物理3 变压器导学案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

3.3变压器 学案

 学习目标

1、知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。

2、理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。

3、在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题，解决问题的能力。体会能量守恒定律是普遍适用的。

重点难点

1、变压器的工作原理及理想变压器的特点。（重点）

2、理想变压器原、副线圈的电压、电流、功率的规律。（重点）

3、理解副线圈两端的电压也为交流电压。（难点）

4、独立推导出变压器原、副线圈中电流与匝数的关系。（难点）

自主探究

一、变压器的原理

1、构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈。

2、原理：互感现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。

二、电压与匝数的关系

1、理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型。

2、电压与匝数的关系：

原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。

3、理想变压器原、副线圈功率关系：P1＝P2。

4、两类变压器

副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。

探究思考

一、理想变压器的规律

1、理想变压器的规律

2、理想变压器规律的推导

（1）电压与匝数关系

电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈的每一匝线圈都有相同的，据法拉第电磁感应定律，，故。

电压关系：不计原、副线圈电阻时，，，故，当有多个副线圈时，

（2）电流关系

由功率关系，当只有一个副线圈时，，得

当有多个副线圈时，，得

【典例一】1、如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是(   )

A.原线圈的输入功率为 B.电流表的读数为1 A

C.电压表的读数为 D.副线圈输出交流电的周期为50 s

解题思路：由得，，故电压表的示数为110 V，C错误;原线圈的输入功率，A错误;由得，B正确;理想变压器不改变交变电流的周期，故副线圈输出交流电的周期，选项D错误.

答案：B

二、含有变压器的动态电路

1、理想变压器工作时的制约关系

（1）电压制约

输入电压，决定输出电压。当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压由输入电压决定，即。

（2）电流制约

输出电流决定输入电流。当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压，确定时，原线圈中的输入电流由副线圈中的输出电流决定，即。

（3）功率制约

输出功率决定输入功率。变压器副线圈中的功率由用户负载决定，，增大，增大；减小，减小；为零，为零。

2、动态分析电路的两种常见情形

（1）原、副线圈的匝数比不变，各物理量随负载电阻的变化而变化的情况

分析原、副线圈的电压，电流，输出和输入功率、随负载电阻的变化而变化的情况。如图所示，将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为，副线圈两端的电压（）为定值，流过副线圈的电流（）随负载电阻的减小而增大，变压器的输出功率（）也随着增大，不计变压器损失的能量，则变压器的输入功率（）也增大，流过原线圈的电流（）也增大。

说明：负载减少，不等于电阻变小。并联的负载减少，对应的用电器减少，消耗的功率减小，其总电阻增大。

（2）负载不变，各物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况

如图所示，当原线圈的输入电压，和匝数不变，副线圈的匝数增大时，副线

圈两端的电压（）增大，流过副线圈的电流（）增大，变压器输出功率（）增大，则理想变压器的输人功率（）增大，流过原线圈的电流增大。

【典例二】2、如图所示，理想自耦变压器是在铁芯上只绕一个线圈，移动开关，可以改变原线圈的匝数和两个接线柱将线圈三等分，开关接时，电压表的读数为，电流表的读数为，电阻消耗的电功率为，开关接时，电压表的读数为，电流表的读数为，电阻消耗的电功率为，则（   ）

A. B. C. D.

解题思路：设输入电压为U，由于a和b两个接线柱将线圈等分为三份，所以开关接a时，，开关接b时，，所比，故AC正确。

答案： AC

随堂训练

1、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5:1，.两电表均为理想电表，其中电流表的示数为0.4 A，则(   )

A.电阻中通过的电流的有效值为1 A 

B.电压表V的示数为20 V

C.原线圈的输入功率为40 W 

D.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为5:1

答案：B

2、如图所示为理想变压器，原线圈匝数为，副线圈匝数为，初始时S断开，则下列说法正确的是(   )

A.若只闭合开关S时，的示数一定不变

B.若只闭合开关S时，和的示数定都变大

C.若只增加原线圈匝数，消耗的功率一定变大

D.若只增加原线圈匝数，变压器输入功率一定变大

答案：A

3、在匀强磁场中，一矩形金属线框(电阻不计)绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，将此线框连接到图丙中理想变压器的原线圈上，变压器的原、副线圈匝数比为2:1，副线圈中电阻R的阻值为，则(   )

A.时线框在中性面位置 

B.因为原线圈电阻不计，所以原线圈两端电压为零

C.电流表的示数为1.0 A 

D.通过电阻R的电流方向每秒改变100次

答案：CD

4、含有理想变压器的电路如图所示，为“24 V  2 W”的灯泡，为理想交流电压表，端接正弦式交流电源(输出电压的有效值恒定).当开关S闭合时，灯泡均正常发光.下列说法正确的是(   )

A.变压器原副线圈匝数比为1:2

B.电压表的示数为72 V

C.变压器的输入功率为8 W

D.若在副线圈上再并联一个相同的灯泡，灯泡可能会烧坏

答案：BD