必備知識·自主學習
一、變壓器的原理
生產(chǎn)生活中有各種各樣的變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓。
問題：變壓器是如何改變電壓的呢？
提示：利用互感現(xiàn)象。
1.變壓器的構(gòu)造：
由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，如圖所示。
（1）原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈。
（2）副線圈：與負載連接的線圈，也叫次級線圈。
2.原理：互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎。原線圈中電流的大小、方向不斷變化，在鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢。
3.作用：改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率。
4.注意：
（1）變壓器不改變交變電流的周期和頻率。
（2）變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用。
（3）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。
二、電壓與匝數(shù)的關系
1.理想變壓器：
（1）定義：沒有能量損失的變壓器。
（2）特點
①變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁。
②原、副線圈不計內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱。
③鐵芯中不產(chǎn)生渦流。
2.原、副線圈的電壓關系：
（1）對理想變壓器，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的 eq \f(ΔΦ,Δt) ，根據(jù)法拉第電磁感應定律有E1＝n1 eq \f(ΔΦ,Δt) ，E2＝n2 eq \f(ΔΦ,Δt) ，所以 eq \f(E1,E2) ＝ eq \f(n1,n2) 。
（2）由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 。當有多組線圈時，則有 eq \f(U1,n1) ＝ eq \f(U2,n2) ＝ eq \f(U3,n3) …
3.兩類變壓器：
（1）降壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器。
（2）升壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器。
關于變壓器的原理和應用：
解釋符合科學實際的有：①②③。
①變壓器是利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化。
②在理想變壓器中原、副線圈的磁通量的變化率是一致的。
③理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等。
④輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高。
⑤變壓器能改變所有交變電流的電壓。
⑥我們可以根據(jù)變壓器線圈導線的粗細判斷其匝數(shù)的多少。
（1）變壓器只能改變交變電流的電壓，不能改變直流的電壓。（√）
（2）實際生活中，不存在原線圈與副線圈匝數(shù)相等的變壓器。（√）
（3）理想變壓器不僅可以改變交變電流的電壓和電流，還可以改變交變電流的功率和頻率。（×）
（4）理想變壓器是客觀存在的。（×）
（5） eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 適用于任何理想變壓器。（√）
關鍵能力·合作學習
知識點一 理想變壓器的基本關系
1.理想變壓器的特點：
（1）變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，無發(fā)熱損失。
（2）原、副線圈不計內(nèi)阻，即無能量損失。
2.電動勢關系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的 eq \f(ΔΦ,Δt) ，根據(jù)法拉第電磁感應定律有E1＝n1 eq \f(ΔΦ,Δt) ，E2＝n2 eq \f(ΔΦ,Δt) ，所以 eq \f(E1,E2) ＝ eq \f(n1,n2) 。
3.電壓關系：由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 。當有n組線圈時，則有 eq \f(U1,n1) ＝ eq \f(U2,n2) ＝ eq \f(U3,n3) …
4.功率關系：對于理想變壓器，不考慮能量損失，有P入＝P出。
5.電流關系：由功率關系，當只有一個副線圈時，有I1U1＝I2U2，得 eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(U2,U1) ＝ eq \f(n2,n1) 。
當有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
6.變壓器的分類：
【典例】如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，和均為理想電表，燈泡電阻RL＝6 Ω，A、B兩端電壓u1＝12 eq \r(2) sin（100πt） V。下列說法正確的是（ ）
A.電流頻率為100 Hz B．的讀數(shù)為24 V
C．的讀數(shù)為0.5 A D．變壓器輸入功率為6 W
【解題探究】
變壓器中提到的電壓關系、電流關系、電路中電表的示數(shù)是什么值？
提示：都是交流電的有效值。
【解析】選D。根據(jù)u1＝12 eq \r(2) sin（100πt） V及U＝ eq \f(Um,\r(2)) 知，U1＝12 V，f＝ eq \f(ω,2π) ＝50 Hz，選項A錯誤；根據(jù) eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 得U2＝ eq \f(n2,n1) U1＝ eq \f(1,2) ×12 V＝6 V，即的讀數(shù)為6 V，選項B錯誤；又I2＝ eq \f(U2,RL) ＝ eq \f(6,6) A＝1 A，即的讀數(shù)為1 A，選項C錯誤；根據(jù)P1＝P2及P2＝ eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,RL) ＝ eq \f(62,6) W＝6 W，選項D正確。
1.（母題追問）在【典例】中，若在原線圈上串聯(lián)一個相同阻值的燈泡，則的示數(shù)、的示數(shù)、變壓器輸入功率各為多少？
【解析】設原線圈中的電流為I1，由 eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(n2,n1) 得，副線圈中的電流I2＝2I1，原線圈上的電壓U1＝U1－I1RL，U2＝I2RL，由 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 得， eq \f(12－6I1,12I1) ＝ eq \f(2,1) ，解得：I1＝0.4 A。即的示數(shù)為0.8 A，U2＝2I1×6 V＝4.8 V，即的示數(shù)為4.8 V。變壓器的輸入功率P1＝P2＝U2I2＝4.8×0.8 W＝3.84 W。
答案：4.8 V 0.8 A 3.84 W
2.（多選）如圖所示的理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝1∶2，U1＝220 eq \r(2) sin （ωt） V，n1＝1 100，以下說法中正確的是（ ）
A.穿過原、副線圈的磁通量的變化率之比為1∶2
B．穿過原、副線圈磁通量的變化率的最大值相等，均為 eq \f(\r(2),5) V
C．原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢有效值相等，均為0.2 V
D．原、副線圈電壓的最大值之比為1∶2
【解析】選B、C、D。對于理想變壓器，由于沒有磁通量損耗，所以穿過兩個線圈的磁通量相同，磁通量的變化率相同，A錯誤；根據(jù)E1＝n1 eq \f(ΔΦ,Δt) 得磁通量的變化率的最大值為每一匝線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值，即（ eq \f(ΔΦ,Δt) ）max＝ eq \f(220\r(2),1 100) V＝ eq \f(\r(2),5) V，所以每一匝產(chǎn)生的電動勢的有效值為0.2 V，B、C正確；由于匝數(shù)比為1∶2，所以原、副線圈電壓最大值之比也為1∶2，D正確。
知識點二 理想變壓器的制約關系和動態(tài)分析
1.電壓、電流、功率的制約關系：
（1）電壓制約：輸入電壓U1決定輸出電壓U2。當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 eq \f(n1,n2) 一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝ eq \f(n2U1,n1) 。
（2）電流制約：輸出電流I2決定輸入電流I1。當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 eq \f(n1,n2) 一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝ eq \f(n2I2,n1) 。而變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定，即I2＝ eq \f(P2,U2) 。
（3）功率制約：輸出功率P2決定輸入功率P1。變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，即P2＝P負1＋P負2…。P2增大，P1增大；P2減小，P1減小；P2為零，P1為零。
2.對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況：
（1）原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是R→I2→P出→P入→I1。
（2）負載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。
（1）當副線圈空載時，變壓器的輸出功率為零，輸入功率為多少？它們之間是什么關系？
（2）在一個副線圈的情況下，為什么電流與匝數(shù)成反比？
提示：（1）零，輸出功率決定輸入功率。
（2）因為電壓與匝數(shù)成正比，而輸入功率與輸出功率相等，所以得到電流與匝數(shù)成反比。
【典例】（多選）如圖所示，為一理想變壓器，S為單刀雙擲開關，P為滑動變阻器觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強度，則以下說法正確的是（ ）
A. eq \a\vs4\al(保持U1及P的位置不變) ①，S由a合到b時，I1將增大
B．保持P的位置及U1不變， S由b合到a時，R消耗的功率將減小
C． eq \a\vs4\al(保持U1不變，S合在a處，使P上滑) ②，I1將增大
D．保持P的位置不變，S合在a處，若U1增大，I1將增大
【審題關鍵】
【解析】選A、B、D。S由a合到b時，n1減小，由 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 可知U2增大，P2＝ eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,R) ，P2隨之增大，而P2＝P1，又P1＝U1I1，從而I1增大，A正確； S由b合到a時，與上述情況相反，P2將減小，B正確；P上滑時，R增大，因P2＝ eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,R) ，所以P2減小，又P1＝P2，P1＝U1I1，從而I1減小，C錯誤；U1增大，由 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 可知U2增大，所以P2增大，因而I2增大，由 eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(n2,n1) ，所以I1也增大，D正確。
含有變壓器的動態(tài)電路問題的解題思路
1.（母題追問） 上例中，若保持輸送功率不變，S合在a處，使P上滑時，則U1、I1如何變化？
【解析】由P＝I eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) R知，R增大，I2減小，故I1減小。又由P＝U1I1知，U1增大。
答案：見解析
2.（多選）（2021·湖北適應性測試）如圖（a）所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝1∶5，定值電阻R1的阻值為10 Ω，滑動變阻器R2的最大阻值為50 Ω，定值電阻R3的阻值為10 Ω，圖中電表均為理想電表。原線圈輸入如圖（b）所示的交變電流，其有效值不隨負載變化。當滑動變阻器接入電路的阻值由50 Ω減小到0的過程中（ ）
A．電流表的示數(shù)為5 A
B．通過R2的電流減小
C．電壓表的示數(shù)減小
D．R2和R3的總電功率先增大后減小
【解析】選A、C。根據(jù)有效值的定義（ eq \f(Im,\r(2)) ）2R eq \f(T,2) ＋（ eq \f(Im′,\r(2)) ）2R eq \f(T,2) ＝I2RT，解得I＝5 A，選項A正確；原線圈電流的有效值不隨負載變化，因此當滑動變阻器接入電路的阻值由50 Ω減小到0的過程中，副線圈的總電流不變，根據(jù)并聯(lián)電路分流規(guī)律可知，通過R2的電流增大，選項B錯誤；負載電阻減小時，副線圈中的電流有效值不變，故電壓表的示數(shù)減小，選項C正確；設副線圈中的總電流為I，R2和R3的總電功率P＝（I eq \f(R1,R2＋R3＋R1) ）2（R2＋R3）＝I2R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) eq \f(1,（R2＋R3）＋\f(R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,R2＋R3)＋2R1) ，當R2＋R3＝ eq \f(R eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,R2＋R3) 時，可得R2＝0時，輸出功率最大，滑動變阻器接入電路的阻值由50 Ω減小到0的過程中，R2和R3的總電功率單調(diào)遞減，選項D錯誤。
【加固訓練】
（多選）如圖所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合開關S，下列說法正確的是（ ）
A.P向下滑動時，燈L變亮
B．P向下滑動時，變壓器的輸出電壓不變
C．P向上滑動時，變壓器的輸入電流變小
D．P向上滑動時，變壓器的輸出功率變大
【解析】選B、D。由于U1保持不變，由 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 可知，副線圈的輸出電壓U2不變，B正確；P向下滑動時，燈泡L兩端的電壓為U2，保持不變，燈泡的亮度不變，A錯誤；P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻變小，副線圈電路的總電阻R總變小，根據(jù)P2＝ eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,R總) 可知，變壓器的輸出功率變大，由P1＝U1I1＝P2可知，變壓器的輸入電流增大，C錯誤，D正確。
知識點三 科學探究——探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系
1.實驗目的：
探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系。
2.實驗器材：
可拆變壓器、學生電源、多用電表、導線若干。
3.實驗原理：
電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于交變電流的大小、方向在不斷地變化，鐵芯中的磁場強弱和方向也在不斷地變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢，盡管兩個線圈之間沒有導線相連，副線圈也能夠輸出電流。
4.實驗操作：
（1）按圖示電路連接電路。
（2）保持原線圈匝數(shù)n1不變，副線圈的匝數(shù)n2逐漸增多，觀察小燈泡亮度情況。
（3）保持副線圈的匝數(shù)n2不變，原線圈的匝數(shù)n1逐漸增多，觀察小燈泡亮度情況。
（4）原線圈接6 V低壓交流電源，保持原線圈匝數(shù)n1不變，改變副線圈匝數(shù)n2，用多用電表交流電壓擋測出副線圈兩端的電壓，記入表格，重復三次。
（5）原線圈接6 V低壓交流電源，保持副線圈匝數(shù)n2不變，改變原線圈匝數(shù)n1，用多用電表交流電壓擋測出副線圈兩端的電壓，記入表格，重復三次。
5.實驗現(xiàn)象：
小燈泡的亮度如表所示。
（1）當原線圈匝數(shù)不變時，副線圈的匝數(shù)越多小燈泡越亮；當副線圈的匝數(shù)不變時，原線圈的匝數(shù)越多小燈泡越暗。
（2）將不同的原線圈接入線路測出線圈當中的電壓填入表中：
6.數(shù)據(jù)處理：
（1）小燈泡越亮，表明其兩端的電壓越大；小燈泡越暗，表明其兩端的電壓越小。
（2）計算 eq \f(u1,u2) ＝ eq \f(n1,n2) 的值。
7.實驗結(jié)論：
在誤差范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數(shù)成正比，數(shù)學表達式為 eq \f(u1,u2) ＝ eq \f(n1,n2) 。
【典例】某班物理實驗課上，同學們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關系”。可拆變壓器如圖甲、乙所示。
（1）下列說法正確的是 。
A．為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)
B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流電壓擋”
C．可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響
D．測量副線圈電壓時，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當?shù)膿跷贿M行測量
E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導電，把電能由原線圈輸送到副線圈
F．變壓器開始正常工作后，若不計各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用
（2）如圖丙所示，某同學自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是 。
A．與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力
B．若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將保持不變
C．若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學生電源的過載指示燈可能會亮起
（3）理想變壓器是一種理想化模型。請分析說明該模型應忽略哪些次要因素；并證明：理想變壓器原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 。
【解析】（1）為確保實驗安全，應該降低輸出電壓，實驗中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，故A錯誤；變壓器只能改變交流電的電壓，原線圈輸入交流電壓，副線圈輸出交流電壓，應用多用電表的“交流電壓擋”測量，故B錯誤；研究變壓器電壓和匝數(shù)的關系，用到控制變量法，可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，故C正確；為了保護電表，測量副線圈電壓時，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當?shù)膿跷贿M行測量，故D正確；變壓器的工作原理是電磁感應現(xiàn)象，即不計各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用，不是鐵芯導電，傳輸電能，故E錯誤，F(xiàn)正確。
（2）與變壓器未通電時相比較，通電時，線圈產(chǎn)生磁性，對橫條鐵芯具有吸引力，若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力，故A正確；增加原線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓減小，燈泡的亮度降低，故B錯誤；增加副線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)電壓比可知，輸出電壓增大，根據(jù)歐姆定律可知，輸出電流增大，根據(jù)電流比可知，輸入電流增大，學生電源的過載指示燈可能會亮起，故C正確。
（3）理想變壓器模型應忽略的次要因素如下：
①不計漏磁，即通過原副線圈每匝線圈的磁通量都相等，因而不計磁場能損失；
②不計原副線圈的電阻，因而不計線圈的熱能損失；
③不計鐵芯中產(chǎn)生的渦流，因而不計鐵芯的熱能損失。
綜上，理想變壓器在傳輸能量時沒有能量損失。
根據(jù)法拉第電磁感應定律，原、副線圈產(chǎn)生的感應電動勢分別為E1＝n1 eq \f(ΔΦ,Δt) ，E2＝n2 eq \f(ΔΦ,Δt) ，因理想變壓器不計原、副線圈的電阻，則線圈兩端的電壓等于它產(chǎn)生的感應電動勢，
即U1＝E1，U2＝E2
聯(lián)立解得， eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 。
答案：（1）C、D、F （2）A、C （3）見解析
實驗室中有一臺銘牌模糊的可拆卸式變壓器，如圖所示，該變壓器可近似看作理想變壓器。某同學想測量它的初級、次級線圈匝數(shù)：先在閉合鐵芯的上端鐵軛處緊密纏繞100匝漆包細銅線，并將細銅線兩端與理想交流電壓表構(gòu)成閉合回路。
（1）在次級線圈左、右兩端的接線柱上輸入12 V低壓交流電壓，理想交流電壓表示數(shù)為6.0 V，則次級線圈的匝數(shù)為 匝；在初級線圈左、右兩端的接線柱上輸入12 V低壓交流電壓，理想交流電壓表示數(shù)為3.0 V ，則初級線圈的匝數(shù)為 匝。
（2）若初級線圈左、右兩端接線柱接入的交變電壓瞬時表達式為u＝311sin （100πt） V，則與次級線圈左、右兩端接線柱直接相連的理想交流電壓表的示數(shù)為 V。
【解析】（1）在閉合鐵芯的上端鐵軛處緊密纏繞100匝漆包細銅線，即上端鐵軛處線圈匝數(shù)n＝100匝，在次級線圈左、右兩端的接線柱上輸入U2＝12 V低壓交流電壓，理想交流電壓表示數(shù)為U＝6.0 V，由 eq \f(U,U2) ＝ eq \f(n,n2) 可知，次級線圈的匝數(shù)n2＝200匝。在初級線圈左、右兩端的接線柱上輸入U1＝12 V低壓交流電壓，理想交流電壓表示數(shù)為U′＝3.0 V， 由 eq \f(U1,U′) ＝ eq \f(n1,n) 可知，則初級線圈的匝數(shù)為n1＝400匝。
（2）因交流電壓表示數(shù)為電壓有效值，該變壓器初級、次級線圈的匝數(shù)比為2∶1，由表達式知U1＝220 V，由 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 可知，與次級線圈左、右兩端接線柱直接相連的理想電壓表的示數(shù)為110 V。
答案：（1）200 400 （2）110
【加固訓練】
1.某小組用如圖甲所示的可拆變壓器探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關系，在實驗時組裝的變壓器如圖乙所示。在鐵芯上原、副線圈接入的匝數(shù)分別為n1＝800和n2＝200，原線圈兩端與正弦式交流電源相連，用交流電壓表測得原、副線圈兩端的電壓分別為10 V和0.8 V，這與其他小組的正確實驗結(jié)論明顯不一致。對于這個小組實驗結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因，最有可能的是（ ）
A.副線圈的匝數(shù)太少
B．副線圈的電阻太小
C．原線圈的匝數(shù)太多，電阻過大
D．沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A上
【解析】選D。理想變壓器的鐵芯必須構(gòu)成閉合回路，這個小組實驗結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因，最有可能的是沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A上，導致通過副線圈n2的磁通量減少，副線圈兩端的電壓減小，選項D正確。
2.在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系”實驗中，某同學利用“教學用的可拆變壓器”進行探究。
（1）下列器材中，實驗需要的器材是（ ）
A．干電池 B．低壓交流電源
C．220 V交流電源 D．條形磁鐵
E．可拆變壓器和導線 F．直流電壓表
G．多用電表
（2）關于實驗操作，下列說法正確的是（ ）
A．為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12 V
B．實驗通電時，可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路
C．使用多用電表測電壓時，先用中等量程擋試測，再選用恰當?shù)膿跷贿M行測量
（3）在實驗中，某同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數(shù)不變，僅減小原線圈的匝數(shù)，副線圈兩端的電壓將 （選填“增大”“減小”或“不變”）。
【解析】（1）在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系”實驗中，需要的器材是：低壓交流電源，可拆變壓器和導線，多用電表。
（2）實驗操作中，為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12 V，實驗通電時，不可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路，使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用恰當?shù)膿跷贿M行測量，選項A正確B、C錯誤。
（3）在實驗中，某同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數(shù)不變，僅減小原線圈的匝數(shù)，根據(jù)變壓器變壓公式，副線圈兩端的電壓將增大。
答案：（1）B、E、G （2）A （3）增大
【拓展例題】考查內(nèi)容：電壓互感器和電流互感器
【典例】（多選）如圖所示，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100∶1，乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為1∶10，則（ ）
A.甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 V
B．甲圖是電流互感器，輸電電流是100 A
C．乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 V
D．圖示高壓輸電電路輸入的總功率為2.2×103 kW
【解析】選A、D。題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，是電壓互感器，電表是電壓表，故B錯誤；根據(jù) eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) ，有U1＝ eq \f(n1,n2) U2＝ eq \f(100,1) ×220 V＝22 000 V，故A正確；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，是電流互感器，電表是電流表，故C錯誤；只有一個副線圈的變壓器，電流比等于匝數(shù)的反比 eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(n4,n3) ，有I1＝ eq \f(n4,n3) I2＝ eq \f(10,1) ×10 A＝100 A，根據(jù)P＝UI得輸入的總功率P＝U1I1＝22 000×100 W＝2.2×103 kW，故D正確。
情境·模型·素養(yǎng)
圖甲是某燃氣灶點火裝置的原理圖。轉(zhuǎn)換器將干電池提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交流電壓，并加在理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為 n1、n2，電壓表為交流電表。當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5 000 V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體。
探究：
（1）圖中開關閉合時電壓表的示數(shù)是多少；
（2）變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足怎樣的關系才能實現(xiàn)點火？
【解析】（1）電壓表測量的是交流電壓的有效值，從乙圖可知，最大值為5 V，因此交流電壓的有效值為U＝ eq \f(Um,\r(2)) ＝ eq \f(5\r(2),2) V＝3.54 V，因此開關閉合時，電壓表的示數(shù)為3.54 V。
（2）副線圈電壓最大值為5 000 V，根據(jù)
eq \f(n2,n1) ＝ eq \f(U2,U1) ＝ eq \f(5 000,5) ＝1 000，
因此當變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足 eq \f(n2,n1) >1 000時才能實現(xiàn)點火。
答案：（1）3.54 V （2） eq \f(n2,n1) >1 000
交流發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。一小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05 m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50 Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應強度B＝ eq \f(\r(2),π) T。為用此發(fā)電機所發(fā)出的交流電帶動兩個標有“220 V 11 kW”的電動機正常工作，需在發(fā)電機的輸出端a、b與電動機之間接一個理想變壓器，電路如圖所示。
探究：
（1）從圖示位置作為計時起點，寫出此交流發(fā)電機的輸出電壓瞬時值的表達式；
（2）變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？
（3）與變壓器原線圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為多大？
【解析】（1）因為ω＝2πf＝100π rad/s，矩形線圈轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生感應電動勢的最大值
Em＝NBSω＝1 100 eq \r(2) V
瞬時值表達式為u＝1 100 eq \r(2) cs （100πt） V
（2）因為U1＝ eq \f(1 100\r(2),\r(2)) V＝1 100 V，
由U2＝220 V知 eq \f(n1,n2) ＝ eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(5,1)
（3）根據(jù)P入＝P出＝2.2×104 W，又P入＝U1I1
解得I1＝20 A，則與變壓器原線圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為20 A。
答案：（1）u＝1 100 eq \r(2) cs（100πt） V （2）5∶1 （3）20 A
課堂檢測·素養(yǎng)達標
1.（教材二次開發(fā)·P60【練習與應用】T1改編）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，變壓器原線圈與電阻不計的導軌相連，導體棒的電阻不變，當長為l的導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數(shù)是12 mA，則電流表A2的示數(shù)為（ ）
A．3 mA B．0
C．48 mA D．與負載R的值有關
【解析】選B。導體棒做勻速直線運動，產(chǎn)生的電動勢：E＝Blv是定值，穿過副線圈的磁通量不變，是定值，副線圈不產(chǎn)生感應電動勢，副線圈電流為零，電流表A2的示數(shù)為0，故B正確。
2.（多選）如圖所示，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1＝1 100匝，接電壓U1＝220 V的交變電流，副線圈接“20 V 10 W”的燈泡，燈泡正常發(fā)光，可知（ ）
A.副線圈的匝數(shù)n2＝200匝
B．副線圈中的電流I2＝0.5 A
C．原線圈中的輸入功率為10 W
D．原線圈中的電流I1＝0.1 A
【解析】選B、C。由于理想變壓器原、副線圈兩端的電壓比 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) ，則副線圈匝數(shù)n2＝100匝，A錯誤；理想變壓器的原、副線圈的功率相等，所以原線圈的輸入功率為10 W，C正確；由功率P＝UI可得副線圈中的電流I2＝0.5 A，原線圈中的電流I1＝ eq \f(n2,n1) I2＝0.045 A，B正確，D錯誤。
3.如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是（ ）
A.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大
B．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大
C．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表A1示數(shù)變大
D．若閉合開關S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大
【解析】選B。當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流減小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數(shù)變大，選項A錯誤，B正確；當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，電流表A1示數(shù)變小，選項C錯誤；若閉合開關S，副線圈電路中總電阻減小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓減小，電流表A2示數(shù)減小，原線圈中的電流也變大，電流表A1示數(shù)變大，選項D錯誤。
4.（2021·廣東選擇考）某同學設計了一個充電裝置，如圖所示。假設永磁鐵的往復運動在螺線管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2 s，電壓最大值為0.05 V。理想變壓器原線圈接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1∶60。下列說法正確的是（ ）
A.交流電的頻率為10 Hz
B．副線圈兩端電壓最大值為3 V
C．變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強弱無關
D．充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率
【解析】選B。周期是T＝0.2 s，頻率是f＝ eq \f(1,T) ＝5 Hz，故A錯誤；由理想變壓器原理可知 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) ，則副線圈兩端的最大電壓為U2＝ eq \f(n2,n1) U1＝3 V，故B正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律可知，永磁鐵磁場越強，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢越大，變壓器的輸入電壓會越大，故C錯誤；由理想變壓器原理可知，充電電路的輸入功率等于變壓器的輸入功率，故D錯誤。
【加固訓練】
一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點順時針轉(zhuǎn)到N點的過程中（ ）
A.U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．U2

相關學案

高中物理3 變壓器導學案：

這是一份高中物理3 變壓器導學案，共3頁。學案主要包含了學習目標，學習重難點，學法指導，學習過程等內(nèi)容，歡迎下載使用。

人教版 (2019)選擇性必修 第二冊3 變壓器優(yōu)質(zhì)學案設計：

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第二冊3 變壓器優(yōu)質(zhì)學案設計，文件包含33變壓器解析版-2023-2024學年高二物理下學期同步學案+典例+練習人教版選擇性必修2docx、33變壓器原卷版-2023-2024學年高二物理下學期同步學案+典例+練習人教版選擇性必修2docx等2份學案配套教學資源，其中學案共45頁， 歡迎下載使用。

人教版 (2019)選擇性必修 第二冊第三章 交變電流3 變壓器學案：

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第二冊第三章 交變電流3 變壓器學案，共13頁。

英語朗讀寶

相關學案 更多

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊3 變壓器學案

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊3 變壓器學案
物理人教版 (2019)3 變壓器學案設計

物理人教版 (2019)3 變壓器學案設計
2021學年2 交變電流的描述學案

2021學年2 交變電流的描述學案
高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊第三章 交變電流1 交變電流學案

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊第三章 交變電流1 交變電流學案
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關工作人員，我們盡可能的保護您的合法權(quán)益。
入駐教習網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊電子課本

3 變壓器

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第二冊

切換課文
  • 課件
  • 教案
  • 試卷
  • 學案
  • 更多
所有DOC左下方推薦
歡迎來到教習網(wǎng)
  • 900萬優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬教師選擇，專業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機號注冊
手機號碼

手機號格式錯誤

手機驗證碼 獲取驗證碼

手機驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機號注冊
微信注冊

注冊成功

返回
頂部