一、認(rèn)識變壓器1．填一填(1)變壓器：用于改變交流電壓的設(shè)備。(2)構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成的，其中閉合鐵芯由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成，線圈用絕緣導(dǎo)線繞成。與電源連接的線圈稱為 ，也稱為 ；與負(fù)載連接的線圈稱為 ，也稱為 。
(3)變壓器原理圖及符號①原理圖：②符號：
(4)原理：變壓器工作的基本原理是 現(xiàn)象。在原線圈上加交變電壓，原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，這個(gè)變化的磁通量不僅穿過原線圈，也穿過副線圈，并在副線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的 。如果在副線圈兩端接入負(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中就會形成交變電流。2．判一判(1)變壓器的原、副線圈沒有導(dǎo)線連接，副線圈不能輸出電流。 ( )(2)變壓器的兩個(gè)線圈之間是通過磁場聯(lián)系在一起的，兩個(gè)線圈間是絕緣的。( )(3)原、副線圈都繞在同一閉合鐵芯上。 ( )
3．想一想如果把變壓器接入直流電路，變壓器能起到變壓作用嗎？提示：變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的，因此只能工作在交流電路中，如果變壓器接入直流電路，原線圈中的電流不變，在鐵芯中不會引起磁通量的變化，就沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，變壓器就起不到變壓作用。
3．選一選理想變壓器的原線圈匝數(shù)不變，原線圈接入電壓有效值恒定的交流電，則副線圈的(　　)A．匝數(shù)越少，輸出電壓越高B．匝數(shù)越多，輸出電壓越高C．輸出功率比輸入功率小D．輸出功率比輸入功率大解析：原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，分析可知選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案：B　
探究(一)　　理想變壓器的原理及基本規(guī)律[問題驅(qū)動(dòng)]如圖所示，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，閉合開關(guān)，小燈泡能發(fā)光。(1)兩個(gè)線圈并沒有連接，小燈泡為什么會發(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？(3)若將原線圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎？
提示：(1)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，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在右邊線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，右邊線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會發(fā)光。(2)不相等。(3)不發(fā)光?！　　　?
【重難釋解】1．工作原理
2．理想變壓器的四個(gè)基本關(guān)系
典例1　(多選)如圖，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是(　　)A．變壓器輸入功率為484 WB．通過原線圈的電流的有效值為0.6 AC．通過副線圈的電流的最大值為2.2 AD．變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶3
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．關(guān)于變壓器，下列說法正確的是(　　)A．變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)B．一切變壓器的工作基礎(chǔ)都是互感現(xiàn)象C．各種電流接入變壓器的輸入端，變壓器都能持續(xù)正常工作D．變壓器可以改變電流的頻率
解析：變壓器之所以能變壓，是因?yàn)樵€圈接交流電源時(shí)，有交變電流流過原線圈，引起穿過原、副線圈的磁通量發(fā)生變化，在原、副線圈中都產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，所以變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，所以選項(xiàng)A正確；有一種變壓器叫自耦變壓器，它只有一個(gè)線圈繞在鐵芯上，但有三個(gè)抽頭，可升壓、也可降壓，這種變壓器的工作基礎(chǔ)是自感，也就是說，當(dāng)變壓器是利用兩個(gè)線圈變壓時(shí)，其工作基礎(chǔ)是互感，當(dāng)變壓器是利用一個(gè)線圈變壓時(shí)，其工作基礎(chǔ)是自感，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；變壓器要想持續(xù)正常工作，原線圈必須接交變電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；變壓器不能改變電流的頻率，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：A　
2．(2020·全國卷Ⅲ)(多選)在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220 V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各電表均為理想電表。已知電阻R2中電流i2隨時(shí)間t變化的正弦曲線如圖(b)所示。下列說法正確的是(　　)A．所用交流電的頻率為50 HzB．電壓表的示數(shù)為100 VC．電流表的示數(shù)為1.0 AD．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0 W
探究(二)　　變壓器工作時(shí)的制約關(guān)系及動(dòng)態(tài)分析[問題驅(qū)動(dòng)]為保證用戶電壓穩(wěn)定在220 V，變壓器需要適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，如圖為調(diào)壓變壓器示意圖。保持輸入電壓U1不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓。(1)若用戶兩端電壓減小，為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，滑動(dòng)接頭P應(yīng)向哪移動(dòng)？(2)用戶兩端電壓不變時(shí)，變壓器的輸入功率不變嗎？
2．理想變壓器動(dòng)態(tài)問題的處理方法(1)抓住三個(gè)決定原則：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出電流I2決定輸入電流I1；輸出功率P2決定輸入功率P1。(2)把副線圈當(dāng)作電源，研究副線圈電路電阻變化。(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判定副線圈電流的變化、功率的變化。(4)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律、變流規(guī)律和功率規(guī)律判定原線圈電流的變化及輸入功率的變化。
典例2　如圖所示電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動(dòng)變阻器?，F(xiàn)將變阻器的滑片從一個(gè)位置滑動(dòng)到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，則下列說法正確的是(　　)A．電壓表V1示數(shù)增大B．電壓表V2、V3示數(shù)均增大C．該變壓器起升壓作用D．變阻器滑片是沿c→d的方向滑動(dòng)
變壓器動(dòng)態(tài)分析解題技巧(1)電壓的制約關(guān)系反映了感應(yīng)電動(dòng)勢的因果關(guān)系。(2)功率和電流的制約關(guān)系，體現(xiàn)了能量守恒的特點(diǎn)。(3)含有理想變壓器的動(dòng)態(tài)電路分析，變壓器的副線圈可以看成負(fù)載的無阻電源，與副線圈組成的電路可以參照直流電路動(dòng)態(tài)分析的方法。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．對于理想變壓器，下列說法正確的是(　　)A．原線圈的輸入電流隨副線圈輸出電流的減小而增大B．原線圈的輸入功率隨副線圈輸出功率的減小而減小C．原線圈中的電流不隨副線圈輸出電流的變化而變化D．當(dāng)副線圈中電流為零時(shí)，原線圈兩端電壓為零
2.(2021·惠州高二檢測)如圖所示，一理想變壓器接在電壓為U的交流電源上，原線圈接入電路的匝數(shù)可以通過調(diào)節(jié)滑片P來改變。副線圈連接交流電流表、定值電阻R0和可變電阻R，則(　　)A．保持P的位置不動(dòng)，將R的阻值增大，電流表的讀數(shù)變小B．保持P的位置不動(dòng)，將R的阻值增大，R0的電功率變大C．保持R的阻值不變，將P向上滑動(dòng)，電流表的讀數(shù)變大D．保持R的阻值不變，將P向上滑動(dòng)，R0的電功率變大
3.變壓器的副線圈匝數(shù)可調(diào)，R0為輸電線電阻?；瑒?dòng)觸頭P處于如圖所示位置時(shí)，用戶的用電器恰好正常工作。當(dāng)用電器增多時(shí)，下列說法正確的是 (　　)A．原線圈中的電流減小B．副線圈兩端的電壓減小C．用電器增多時(shí)，只需使滑動(dòng)觸頭P向上滑，用電器仍能正常工作D．用電器增多時(shí)，只需減小電源的輸出電壓，用電器仍能正常工作
解析：原線圈兩端電壓和原、副線圈匝數(shù)比不變，則副線圈兩端電壓不變，故B錯(cuò)誤；當(dāng)用電器增加時(shí)，總電阻減小，副線圈中電流增大，根據(jù)原、副線圈電流之比等于匝數(shù)的反比可知，原線圈中電流也增大，故A錯(cuò)誤；通過R0的電流增大，R0分得的電壓也增大，要使用電器仍能正常工作，應(yīng)增大副線圈兩端電壓，而原線圈兩端電壓不變，故應(yīng)使滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)，增加副線圈匝數(shù)，C正確；若減小電源的輸出電壓，在匝數(shù)比不變的情況下，副線圈兩端電壓減小，則用電器不能正常工作，故D錯(cuò)誤。答案：C　
探究(三)　　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系【重難釋解】1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄孔儔浩髟?、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。2．設(shè)計(jì)思路：利用教學(xué)用的可拆變壓器，采用控制變量法進(jìn)行探究?？刹鹱儔浩髂芊奖愕貜牟煌泳€柱上選取不同匝數(shù)的線圈。3．?dāng)?shù)據(jù)處理方法(1)用表格的形式把原、副線圈的匝數(shù)與對應(yīng)的電壓進(jìn)行比較，尋找它們之間的關(guān)系。(2)得出探究的結(jié)果后，力求用準(zhǔn)確而精練的語言把它們表述出來。如果可能，最好用數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)。4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：理想變壓器原、副線圈的電壓之比，等于原、副線圈的匝數(shù)之比。
典例3 某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示。(1)下列說法正確的是________。A．為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)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(shí)應(yīng)當(dāng)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(shí)，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)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(jì)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(xué)自己繞制了兩個(gè)線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學(xué)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(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)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(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起
[解析]　(1)為確保實(shí)驗(yàn)安全，應(yīng)該降低輸出電壓，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，故A錯(cuò)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(yīng)用多用電表的“交流電壓擋”測量，故B錯(cuò)誤；研究變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)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(hù)電表，測量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量，故D正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，若不計(jì)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(dǎo)電，傳輸電能，故E錯(cuò)誤，F(xiàn)正確。
(2)與變壓器未通電時(shí)相比較，通電時(shí)，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(fèi)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(cuò)誤；增加副線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓增大，根據(jù)歐姆定律可知，輸出電流增大，根據(jù)變流比可知，輸入電流增大，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起，故C正確。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，原線圈和副線圈中接入的是(　　)A．原線圈中接入220 V交流電B．原線圈中接入學(xué)生電源12 V以下直流輸出C．副線圈接直流電壓表D．副線圈接交流電壓表解析：變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象，因此原線圈要接交流電，但為保證實(shí)驗(yàn)安全，所用電壓應(yīng)在12 V以下，輸出電壓是交流電壓，故副線圈接交流電壓表，不能接直流電壓表，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。答案：D　
2．(2021·青島高二檢測)(1)在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列器材在實(shí)驗(yàn)中不必用到的有________。(2)若在實(shí)驗(yàn)中用匝數(shù)N1＝400匝和N2＝800匝的變壓器，對應(yīng)的電壓測量數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，下列說法正確的是________。
3．在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，小型可拆變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n1＝120匝、n2＝240匝，某實(shí)驗(yàn)小組在原線圈兩端依次加上不同的電壓，用多用電表的交流電壓擋分別測量原、副線圈兩端的電壓，數(shù)據(jù)如表所示。
(1)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在表格中算出U1、U2的比值，還有一組U1、U2的比值沒有算出，把求出的結(jié)果填在表格中。(2)本實(shí)驗(yàn)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)。(3)該變壓器是________變壓器(選填“升壓”或“降壓”)。
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·河北卷)如圖，理想變壓器原線圈匝數(shù)為1 100匝，接有一阻值為R的電阻，電壓表V1示數(shù)為110.0 V。副線圈接有一個(gè)阻值恒為RL的燈泡，繞過鐵芯的單匝線圈接有一理想電壓表V2，示數(shù)為0.10 V。已知RL∶R＝4∶1，則副線圈的匝數(shù)為(　　)A．225 B．550 C．2 200 D．4 400
2．汽車內(nèi)燃機(jī)利用火花塞產(chǎn)生的電火花來點(diǎn)燃汽缸中的燃料空氣混合物。要使火花塞產(chǎn)生電火花，兩電極間必須要有幾千伏的高壓，而某種汽車蓄電池的電壓只有12 V，這就要用到變壓裝置?；鸹ㄈc(diǎn)火原理如圖所示。當(dāng)開關(guān)由閉合變?yōu)閿嚅_的瞬間，圖中含電池的回路中電流急劇減小，變壓器鐵芯中磁通量急劇變化，因副線圈的匝數(shù)大大超過原線圈，副線圈就會感應(yīng)產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的高壓，火花塞立即產(chǎn)生電火花。若變壓器初級線圈為200匝，要使變壓器輸出電壓達(dá)到2 400 V，則副線圈匝數(shù)是多少？
二、注重學(xué)以致用和思維建模3.(2021·梅州高二檢測)如圖為某快充手機(jī)充電器，設(shè)該充電器是一個(gè)理想變壓器，原線圈匝數(shù)為220 匝，副線圈匝數(shù)為9 匝，將該充電器接在220 V的交流電源上給一部手機(jī)充電，并測得充電器的輸出電流為1 A，則下列說法正確的是 (　　)A．該充電器輸出電壓為18 VB．該充電器的輸入功率為18 WC．充電器輸出功率為9 WD．該充電器原線圈中的電流約為2.4 A
4．(多選)心電圖儀是將心肌收縮產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)化為電壓脈沖的儀器，其輸出部分可等效為一個(gè)不計(jì)內(nèi)阻的交流電源，其電壓U1會隨著心跳頻率發(fā)生變化。如圖所示，心電圖儀與一理想變壓器的原線圈相連接，揚(yáng)聲器(等效為一個(gè)定值電阻)與一滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接在該變壓器的副線圈中。則(　　)A．保持滑動(dòng)變阻器滑片P不動(dòng)，當(dāng)U1變小時(shí)，揚(yáng)聲器的功率變大B．保持滑動(dòng)變阻器滑片P不動(dòng)，當(dāng)U1變小時(shí)，原線圈電流I1變小C．若U1不變，將滑動(dòng)變阻器滑片P向右滑，揚(yáng)聲器獲得的功率減小D．若U1不變，將滑動(dòng)變阻器滑片P向右滑，副線圈的電流I2增大

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第三節(jié) 變壓器

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