（浙江專版）2017-2018學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 第節(jié) 變壓器教學(xué)案

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精4變壓器知識(shí)內(nèi)容變壓器考試要求必考加試c課時(shí)要求1知道變壓器的基本結(jié)構(gòu)及符號(hào)，會(huì)區(qū)分原、副線圈2了解變壓器的原理及作用3掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系并能用它解決簡(jiǎn)單問題4知道理想變壓器的功率關(guān)系，能推導(dǎo)出原、副線圈的電流關(guān)系并能用它解決簡(jiǎn)單問題.一、變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示,把兩個(gè)沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上,一個(gè)線圈(原線圈）通過開關(guān)可以連接到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈(副線圈）連到小燈泡上連接電路，接通電源，小燈泡能發(fā)光圖1（1)兩個(gè)線圈并沒有連接，小燈泡為什么會(huì)發(fā)光？（2）小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓相等嗎？答案(1

2、）當(dāng)左邊線圈加上交流電壓時(shí)，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在右線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，右線圈作為電源給小燈泡供電,小燈泡就會(huì)發(fā)光(2)左、右線圈中每一圈上磁通量的變化率都相同，若左邊匝數(shù)為n1，則u1e1n1.若右邊匝數(shù)為n2，則u2e2n2，故有；若忽略左邊線圈的電阻則有u1u電源，這樣看來只要n1n2，小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓就不相等知識(shí)梳理1變壓器的工作原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)因此變壓器只對(duì)變化的電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用(后兩空填“變化”或“恒定”）2變壓器中的電壓與匝數(shù)的關(guān)系：。即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1

3、)理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比（）(2）輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高（）(3)我們?cè)谑褂觅|(zhì)量好的變壓器工作時(shí)沒有能量損失（)(4)理想變壓器不能改變交變電流的頻率（）答案（1）（2）（3)(4)二、理想變壓器原、副線圈的功率關(guān)系和電流關(guān)系導(dǎo)學(xué)探究閱讀教材回答下列兩個(gè)問題：(1）什么是理想變壓器？理想變壓器原、副線圈中的功率有什么關(guān)系？（2）根據(jù)能量守恒推導(dǎo)原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系答案(1)理想變壓器的理想化條件一般指的是:忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別,忽略變壓器自身的能量損耗所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即p入

4、p出（2）由能量守恒有p入p出，即u1i1u2i2。所以.知識(shí)梳理1變壓器原、副線圈中功率關(guān)系和電流關(guān)系：p入p出,即u1i1u2i2.2電流關(guān)系:。即學(xué)即用一臺(tái)理想降壓變壓器從10 kv的線路中降壓并提供200 a的負(fù)載電流已知兩個(gè)線圈的匝數(shù)比為401，則變壓器原線圈中的電流為_，副線圈中的輸出電壓為_，輸出功率為_答案5 a250 v50 kw解析由，得i1i2200 a5 a；由，得u2 v250 v；由理想變壓器功率關(guān)系，得p入p出u1i1u2i2250200 w50 kw.三、實(shí)驗(yàn)：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪斫饫硐胱儔浩鞯脑€圈、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系2實(shí)驗(yàn)

5、原理：原線圈通過電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向也都在不斷變化由于副線圈和原線圈是套在同一個(gè)鐵芯上的，所以通過副線圈的磁場(chǎng)也在不斷的變化,于是就在副線圈內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，副線圈相當(dāng)于電源對(duì)外供電3實(shí)驗(yàn)器材：電壓表兩只、可拆卸式變壓器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干(如圖2所示)4實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按如圖3所示電路圖連接實(shí)物圖圖3(2)保持原線圈匝數(shù)不變,改變副線圈匝數(shù)，研究其對(duì)副線圈電壓的影響(3）保持副線圈匝數(shù)不變，改變?cè)€圈匝數(shù)，研究其對(duì)副線圈電壓的影響(4)將不同的原、副線圈接入電路測(cè)出線圈兩端的電壓填入下表：原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2原線

6、圈電壓u1副線圈電壓u21003002 v1004002 v3004004 v4004006 v4001008 v4001004 v(5)由表格數(shù)據(jù)得出結(jié)論：當(dāng)原線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比當(dāng)副線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比5注意事項(xiàng)（1）在改變學(xué)生電源電壓，線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān),再進(jìn)行操作(2）學(xué)生電源的電壓不要設(shè)置太高，一般不要超過12 v，以免發(fā)生危險(xiǎn)一、理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用1電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定時(shí)，輸入電壓u1決定輸出電壓u2，即u2。2功率制約：p出決定p入，p出增大，p入增大;p出減小,p入減小;p出為0，p入為0。3電流制

7、約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定，且輸入電壓u1確定時(shí)，副線圈中的輸出電流i2決定原線圈中的電流i1，即i1。例1(2016溫州高二期中）如圖4所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，原線圈接正弦交流電源,副線圈接入“220 v60 w燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則(）圖4a電流表的示數(shù)為 ab電源輸出功率為1 200 wc電流表的示數(shù)為 ad原線圈兩端電壓為11 v答案c解析副線圈電壓u2220 v,電流i2 a，則原線圈兩端電壓u14 400 v，電流i1 a,所以電流表的示數(shù)為 a，選項(xiàng)a、d錯(cuò)誤，c正確電源輸出功率等于燈泡消耗的功率，為60 w，選項(xiàng)b錯(cuò)誤二、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析例

8、2（多選）如圖5所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表,副線圈匝數(shù)可以通過滑動(dòng)觸頭q來調(diào)節(jié),在副線圈兩端連接了定值電阻r0和滑動(dòng)變阻器r，p為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭在原線圈上加一電壓為u的正弦交流電，則(）圖5a保持q的位置不動(dòng),將p向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大b保持q的位置不動(dòng)，將p向上滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變小c保持p的位置不動(dòng)，將q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大d保持p的位置不動(dòng),將q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小答案bc解析q位置不動(dòng)，副線圈電壓u2不變,當(dāng)p上滑時(shí),r增大，由p可知總功率減小,原線圈電壓u1不變，由pu1i1可知原線圈電流i1減小，故a錯(cuò)誤，b正確；當(dāng)p位置不動(dòng)，q上滑時(shí)，由

9、知u2增大，同理分析知原線圈電流i1增大，故c正確，d錯(cuò)誤對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見情況：（1）原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是ri2p出p入i1.（2）負(fù)載電阻不變,分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況,進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2u2i2p出p入i1.三、自耦變壓器和互感器1自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈,如果把整個(gè)線圈作為原線圈，副線圈只取線圈的一部分,就可以降低電壓,反之則可以升高電壓，如圖6所示圖62互感器交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測(cè)量高電壓和大電流互感器是利用變壓器的原理來測(cè)量高電壓或大電流的儀器(1

10、）電壓互感器:實(shí)質(zhì)是降壓變壓器,可以把高電壓變成低電壓（如圖7所示)圖7(2)電流互感器:實(shí)質(zhì)是升壓變壓器，可以把大電流變成小電流（如圖8所示)圖8例3(多選）圖9甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是(）圖9a線圈匝數(shù)n1n4c甲圖中的電表是電壓表d乙圖中的電表是電流表答案cd解析題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器，n1n2，題圖甲中的電表為電壓表;題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器,n3u1，u2升高cu2u1,u2降低 du2u1,u2升高答案c解析由，n1n2知u2u1;滑動(dòng)觸頭從m點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至n點(diǎn)過程，n2減小,則u2

11、降低，c項(xiàng)正確四、探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系例5某同學(xué)選用匝數(shù)可調(diào)的可拆變壓器來“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，變壓器原線圈兩端所接的電源應(yīng)是電壓為12 v的低壓_（選填“交流電源”或“直流電源”)先保持原線圈的匝數(shù)不變,增加副線圈的匝數(shù)，觀察到副線圈兩端的電壓_(選 填“增大”“減小或“不變”）；然后再保持副線圈的匝數(shù)不變，增加原線圈的匝數(shù)，觀察到副線圈兩端的電壓_（選填“增大”“減小”或“不變”)上述探究副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系中采用的實(shí)驗(yàn)方法是_(選填“控制變量法“轉(zhuǎn)換法”或“類比法”）答案交流電源增大減小控制變量法1.如圖11所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比

12、為201，兩個(gè)標(biāo)有“12 v6 w”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當(dāng)兩燈泡都正常工作時(shí)，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想電表)的示數(shù)分別是 (）圖11a120 v,0。10 a b240 v，0.025 ac120 v，0。05 a d240 v,0。05 a答案d解析燈泡正常工作，副線圈兩端的電壓u212 v，副線圈中的電流i22 a1 a，根據(jù)匝數(shù)比得原線圈中的電流i1i20.05 a，原線圈兩端的電壓u120u2240 v，選項(xiàng)d正確2（多選)如圖12所示，l1、l2是高壓輸電線,圖中兩電表示數(shù)分別是220 v和10 a,已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為1001,乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為1

13、10，則()圖12a甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 vb甲圖是電流互感器,輸電電流是100 ac乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 vd乙圖是電流互感器,輸電電流是100 a答案ad解析甲圖是電壓互感器，故b錯(cuò)誤；根據(jù)匝數(shù)比，有u1u2220 v22 000 v，故a正確;乙圖是電流互感器，電表是電流表，故c錯(cuò)誤；只有一個(gè)副線圈的變壓器,電流比等于匝數(shù)的反比，有i1i210 a100 a，故d正確3如圖13所示，理想變壓器原線圈輸入電壓uumsin t,副線圈電路中r0為定值電阻，r是滑動(dòng)變阻器。和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用u1和u2表示；和是理想交流電流表,示數(shù)分別

14、用i1和i2表示下列說法正確的是(）圖13ai1和i2表示電流的平均值bu1和u2表示電壓的最大值c滑片p向下滑動(dòng)過程中，u2不變、i1變大d滑片p向下滑動(dòng)過程中，u2變小、i2變大答案c解析電路中的電壓表和電流表表示的都是有效值,選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤滑片p向下滑動(dòng)過程中，接入電路中的電阻變小，u2不變、i1變大，故c正確，d錯(cuò)誤4(多選）(2016杭州七縣市區(qū)高二第一學(xué)期期終)如圖14所示，在用可拆變壓器“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是()圖14a測(cè)量原、副線圈的電壓,可用“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中的電壓表b用可拆變壓器，能方便地從不同接線柱上選取不同匝數(shù)的線圈

15、c原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱，副線圈電壓大于原線圈電壓d保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈的匝數(shù),可以研究副線圈匝數(shù)對(duì)輸出電壓的影響答案bd一、選擇題1(2016紹興高二月考）（多選)對(duì)于理想變壓器，下列說法正確的是(）a原線圈的輸入功率隨副線圈輸出功率的增大而增大b原線圈的輸入電流隨副線圈輸出電流的增大而增大c原線圈的電流不隨副線圈輸出電流的變化而變化d當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈的電壓也為零答案ab解析理想變壓器的原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,且隨副線圈輸出功率的變化而變化,原線圈的輸入電流取決于副線圈的輸出電流,當(dāng)副線圈的電流為零時(shí),原線圈的電流也為零，但原線圈

16、電壓并不一定為零,故a、b正確，c、d錯(cuò)誤2如圖所示的四個(gè)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓的是 （）答案d解析變壓器只能對(duì)交變電流變壓,不能對(duì)直流變壓，故a、b錯(cuò)誤;由于電壓與線圈匝數(shù)成正比，所以d能實(shí)現(xiàn)升壓,c不能實(shí)現(xiàn)升壓3（2016舟山高二質(zhì)檢）將輸入電壓為220 v，輸出電壓為6 v的理想變壓器改繞成輸出電壓為30 v的變壓器,副線圈原來是30匝,原線圈匝數(shù)不變,則副線圈新增匝數(shù)為(）a120 b150 c180 d220答案a解析由變壓比，得,所以n11 100 匝，當(dāng)u230 v時(shí)，,所以n2150匝，故n2n2n2120 匝所以a正確4如圖1為氣流加熱裝置的示意圖，使用電阻絲加熱導(dǎo)氣管，視變壓器

17、為理想變壓器，原線圈接入電壓有效值恒定的交流電并保持匝數(shù)不變，調(diào)節(jié)觸頭p，使輸出電壓有效值由220 v降至110 v調(diào)節(jié)前后（）圖1a副線圈中的電流比為12b副線圈輸出功率比為21c副線圈的接入匝數(shù)比為21d原線圈輸入功率比為12答案c解析在輸入電壓u1和原線圈匝數(shù)n1不變的情況下，使輸出電壓u2有效值由220 v降至110 v，由知,副線圈接入匝數(shù)應(yīng)該減為原來的一半,故副線圈的接入匝數(shù)之比為21，故c正確；副線圈電壓減半，電阻不變，電流也隨之減半,所以電流之比為21，故a錯(cuò)誤；由pui知，輸出功率之比為41，故b錯(cuò)誤；副線圈輸出功率等于原線圈輸入功率，所以原線圈輸入功率之比為41,故d錯(cuò)誤5

18、(多選）如圖2所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡l1和l2，輸電線的等效電阻為r.開始時(shí)，開關(guān)s斷開當(dāng)開關(guān)s接通時(shí)，以下說法中正確的是 （）圖2a副線圈兩端m、n的輸出電壓減小b副線圈輸電線等效電阻r上的電壓增大c通過燈泡l1的電流減小d原線圈中的電流增大答案bcd解析由于輸入電壓和原、副線圈匝數(shù)比不變,所以當(dāng)s接通時(shí)，理想變壓器副線圈m、n兩端輸出電壓不變，故a項(xiàng)錯(cuò)誤并聯(lián)燈泡l2，總電阻變小，由歐姆定律知，流過r的電流增大，等效電阻上的電壓urir增大，故b項(xiàng)正確副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率i1u1i2u2，得i2增大，原線圈輸入電流i1也增大，故d項(xiàng)正確

19、umn不變，ur變大，所以u(píng)l1變小，流過燈泡l1的電流減小，故c項(xiàng)正確6鉗式電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖3a、b所示圖b中電流表的讀數(shù)為1。2 a，圖c中用同一電纜線繞了3匝，則()圖3a這種電流表能測(cè)直流電流，圖c的讀數(shù)為2。4 ab這種電流表能測(cè)交變電流，圖c的讀數(shù)為0.4 ac這種電流表能測(cè)交變電流,圖c的讀數(shù)為3。6 ad這種電流表既能測(cè)直流電流,又能測(cè)交變電流，圖c的讀數(shù)為3.6 a答案c解析鉗式電流表利用了變壓器的工作原理，因此鉗式電流表只能測(cè)交變電流根據(jù)n1i1n2i2可知,題圖b中線圈單匝時(shí),的讀數(shù)為1。2 a在題圖c中繞3匝時(shí)，的讀數(shù)應(yīng)為3.6 a，故選項(xiàng)c正確7。一理想變壓器的

20、原、副線圈的匝數(shù)比為31，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220 v的正弦交流電源上，如圖4所示設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為u,原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為k，則()圖4au66 v，k bu22 v，kcu66 v,k du22 v,k答案a解析原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比，根據(jù)副線圈負(fù)載電阻的電壓u,可知副線圈電壓為u，原線圈電壓為3u，副線圈電流i2，根據(jù)得原線圈電流i1,那么原線圈輸入電壓220 v3ur，整理可得u66 v;原、副線圈電阻消耗的功率根據(jù)pi2r，電阻相等，i1i213，可得功率之比為p1p219，即k。根據(jù)以上分析可知選項(xiàng)a正

21、確8（多選）如圖5所示的電路中，p為滑動(dòng)變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓u1不變,閉合開關(guān)s，下列說法正確的是（)圖5ap向下滑動(dòng)時(shí)，燈l變亮bp向下滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出電壓不變cp向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸入電流變小dp向上滑動(dòng)時(shí),變壓器的輸出功率變大答案bd解析由于理想變壓器輸入電壓u1不變，原、副線圈匝數(shù)不變，所以輸出電壓u2也不變，燈l的亮度不隨p的滑動(dòng)而改變，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤，選項(xiàng)b正確p向上滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，負(fù)載總電阻r總減小，由i2知，通過副線圈的電流i2增大，輸出功率p2u2i2增大，再由知輸入電流i1也增大,故選項(xiàng)c錯(cuò)誤,d正確9（2016四川理綜，2）如圖

22、6所示，接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡l供電,如果將原、副線圈減少相同匝數(shù)，其他條件不變，則（）圖6a小燈泡變亮b小燈泡變暗c原、副線圈兩端電壓的比值不變d通過原、副線圈電流的比值不變答案b解析原、副線圈減少相同的匝數(shù)n后,有，可以得出，0,則說明的比值變大，由知，選項(xiàng)c、d錯(cuò)誤；由和知,u2u2，再由p知，小燈泡變暗，選項(xiàng)a錯(cuò)誤，b正確10(2016杭州富陽市高二月考）如圖7甲是線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電圖象，把該交流電壓加在圖乙中變壓器的a、b兩端,已知理想變壓器原線圈和副線圈的匝數(shù)比為51，交流電流表和交流電壓表均為理想電表，電阻r1 ,其它各處

23、電阻不計(jì)，以下說法正確的是()圖7a在t0。1 s，0。5 s時(shí),穿過線圈的磁通量最大b線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為10 rad/sc電壓表的示數(shù)為 vd電流表的示數(shù)為0.40 a答案d解析由圖象可知,在t0.1 s、0.5 s時(shí)，電壓最大，此時(shí)磁通量的變化率最大，此時(shí)穿過線圈的磁通量為零，所以a項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)圖象可以知道，交流電的周期是0.4 s，由5 rad/s，b項(xiàng)錯(cuò)誤；電壓表讀數(shù)為副線圈有效值，原線圈的電壓的有效值為10 v，由電壓與匝數(shù)成正比可得副線圈的電壓有效值為2 v，所以電壓表的示數(shù)為2 v，所以c項(xiàng)錯(cuò)誤;因i2 a2 a，由得i10.40 a,所以電流表讀數(shù)為0。40 a,d正確11(多選)理想自耦變壓器的原線圈接有如圖8乙所示的正弦式交變電壓，副線圈接有可調(diào)電阻r，觸頭p與線圈始終接觸良好，下列判斷正確的是（)圖8a交變電源的電壓u隨時(shí)間