1、第三节变压器核心素养明目标核心素养学习目标物理观念了解变压器的构造，知道什么是理想变压器。科学思维理解变压器的工作原理。科学探究通过实验探究，得到电压、电流与匝数的关系。科学态度与责任能够利用变压比、变流比定性和定量分析有关变压器的实际问题。知识点一认识变压器1用途：改变交流电压的设备。2构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成。(1)原线圈：跟电源相连的线圈(也叫初级线圈)。(2)副线圈：跟负载相连的线圈(也叫次级线圈)。3原理：原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，所以在副线圈中产生感应电动势。如果在副线圈两端接入负载，负载中就会有
2、交变电流。知识点二探究变压器电压与线圈匝数的关系1实验目的：探究变压器电压与线圈匝数的定量关系。2实验器材：可拆变压器、低压交流电源、交流电压表、带夹的导线。3实验步骤(1)要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压表的最大量程进行测量。(2)把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。(3)用交流电压表测量输入、输出电压。(4)改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压，记录在设计好的表格内。123456U1U2n1n2(5)改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压，记录在上面设计好的表格内。4注意事项(1)在改变低压交流电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再
3、进行操作。(2)为了人身安全，低压交流电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。(3)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，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。知识点三理想变压器原、副线圈基本量的关系1铜损和铁损(1)铜损：变压器的线圈有内阻，电流通过时发热所损失的能量。(2)铁损：铁芯在交变磁场中反复磁化，产生涡流，使铁芯发热所损失的能量。2理想变压器：忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器。3电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，即。4功率关系：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。5电流与匝数关系：原、副
4、线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即。6两类变压器：n2n1，能使电压升高的变压器叫作升压变压器；n2n1，能使电压降低的变压器叫作降压变压器。1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。 ()(2)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。()(3)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。 ()(4)理想变压器是客观存在的。()(5)适用于任何理想变压器。()2(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有()A交流电的频率 B磁通量的变化率C功率 D交流电的峰值ABC理想变压器没有漏磁，没有
5、能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C正确；变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率，A正确，D错误。3一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原来线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A1 100360 B1 100180C2 200180 D2 200360B对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n11 100，同理变压器烧坏前n2180，故B正
6、确。 考点1对变压器原理的理解在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图所示进行实验。闭合开关后，灯泡是否发光？解释出现这种现象的原因。提示：因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光。原因是：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以En0。故副线圈中无感应电动势。1变压器的变压原理是电磁感应。如图所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都会产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应
7、电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。2由于互感现象，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。3能量转换方式为原线圈电能磁场能副线圈电能。【典例1】(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使()A开关总处于接通状态 B开关在接通时断开C开关在断开时接通 D开关总处于断开状态BC欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有
8、变化，故选B、C。(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。(2)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。(3)变压器不能改变交变电流的频率。(4)若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压。1如图所示，甲图中两导轨不平行，而乙图中两导轨平行，其余物理条件都相同，金属棒MN正在导轨上向右做匀速运动，在金属棒运动过程中，将观察到()甲乙AL1、L2都发光，只是亮度不同BL1、L2都不发光CL2发光，L1不发光DL1发光，L2不发光D甲图右侧线圈中感应电动势的大小时刻变化，在甲图的右侧线圈中形成变化的电流，能产生电磁感应现象，在左侧线圈和灯L1中产生感应电
9、流，灯L1发光。乙图右侧线圈中感应电动势恒定不变，在乙图的右侧线圈中形成恒定不变的电流，不能在左侧线圈和灯L2回路中产生感应电流，灯L2不发光。正确选项为D。 考点2探究变压器电压与线圈匝数的关系原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断地变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压。本实验中要解决电压与匝数的关系常用什么方法？提示：本实验通过控制变量法，改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。1数据处理 根据实验中记录的数据分析完成表格：123456U1U2n1n2U1/U2n1/n22实验结论：在误差允许的
10、范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，数学表达式为：。3误差分析(1)由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。(2)原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗，造成误差。(3)铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。【典例2】在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1120匝、n2240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。实验序号原线圈两端的电压U1(V)副线圈两端的电压U2(V)13.98.212.125.911.812.037.815.2(1)实验小
11、组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。(2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为_(用题目中给出的字母表示)。(3)该变压器是_变压器(选填“升压”或“降压”)。解析(1)第三组数据为：。(2)线圈匝数之比，结合表格中的数据知，在误差允许的范围内线圈两端电压与匝数的关系是。(3)从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。答案(1)11.9(2)(3)升压2在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别
12、测量原线圈和副线圈两端的电压；将匝数较多的一组线圈接到交流电源输出端上，另一组作为副线圈，接上小灯泡；将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。(1)以上操作的合理顺序是_(只填步骤前数字序号)。(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1作为原线圈时，U116 V，副线圈两端电压U24 V；原线圈与副线圈对调后，当U18 V时，U232 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是_。解析(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到交流电源输出端上，另一组作为
13、副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是。(2)两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1作原线圈时，U116 V，副线圈两端电压U24 V；当原线圈与副线圈对调后，U18 V时，U232 V，此时U2为原线圈的电压，而U1为副线圈的电压；由以上数据可得。答案(1)(2) 考点3理想变压器的基本关系应用学生电源(低压交流12 V)，可拆变压器，多用表(交流电压挡)，电路图如图所示。对于理想变压器，只有一组副线圈的情况下，原线圈和副线圈的电流跟它们的匝数的关系是什么？提示：。因为P1P2
14、，即I1U1I2U2，又，所以推导出。1理想变压器的变压(变流)规律规律表示依据备注变压规律En适于一个原线圈及多个副线圈的情况功率关系P入P出能量守恒适于理想变压器变流规律U1I1U2I2适于一个原线圈，一个副线圈n1I1n2I2n3I3U1I1U2I2U3I3适于一个原线圈，多个副线圈2理想变压器各物理量间的制约关系(1)输入电压决定输出电压：由，得U2U1。当U1不变时，U2也不会变，与负载电阻R多大及是否变化无关。(2)输出功率决定输入功率：对理想变压器P出P入。(3)负载决定输出电流：当U1一定时，U2也一定，对副线圈有I2，所以当R变化时，I2也随之变化，即R变大，I2变小；R变小
15、，I2变大。(4)输出电流决定输入电流：由n1I1n2I2得I1I2，所以当I2变化时，I1也随之变化。即I2变大，I1变大；I2变小，I1也变小。【典例3】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，和均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB两端电压u112sin 100t(V)。下列说法正确的是()A电流频率为100 Hz B的读数为24 VC的读数为0.5 A D变压器输入功率为6 WD根据u112sin 100t(V)及U知U112 V，f50 Hz，选项A错误；根据得U2U112 V6 V，即的读数为6 V，选项B错误；又I2 A1 A，即的读数为1 A，选项C错误；根据P1P2及
16、P2 W6 W，选项D正确。理想变压器的电压关系和电流关系(1)理想变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的情况都成立。(2)电流关系只适用于有一个副线圈的情况，若有多个副线圈，则电流关系应根据功率关系P入P出求出。3如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()A电流表的示数为 AB电源输出功率为1 200 WC电流表的示数为 AD原线圈端电压为11 VC由灯泡正常发光，可知副线圈电压为220 V，由可知，原线圈电压U120220 V4 400 V，故D错误；又因输入功率等于输出功率，P1P260 W，故
17、B错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1 A A，故A错误，C正确。1如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1n241，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表A1的示数是12 mA，则副线圈中电流表A2的示数是()A3 mA B48 mAC0 D与R的阻值有关C当导线在平行导轨上匀速运动时，产生的电流是恒定的电流，不会使副线圈的磁通量变化，因而副线圈中无感应电流，选项C正确。2如图所示四个电路，能够实现升压的是()D变压器只能对交流电变压，不能对直流电变压，故A、B错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以D能实现升压。3如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为12，副线圈电路中接有灯泡
18、，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W，原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2 AA交流电压表、电流表测得的是交变电流的有效值，由灯泡正常发光可知，变压器的输出电压为220 V，而变压器的输入与输出电压之比等于原、副线圈的匝数比，故变压器的输入电压为110 V，电压表的示数为110 V；又因为变压器的输入功率等于输出功率，因此可知变压器的输入电流为0.2 A，A正确。4一含有理想变压器的电路如图所示，图中电
19、阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A2 B3 C4 D5B设原、副线圈匝数比为n，根据能量守恒，当S断开时，UII2R1(nI)2(R2R3)；当S闭合时，4UI(4I)2R1(4nI)2R2，联立解得n3，所以B正确。5如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的交流电上，向额定电压为1.80104 V的霓虹灯供电，使它正常发光。为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断。(1)熔丝的熔断电流是多大？(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？解析(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，则U1I1U2I2，当I212 mA时，I1即为熔断电流，I1I20.98 A。(2)当副线圈上的电流为I210 mA时，变压器的输入功率为P1，所以P1P2I2U2180 W。答案(1)0.98 A(2)180 W
