3. 变压器（导学案）物理人教版选择性必修第二册

3.变压器 · 物理观念：理解变压器的构造与互感工作原理，掌握理想变压器电压、电流、功率与匝数的关系，知道变压器只能改变交流电压。 · 科学思维：通过建立理想变压器模型，体会理想化物理方法；会推导变压、变流公式，理清电压、电流、功率的因果关系。 · 科学探究：通过实验探究电压与匝数的关系，掌握控制变量法；理解变压器电能→磁场能→电能的能量转化过程。 · 科学态度与责任：了解变压器在电力输送、家用电器中的应用，树立安全用电、科学用电的意识。 · 变压器的互感工作原理。 · 理想变压器的基本规律。 · 互感现象的理解与能量传递过程。 · 理想变压器模型的条件与意义。 · 电压、电流、功率的因果关系与动态电路分析。 【知识回顾】 1. 电磁感应现象产生的条件：______。 2. 法拉第电磁感应定律： E=______。 3. 交变电流的大小用______描述。 【预习新知】(阅读教材/资料) 1. 变压器的构成：______、______、______。 2. 变压器工作原理：利用______现象。 3. 变压器只能改变______电的电压，不能改变______电。 4. 理想变压器：不计______、______、______。 5. 理想变压器功率关系：______。 6. 电压与匝数关系：______。 7. 电流与匝数关系(单一副线圈)：______。 8. 变压器______改变交流电频率,(1=f2。 一：变压器的构造与工作原理 (1)构造：____________ ____________ __________________。 1 铁芯：由____________叠合而成。 2 原线圈：与____________相连的线圈，也叫______。 3 副线圈：与____________的线圈，也叫______。 (2)变压器的符号与示意图 1 变压器的符号____________ 2 原线圈符号： ______表示，输入电压用______表示。 3 副线圈符号： ______表示，输出电压用______表示。 (3)原理：变压器的原理是______ ______。 原线圈通______→产生______→穿过副线圈→______变化→副线圈产生______。 总之变压器的基本原理就是利用______ ______)现象，或者说是原线圈和副线圈之间的______现象来工作的。 关键：变压器只能工作在______电路，______无变化磁场，不能变压。 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 2.实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 (1)实验思路：____ __（实验方法） ，保持原线圈电压U1和匝数n1不变，改变副线圈的匝数n2。 (2)物理量的测量：______ (3)数据分析： U1/V n1/匝 n2/匝 U2/V 4.25 400 200 1.99 4.25 400 800 7.88 4.25 400 1400 13.78 6.6 100 200 12.9 6.6 400 200 3.1 (4)理想变压器 ①变压器的能量损耗______ ______ ______ ②理想变压器理想化条件：______ ______ ______。 三：理想变压器的基本规律 (1)电压与匝数关系的推导 设穿过原线圈磁通量为Φ1，穿过副线圈磁通量为Φ2。 根据法拉第电磁感应定律______ 原线圈E＝______ 副线圈E＝______ 其中n1和n2分别表示原线圈和副线圈的匝数。 由于理想变压器磁通量全部集中在铁芯内______ 所以，两个线圈的感应电动势之比_____。 原副线圈上的电压之比______ 即，变压器原副线圈的电压比等于线圈匝数比。 2 当n2>n1，那么______交流电经过变压器后电压上升，称为升压变压器。 ②当n2<n1，那么______交流电经过变压器后电压下降，称为降压变压器。 (2)变压器的应用 实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏。而用电器使用电压不一样。由于有了变压器,交流的电压容易改变,所以交流得到了广泛的应用。 思考与讨论 我们知道导线可以输送电能，变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的? 分析：变压器利用互感现象实现______→______→______的转化和传递。 (3)电流与匝数的关系 因为P1=P2 转换成______， 移项变形后得到＝ 又因为＝ 所以电流与匝数的关系为______ 也就是说，原副线圈中的电流之比等于线圈匝数的反比。 例2：有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线图是1140匝，副线圈是多少匝?在某次实际工作时输入电压只有220V，则输出电压是多少？ 例3 (多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，电压表和电流表均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B端输入电压u1＝12sin(100πt)V。下列说法正确的是(　　) A.电流频率为50 Hz B.电压表的示数为24 V C.电流表的示数为0.5 A D.变压器的输入功率为6 W (4)原副线圈中的频率关系 在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出______的交流电。即______ 四：输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系 变压器问题一般原线圈的电压U1是知道的，所以咱们先通过电压比＝，算出副线圈的电压U2，再利用欧姆定律I2＝算出副线圈的电流I2，最后根据电流比＝得到原线圈的电流I1。 1 U1由______决定 2 U2由______决定 3 I2由______决定 4 I1由______决定 5 输入功率P1由______决定 课堂小结 1.(变压器的原理)关于变压器的工作原理，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.变压器是依靠自感过程进行工作的 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 2.(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 3.对如图甲所示的理想变压器，副线圈回路中接有阻值为R＝10 Ω的电阻，现给变压器原线圈加上如图乙所示的正弦交流电，开关S闭合后电压表的示数为50 V，下列说法正确的是(　　) A.理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1 B.理想变压器原线圈的电压为100 V C.理想变压器原线圈的电流为2.5 A D.变压器输出功率为500 W 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.变压器 · 物理观念：理解变压器的构造与互感工作原理，掌握理想变压器电压、电流、功率与匝数的关系，知道变压器只能改变交流电压。 · 科学思维：通过建立理想变压器模型，体会理想化物理方法；会推导变压、变流公式，理清电压、电流、功率的因果关系。 · 科学探究：通过实验探究电压与匝数的关系，掌握控制变量法；理解变压器电能→磁场能→电能的能量转化过程。 · 科学态度与责任：了解变压器在电力输送、家用电器中的应用，树立安全用电、科学用电的意识。 · 变压器的互感工作原理。 · 理想变压器的基本规律。 · 互感现象的理解与能量传递过程。 · 理想变压器模型的条件与意义。 · 电压、电流、功率的因果关系与动态电路分析。 【知识回顾】 1. 电磁感应现象产生的条件：______(闭合电路、磁通量发生变化)。 2. 法拉第电磁感应定律： E=______(E＝n)。 3. 交变电流的大小用______描述(有效值)。 【预习新知】(阅读教材/资料) 1. 变压器的构成：______、______、______(闭合铁芯；原线圈；副线圈)。 2. 变压器工作原理：利用______现象(互感)。 3. 变压器只能改变______电的电压，不能改变______电(交流；直流)。 4. 理想变压器：不计______、______、______(铜损；铁损；漏磁)。 5. 理想变压器功率关系：______(P1=P2)。 6. 电压与匝数关系：______(=)。 7. 电流与匝数关系(单一副线圈)：______(＝)。 8. 变压器______(不能)改变交流电频率,(1=f2。 一：变压器的构造与工作原理 (1)构造：____________ ____________ __________________(闭合铁芯、原线圈(初级线圈，接电源)、副线圈(次级线圈，接负载))。 1 铁芯：由____________(绝缘硅钢片)叠合而成。 2 原线圈：与____________(交流电源)相连的线圈，也叫______(初级线圈)。 3 副线圈：与____________(负载相连)的线圈，也叫______(次级线圈)。 (2)变压器的符号与示意图 1 变压器的符号____________ () 2 原线圈符号： ______(n1)表示，输入电压用______(U1)表示。 3 副线圈符号： ______(n2)表示，输出电压用______(U2)表示。 (3)原理：变压器的原理是______ ______(互感现象)。 原线圈通______(交变电流)→产生______(交变磁场)→穿过副线圈→______(磁通量)变化→副线圈产生______(感应电动势)。 总之变压器的基本原理就是利用______ ______(电磁感应)现象，或者说是原线圈和副线圈之间的______(互感)现象来工作的。 关键：变压器只能工作在______(交流)电路，______(直流)无变化磁场，不能变压。 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 答案　AC 解析　根据变压器的工作原理知，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；变压器只改变电压，不改变电流的频率，故C正确；变压器对恒定电流不起作用，故D错误。 2.实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 (1)实验思路：______ (控制变量法)，保持原线圈电压U1和匝数n1不变，改变副线圈的匝数n2。 (2)物理量的测量：______ (副线圈的输出电压U2) (3)数据分析： U1/V n1/匝 n2/匝 U2/V 4.25 400 200 1.99 4.25 400 800 7.88 4.25 400 1400 13.78 6.6 100 200 12.9 6.6 400 200 3.1 (4)理想变压器 ①变压器的能量损耗______ ______ ______ (铜损；铁损；漏磁) ②理想变压器理想化条件：______ ______ ______(无铜损(线圈无电阻)；无铁损(无涡流)；无漏磁(磁通量全部集中在铁芯))。 三：理想变压器的基本规律 (1)电压与匝数关系的推导 设穿过原线圈磁通量为Φ1，穿过副线圈磁通量为Φ2。 根据法拉第电磁感应定律______(E＝n) 原线圈E1＝______(n1) 副线圈E2＝______(n2) 其中n1和n2分别表示原线圈和副线圈的匝数。 由于理想变压器磁通量全部集中在铁芯内______(Φ1=Φ2)； 所以，两个线圈的感应电动势之比______(=)。 原副线圈上的电压之比______(=) 即，变压器原副线圈的电压比等于线圈匝数比。 2 当n2>n1，那么______(U2>U1)交流电经过变压器后电压上升，称为升压变压器。 ②当n2<n1，那么______(U2<U1)交流电经过变压器后电压下降，称为降压变压器。 (2)变压器的应用 实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏。而用电器使用电压不一样。由于有了变压器,交流的电压容易改变,所以交流得到了广泛的应用。 思考与讨论 我们知道导线可以输送电能，变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的? 分析：变压器利用互感现象实现______(电能)→______(磁场能)→______(电能)的转化和传递。 (3)电流与匝数的关系 因为P1=P2 转换成______(U1I1=U2I2)， 移项变形后得到＝ 又因为＝ 所以电流与匝数的关系为______(＝) 也就是说，原副线圈中的电流之比等于线圈匝数的反比。 例2：有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线图是1140匝，副线圈是多少匝?在某次实际工作时输入电压只有220V，则输出电压是多少？ 解：1.根据题目条件已知，U1=380V，U2=36V，n1=1140，求：n2=？ ＝ 代入数据得：＝ 解得：n2=108 2.根据题目条件已知，U1=220V，n1=1140，n2=108，求：U2=？ ＝ 代入数据得：＝ 解得：U2=20.8V 例3 (多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，电压表和电流表均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B端输入电压u1＝12sin(100πt)V。下列说法正确的是(　　) A.电流频率为50 Hz B.电压表的示数为24 V C.电流表的示数为0.5 A D.变压器的输入功率为6 W 答案　AD 解析　根据u1＝12sin(100πt)V及U＝知，U1＝12 V，f＝＝50 Hz，选项A正确；根据＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即电压表的示数为6 V，选项B错误；电流表的示数I2＝＝ A＝1 A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝＝ W＝6 W，可知变压器的输入功率为6 W，选项D正确。 (4)原副线圈中的频率关系 在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出______(同频率)的交流电。即______(f1=f2) 四：输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系 变压器问题一般原线圈的电压U1是知道的，所以咱们先通过电压比＝，算出副线圈的电压U2，再利用欧姆定律I2＝算出副线圈的电流I2，最后根据电流比＝得到原线圈的电流I1。 1 U1由______(电源)决定 2 U2由______(U1和匝数比)决定 3 I2由______(U2和负载)决定 4 I1由______(I2和匝数比)决定 5 输入功率P1由______(输出功率P2)决定 课堂小结 1.(变压器的原理)关于变压器的工作原理，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.变压器是依靠自感过程进行工作的 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 答案　C 解析　通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的，即磁通量Φ变化，故A错误；变压器的工作原理是互感现象，原、副线圈并没有直接相连，故B、D错误；穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势，符合法拉第电磁感应定律，故C正确。 2.(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 答案　BD 解析　由于用电器正常工作，所以U2＝60 V，变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，选项A错误；由＝得＝＝＝，选项D正确；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，选项B正确；根据I＝得通过副线圈的电流的最大值I2m＝I2＝ A，选项C错误。 3.对如图甲所示的理想变压器，副线圈回路中接有阻值为R＝10 Ω的电阻，现给变压器原线圈加上如图乙所示的正弦交流电，开关S闭合后电压表的示数为50 V，下列说法正确的是(　　) A.理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1 B.理想变压器原线圈的电压为100 V C.理想变压器原线圈的电流为2.5 A D.变压器输出功率为500 W 答案　C 解析　根据图乙可知变压器原线圈的输入电压的有效值为100 V，根据变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，有＝＝＝，故A、B错误；根据欧姆定律可知副线圈中的电流为I2＝＝ A＝5 A，再根据变压器原、副线圈电流和匝数的关系，有＝，可得理想变压器原线圈的电流为I1＝＝ A＝2.5 A，故C正确；变压器的输出功率为P2＝U2I2＝50×5 W＝250 W，故D错误。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $