回导航 课堂　深度探究 　　　(多选)(2023·浙江温州统考期末)如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在副线圈的回路中接有阻值为R＝200 Ω的电阻，原线圈一侧接在电压300 V 的正弦式交流电源上，则(　　) A．电阻R两端的电压为100 V B．通过电阻R的电流为0.5 A C．原、副线圈回路中的电流之比为1∶3 D．原线圈的输入功率与副线圈的输出功率之比为3∶1 √ √ √ 返回导航 课堂　深度探究 由于变压器为理想变压器，则原线圈的输入功率与副线圈的输出功率相等，故D错误。 返回导航 课堂　深度探究 √ 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 随堂　巩固落实 PART 03 第三部分 39 1．(变压器的工作原理)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．通有正弦式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得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，磁通量Φ变化，A错误； 理想变压器无漏磁，B错误； 由互感现象知，C正确； 原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，D错误。 返回导航 随堂　巩固落实 √ 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 3．(变压器的基本关系)图为理想变压器的结构示意图，副线圈所在电路中有开关S和灯泡L。下列说法正确的是(　　) A．原线圈a、b间接干电池，S闭合瞬间，副线圈中磁通量为零 B．原线圈a、b间接干电池，S闭合后，L会持续发光 C．原线圈a、b间接交流电，S断开，原线圈的输入功率为零 D．原线圈a、b间接交流电，S闭合，L的功率会周期性变化 √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：原线圈a、b间接干电池，S闭合瞬间，原线圈a、b间电流从0变到最大时，副线圈中产生与原线圈相反的磁通量，故副线圈中磁通量不为零，A错误； 原线圈a、b间接干电池，是直流电，S闭合时，在接入瞬间，副线圈中电流从0变到最大，L会闪亮一下熄灭，稳定后副线圈中不会发生磁通量变化，不会产生感应电流，B错误； 由理想变压器功率关系知，P入＝P出，原线圈的输入功率由副线圈的输出功率决定，故原线圈a、b间接交流电，S断开，原线圈的输入功率为零，C正确； 功率的计算由电压和电流有效值计算得来，故L的功率不会周期性变化，D错误。 返回导航 随堂　巩固落实 4．(探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)(2024·广东广州期末)某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。 返回导航 随堂　巩固落实 (1)变压器的铁芯，它的结构和材料是________(填字母)。 A．整块硅钢铁芯　　　 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的铜片叠成 D．绝缘的硅钢片叠成 解析：为了减小涡流现象带来的损耗，变压器的铁芯选用绝缘的硅钢片叠成，故D正确。 D 返回导航 随堂　巩固落实 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数_______(选填“多”或“少”)。 少 返回导航 随堂　巩固落实 (3)在实际实验中，将电源接在组装后的变压器原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为________(填字母)。 A．1.5 V B．3.0 V C．5.0 V D．7.0 V D 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 $