新教材2023學(xué)年度物理粵教版選擇性必修第二冊學(xué)案第3節(jié)變壓器含解析

[核心素養(yǎng)·明目標(biāo)]核心素養(yǎng)

第三節(jié)變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

了解變壓器的構(gòu)造，知道什么是抱負(fù)變壓器。理解變壓器的工作原理。通過試驗探究，得到電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系。能夠利用變壓比、變流比定性和定量分析有關(guān)變壓器的實際問題。學(xué)問點一生疏變壓器用途：轉(zhuǎn)變溝通電壓的設(shè)備。構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成。(1)原線圈：跟電源相連的線圈(也叫初級線圈)。(2)副線圈：跟負(fù)載相連的線圈(也叫次級線圈)。原理：原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個交變的磁通量不僅穿過原線圈，也穿過副線圈，所以在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。假設(shè)在副線圈兩端接入負(fù)載，負(fù)載中就會有交變電流。學(xué)問點二探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系試驗?zāi)康模禾骄孔儔浩麟妷号c線圈匝數(shù)的定量關(guān)系。試驗器材：可拆變壓器、低壓溝通電源、溝通電壓表、帶夾的導(dǎo)線。試驗步驟要先估量被測電壓的大致范圍，再選擇恰當(dāng)?shù)牧砍?，假設(shè)不知道被測電壓的大致范圍，則應(yīng)選擇溝通電壓表的最大量程進(jìn)展測量。把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯。(3)用溝通電壓表測量輸入、輸出電壓。轉(zhuǎn)變輸入端電壓，重測量輸入、輸出端電壓，記錄在設(shè)計好的表格內(nèi)。1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6U1U2nn1n2轉(zhuǎn)變線圈匝數(shù)，重測量輸入、輸出端電壓，記錄在上面設(shè)計好的表格內(nèi)。留意事項(1)在轉(zhuǎn)變低壓溝通電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān)，再進(jìn)展操作。(2)為了人身安全，低壓溝通電源的電壓不能超過12V，不能用手接觸暴露的導(dǎo)線和接線柱。(3)為了多用電表的安全，使用溝通電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)展測量。學(xué)問點三抱負(fù)變壓器原、副線圈根本量的關(guān)系銅損和鐵損銅損：變壓器的線圈有內(nèi)阻，電流通過時發(fā)熱所損失的能量。鐵損：鐵芯在交變磁場中反復(fù)磁化，產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱所損失的能量。抱負(fù)變壓器：無視原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器。電壓與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈的電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比，U n即1＝1。U n2 2功率關(guān)系：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率。I n電流與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比，即I1＝n2。2 12 1 2 兩類變壓器：n>n，能使電壓上升的變壓器叫作升壓變壓器；n<n，能使電壓降低的變壓器叫作降壓變壓器。2 1 2 1．思考推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)變壓器只能轉(zhuǎn)變交變電流的電壓，不能轉(zhuǎn)變直流電的電壓。 (√)實際生活中，不存在原線圈與副線圈匝數(shù)相等的變壓器。(√)抱負(fù)變壓器不僅可以轉(zhuǎn)變交變電流的電壓和電流，還可以轉(zhuǎn)變交變電流的功率和頻率。抱負(fù)變壓器是客觀存在的。 (×)

(×)U n1＝1適用于任何抱負(fù)變壓器。(√)U n2 22．(多項選擇)抱負(fù)變壓器的原、副線圈中肯定一樣的物理量有( )C．功率

D．溝通電的峰值A(chǔ)BC[抱負(fù)變壓器沒有漏磁，沒有能量損失，所以原、副線圈中磁通量變化率一樣，原、副線圈中功率一樣，B、C正確；變壓器能轉(zhuǎn)變溝通電的峰值但不轉(zhuǎn)變溝通電頻率，A正確，D錯誤。]3．一輸入電壓為220V、輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞了，為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上繞了5匝線圈如下圖，然后將原來線圈接到220V溝通電源上，測得繞線圈兩端的電壓為1V，按抱負(fù)變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為( )A．1100 360C．2200 180

B．1100 180D．2200 360n

n3U1＝5×220＝1100，11＝U13

＝n1U2＝1100×36＝180B正確。]12 U 2201考點1 對變壓器原理的理解發(fā)光？解釋消滅這種現(xiàn)象的緣由。t提示：t動勢。變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)。如下圖，當(dāng)1U1

時，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。假設(shè)副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢。由于互感現(xiàn)象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈。能量轉(zhuǎn)換方式為原線圈電能→磁場能→副線圈電能?！镜淅?】(多項選擇)如下圖為汽油機(jī)中點火裝置的示意圖，它使用的是12V直流電源，在變壓器的輸出端卻可得到高達(dá)10000V到一個高壓，應(yīng)使()C．開關(guān)在斷開時接通

開關(guān)在接通時斷開BC[欲使副線圈兩端得到一個高壓，必需使變壓器鐵芯中的磁通量發(fā)生變B、C。]1變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用。2變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的。3變壓器不能轉(zhuǎn)變交變電流的頻率。4假設(shè)直流電的電壓是隨時間變化的，也可以用變壓器轉(zhuǎn)變電壓。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．如下圖，甲圖中兩導(dǎo)軌不平行，而乙圖中兩導(dǎo)軌平行，其余物理條件MN正在導(dǎo)軌上向右做勻速運動，在金屬棒運動過程中，將觀看到()甲 乙A．L1、L2都發(fā)光，只是亮度不同B．L1、L2都不發(fā)光C．L2發(fā)光，L1不發(fā)光D．L1發(fā)光，L2不發(fā)光D[化的電流，能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在左側(cè)線圈和燈L1中產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈L1發(fā)電流，不能在左側(cè)線圈和燈L2回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈L2不發(fā)光。正確選項為D。]考點2 探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系副線圈中就存在輸出電壓。本試驗中要解決電壓與匝數(shù)的關(guān)系常用什么方法？壓與匝數(shù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)處理依據(jù)試驗中記錄的數(shù)據(jù)分析完成表格：1 2 3 4 5 6U1U2n1n2/UU/1 2n1/n2試驗結(jié)論＝U＝U數(shù)學(xué)表達(dá)式為：1U2

nn1。2誤差分析(1)由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。(2)原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗，造成誤差。(3)鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流造成誤差。1 【典例2】在“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的試驗中，小型n＝120匝、n＝2401 原線圈兩端的原線圈兩端的副線圈兩端試驗序號U1U1221233.95.97.88.211.815.21∶2.11∶2.0試驗小組依據(jù)測得的數(shù)據(jù)在表格中算出U、UU、1 2 12U的比值沒有算出，把求出的結(jié)果填在表格中。2本試驗可得出結(jié)論：變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系為 (用題目中給出的字母表示)。該變壓器是 變壓器(選填“升壓”或“降壓”)。[解析] (1)

U1＝7.8＝1。U2

15.2 1.9n 240 n1＝120＝1n 240 2＝。U n＝。Un圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系是1 1Un2 2從表格中的數(shù)據(jù)可知副線圈匝數(shù)多、電壓高，所以該變壓器是升壓變壓器。U n[答案](1)1∶1.9 (2) 1＝1

升壓U n2 2[跟進(jìn)訓(xùn)練][跟進(jìn)訓(xùn)練]2．在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的試驗中，操作步驟如下：①將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；②閉合電源開關(guān)，用多用電表的溝通電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓；③將匝數(shù)較多的一組線圈接到溝通電源輸出端上，另一組作為副線圈，接上小燈泡；④將原線圈與副線圈對調(diào)，重復(fù)以上步驟。以上操作的合理挨次是 (只填步驟前數(shù)字序號)。2如下圖，在試驗中，兩線圈的匝數(shù)n1＝1600，n2

＝400n作為1＝16U＝4U′11 2 11、＝8V時，U′2＝32V，那么可初步確定，變壓器兩個線圈的電壓U1、

U與線1 2圈匝數(shù)n、n的關(guān)系是 1 2[解析](1)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”步驟。故合理的挨次是①③②④。1 2 1 (2)n1＝1600，n2＝400n作原線圈時，U＝16V，副線圈兩端電壓U＝4V；當(dāng)原線圈與副線圈對調(diào)后，U′＝8V時，U′＝321 2 1 U nU′2U′1為副線圈的電壓；由以上數(shù)據(jù)可得

1＝1。U n2 2U n[答案](1)①③②④(2) 1＝1U n2 2考點3 抱負(fù)變壓器的根本關(guān)系應(yīng)用學(xué)生電源(12V)，可拆變壓器，多用表(溝通電壓擋)，電路圖如下圖們的匝數(shù)的關(guān)系是什么？I n U n I n提示：I1＝n2P＝PIU＝IU，又1＝n1，所以推導(dǎo)出I1＝n2。1 2 1 1 2 2 U2 1 2 2 2 1抱負(fù)變壓器的變壓(變流)規(guī)律規(guī)律表示 依據(jù) 備注變壓規(guī)律

U1 U2 U3

ΔΦ 適于一個原線圈及12n3n＝n＝…12n3

E＝nΔt

多個副線圈的狀況功率關(guān)系

P ＝P入 出

能量守恒

適于抱負(fù)變壓器nI＝I1 n2nI＝2 1變流規(guī)律

U1I1＝U2I2U1I1＝U2I2＋U3I3…

一個副線圈多個副線圈抱負(fù)變壓器各物理量間的制約關(guān)系輸入電壓打算輸出電壓：由U1＝U2，得U

nn2U。nn1 n2

2＝ 11U1不變時，U2R多大及是否變化無關(guān)。輸出功率打算輸入功率：對抱負(fù)變壓器P ＝P 。出 入負(fù)載打算輸出電流：當(dāng)U肯定時，U也肯定，對副線圈有I U2，所以1 2 2＝RR變化時，I2R變大，I2變?。籖變小，I2變大。輸出電流打算輸入電流：由n

I＝nII

n2I

，所以當(dāng)I

變化時，I11 22

1＝ 2 2 11n也隨之變化。即I2變大，I1變大；I2變小，I1也變小。n【典例3】如下圖，抱負(fù)變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，和均為抱負(fù)電表，燈泡電阻RL＝6Ω，AB兩端電壓u1＝12 2sin 。下列說法正確的選項是( )電流頻率為100Hz24V0.5A變壓器輸入功率為6W

＝12 2sin 100πt(V)U＝UmU

n21 2 1 2πn2

＝n2U＝1

U2 n2

2 1 ×1I2

＝U2＝6RL

A＝1A，即 的讀數(shù)為1A，選項C錯誤；依據(jù)P P P1＝及21＝及22RL

W＝6WD正確。]抱負(fù)變壓器的電壓關(guān)系和電流關(guān)系抱負(fù)變壓器的電壓關(guān)系對有一個或多個副線圈的狀況都成立。P入＝P出求出。[跟進(jìn)訓(xùn)練]如下圖，抱負(fù)變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦溝通電源，副線圈接入“220V 60W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則( )220電流表的示數(shù)為3 2A2201200W220電流表的示數(shù)為3 A220原線圈端電壓為11VU n

1＝1可知，原線圈電壓U n2 21 1 U＝20×220V＝4400V，故D錯誤；又因輸入功率等于輸出功率，P＝P＝1 1 PW，故B錯誤；電流表讀數(shù)為有效值，原線圈中電流IP

＝1＝60

A＝3 A，1A錯誤，C正確。]1

1 U 4400 2201 如下圖，抱負(fù)變壓器原、副線圈匝數(shù)之比n∶n＝4∶1，當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速切割磁感線時，電流表A112mA，則副線圈中電流表A2的示數(shù)是1 A．3mAC．0

B．48mADR的阻值有關(guān)C正確。]如下圖四個電路，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓的是( )D[變壓器只能對溝通電變壓，不能對直流電變壓，故A、B錯誤；由于電壓D能實現(xiàn)升壓。]如下圖，一抱負(fù)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2，副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22W，原線圈電路中接有電壓表和電流表?，F(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光。假設(shè)用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則()A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝110 2V，I＝0.2AD．U＝110 2V，I＝0.2 2A220V，而變壓器的輸入與輸出電壓之比等于原、副線圈的110V110V；又由于變壓器0.2A，A正確。]一含有抱負(fù)變壓器的電路如下圖，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別3Ω、1Ω4Ω，為抱負(fù)溝通電流表，U為正弦溝通電壓源，輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()A．2 B．3 C．4 D．5BnSU＝IR＋nI2R2＋R3)S閉合時，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2n＝3B正確。]5．如下圖，一個變壓器(可視為抱負(fù)變壓器)的原線圈接在220V