高中物理 5.4 变压器学案新人教版选修3-2

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物理：5.4《变压器》教案(新人教版选修3-2)

变压器一、素质教育目标(一)知识教学点1．了解变压器的构造及工作原理。

2．掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。

3．掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。

(二)能力训练点1．通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。

2．从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。

3．从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。

(三)德育渗透点1．通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。

2．让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。

3．培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。

二、重点、难点、疑点及解决办法1．重点变压器工作原理及工作规律。

2．难点(1)理解副线圈两端的电压为交变电压。

(2)推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

(3)掌握公式中各物理量所表示对象的含义。

3．疑点变压器铁心是否带电即如何将电能从原线圈传输出到副线圈。

4．解决办法(1)通过演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律。

(2)通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电流与匝数间的关系。

(3)通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义。

三、课时安排3课时四、教具准备可拆式变压器、投影交流电流表(2只)、投影交流电压表(2只)、导线若干学生电源、小电珠(5只、2.5V，0.3A)、电键(4只)五、学生活动设计1．通过参与演示实验观察、数据处理、得出结论的全过程，使学生获得新知识。

2．通过提问引发学生思考，并应用学到的知识来解决实际问题。

4．通过练习掌握公式的应用及理解公式各物理量的含义。

六、教学过程(一)明确目标通过实验得出变压器工作规律并能运用解决实际问题。

(二)整体感知这节内容承上启下，它是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，体现出了交变电流的优点，为电能输送奠定了基础。

(三)重点、难点的学习与目标完成过程1．引入新课幻灯打出一组数据从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？出示已拆录音机，指出变压器。

高中物理选修3-2精品学案：5.4 变压器

第4节变压器学习目标核心提炼1.知道变压器的构造以及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理。

2个线圈——原线圈、副线圈3个关系——功率关系：P1＝P2、电压关系：U1U2＝n1n2、电流关系：I1I2＝n2n1 3种常见变压器——自耦变压器、电压互感器、电流互感器2.掌握变压器原、副线圈中电压、电流及功率的关系。

3.了解变压器在实际中的应用。

一、变压器的原理阅读教材第41页，了解变压器的结构和工作原理。

1．变压器的构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图1所示。

图1(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。

2．变压器的工作原理变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。

3．作用改变交变电流的电压，不改变(选填“改变”“不改变”)交流电的周期和频率。

思考判断(1)变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。

(√)(2)恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用。

(×)(3)在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的。

(√)(4)理想变压器可以改变交变电流的频率。

(×)二、电压与匝数的关系阅读教材第41～42页，理解原、副线圈的电压与匝数之间的关系。

1．理想变压器：没有能量损失的变压器。

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U1 U2＝n1 n2。

3．两类变压器(1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器。

(2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。

4．应用(1)远距离输电中，升压和降压后提供给用户。

(2)满足各种不同电压要求的用电设备。

思考判断(1)理想变压器的输入功率和输出功率相等。

(√)(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。

人教版高二物理选修3-2第五章 5.4《变压器》学案设计

变压器知识梳理1.变压器：是改变__________的电器设备，由__________和两个绕在铁芯上的__________组成，其中与电源连接的叫__________，与负载连接的叫___________.2.变压器的工作原理：变压器的工作基础是__________现象，原线圈中的交变电流所激发的磁场不仅穿过__________，也同时穿过__________，变化的磁场在__________中产生__________.3.理想变压器：没有__________损失的变压器叫做理想变压器.4.电压与匝数的关系是：原、副线圈的__________等于两个线圈的.5.常见的变压器有：__________变压器、__________变压器、__________互感器、__________互感器.疑难突破如何理解变压器的工作原理？剖析：1.变压器的构造如图所示为变压器的结构图，原线圈接电源，副线圈接负载，两个线圈都绕在叠合而成的硅片上，硅钢片都涂有绝缘漆.2.变压器的工作原理变压器的变压原理是电磁感应，当原线圈上加交变电压U 1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、副线圈中都要产生感应电动势.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.由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈，其能量转换方式为：. 3.理想变压器的规律（1）理想变压器的特点：①原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热.②变压器铁芯内无漏磁.（2）变压公式：2121n n U U .问题探究问题：怎样探究理想变压器中的规律？并推导之.探究：(1)电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的磁通量的变化率t ∆∆Φ.如图根据法拉第电磁感定律，原线圈中E 1=n 1t ∆∆Φ，副线圈中E 2=n 2t ∆∆Φ，所以有2121n n E E =.(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因而U 1=E 1，U 2=E 2，所以有2121n n U U =.这与实验探究得到的规律相同.若n 1＜n 2，U 1＜U 2，就是升压变压器；若n 1＞n 2，U 1＞U 2，就是降压变压器.输出电压U 2由输入电压U 1和n 1、n 2共同决定.（3）电流关系：由于不存在各种能量损失，所以变压器的输出功率等于输入功率，P 2=P 1，用U 、I 代换得：U 2I 2=U 1I 1，所以有1221U U I I =，再由2121n n U U =得：1221n n I I =，这就是电流与匝数的关系，原、副线圈中的电流与匝数成反比.输入功率P 1由输出功率P 2决定，负载需要多少功率，原线圈端就输入多少功率. 输入电流I 1由输出电流I 2和n 1、n 2共同决定，若空载，即I 2=0，则I 1=0.原线圈中的电流又可理解成是副线圈的反射电流，在匝数比一定的情况下，这两个电流成正比. 典题精讲【例1】如图所示为理想变压器供电的电路，若将S 闭合，则电流表A 1的示数将___________，电流表A 2的示数将___________，电流表A 3的示数将___________，电压表V 的示数将___________.（填“变大” “变小”或“不变”）思路解析：由1212n n U U =知V 示数不变.闭合S 后R 1与R 2并联，负载电阻R 变小，I 2=RU 2U 2R ，所以A 2示数变大.由于U 2、R 1未变，I 1=12R U ，所以A 1示数不变.根据I 1U 1=I 2U 2，因为U 2不变，I 2变大，U 1不变，所以I 1变大，即A 3示数变大.答案：不变变大变大不变【例2】如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡正常发光.则对于串联在原线圈上的灯泡A( )A.比正常发光时的亮度更大B.也能正常发光C.比正常发光时的亮度更暗D.无法判断其亮度情况思路解析：灯泡A 的亮度如何，主要看灯泡A 的功率多大，在本题中就是看通过灯泡A 的电流如何变化.设每只灯的额定电流为I 0，因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈中的电流I 2=3I 0.由21I I =12n n 得原线圈的电流I 1=12n n I 2=I 0，恰为灯泡A 的额定电流，因此灯泡A 也能正常发光.答案：B知识导学互感现象是变压器工作的基础，要在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁能量变化时时都是相同的，因而，其中的感应电动势（或端电压）之比只与匝数有关.这样，原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.因此必须对前面互感一节要做好复习.疑难导析1.(1)变压公式是由电磁感应原理推导出来的;(2)在忽略原、副线圈电阻的情况下，U 1=E 1，U 2=E 2，E 1和E 2是两线圈产生的感应电动势，U 1和U 2是线圈两端的电压；(3)U 1和U 2的大小与副线圈的负载无关；(4)若变压器有两个副线圈，则有2121n n U U =,3131n n U U =或3132n n U U =.2.电流关系：据输入功率等于输出功率I 1U 1=I 2U 2及2121n n U U =知1221n n I I =. (1)变压器的输入功率决定于输出功率，即用多少给多少;(2)若变压器有两个副线圈，则有I 1n 1=I 2n 2+I 3n 3.问题导思1.理想变压器的规律（1）理想变压器原副线圈电压关系：2121n n U U =，若有多个副线圈，则有332211n U n U n U ===……（2）功率关系：根据能量守恒有P 入=P 出，I 1U 1=I 2U 2，或I 1U 1=I 2U 2+I 3U 3+……（3）电流关系：电流关系是由功率关系决定的.定量：I 1n 1=I 2n 2或I 1n 1=I 2n 2+I 3U 3+……定性：因P 入随P 出的变化而变化，故I 1随I 2的变化而变化，当I 2=0时，I 1很小. 变压器高压圈匝数多而导线细，低压圈匝数少而导线粗，是区别高低压线圈的方法.2.常用变压器的类型自耦变压器、调压变压器、互感器（电压互感器、电流互感器）.典题导考绿色通道：负载发生变化时，判断电流和电压如何变化，先要由2121n n U U =判断U 2是否变化，再根据U 2及负载电阻变化的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I 2的变化情况；最后再由P 入=P 出判断原线圈中电流的变化情况.【典题变式1】如图甲所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线的等效电阻为R ，开始时，开关S 断开，当S 接通时，以下说法中正确的是( )A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压降增大C.通过灯泡L 1的电流减小D.原线圈中的电流增大答案：BCD绿色通道：考查变压器的电流与匝数的关系时，若从电压与匝数的关系分析，不容易得出结论，因为变压器原线圈两端的电压与总的输入电压不相等，输入电压等于灯A两端的电压和原线圈两端电压之和，所以对待问题要灵活处理.【典题变式2】如图乙所示，一理想变压器的变压比为3∶1，图中四只灯泡完全相同.在L1、L2、L3正常发光的条件下，若断开L4，则( )A.L1、L2、L3变亮B.L1、L2、L3变暗C.L1变亮，L2、L3变暗D.L1变暗，L2、L3亮度不变答案：D。

5.4《变压器》教学设计教案-人教版高中物理选修3-2

否仍成立？
学生推导
（三）范例分析、变式训练
例1：理想变压器原、副线圈匝数
比为10∶1，下列说法中正确的是
A．穿过原、副线圈每一匝磁通量
之比是10∶1
B．穿过原、副线圈每一匝磁通量
的变化率相等，但穿过每匝线圈的
磁通量并不相等
C．原、副线圈每一匝产生的电动
势瞬时值之比为10∶1
D．正常工作时，原、副线圈的输
入、输出功率之比为1∶1
例2：
例3:如图所示，分析滑片P向b端
滑动时，各表的读数变化情况。

①V1; ②
V2; ③
A1; ④
A2。

学生思考并解答
巩固变压器的
变压规律及工
作原理
（四）学以致用
1、学习完变压器，你能准确的说出
实验中小灯泡未被烧坏的原因了
吗？
交流发言
让学生体会科
学发明并不是
遥不可及的，
只要善于思
考。

对学生进
行情感态度和
价值观的教育（五）课堂总结、点评。

人教版高二物理选修3-2：5.4节《变压器》导学案设计(word无答案)

第5.4节《变压器》导学案班级：组别：姓名：【学习目标】1．知道变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理。

2．通过实验，探究理想变压器变的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系，体会理想化模型在物理学研究中的重要性。

(难点)3．能应用理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系分析解决有关问题。

(重点)【学法指导】1.认真阅读学习目标，牢牢把握学习要求。

2.认真阅读课本P40～P44页，勾画出主要知识，通过实验，探究理想变压器变的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系.能应用理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系分析解决有关问题.3.将预习中遇到的疑难点问题标识出来在展示课堂上小组讨论、质疑4、实验探究法、推理法、理想化模型研究问题的方法【知识链接】1．互感现象：两个线圈之间没有导线连接，当一个线圈中的电流时，它所产生的的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。

法拉第电磁感应电动势的计算公式为。

2．磁场的能量：线圈中电流越大，产生的磁场越，储存的磁场能越。

【学习过程】知识点一、变压器的原理[问题1]做下图的实验，请同学们认真观察实验。

当左边的线圈接直流电源时，小灯泡发光（会或不会）。

当左边的线圈接交流电源时，小灯泡发光（会或不会），侧的线圈相当于电源给灯泡供电，此过程中产生感应电动势的现象是现象。

[问题2]仔细观察下图所示的变压器构造示意图并完成以下内容。

（1）构造：由和两个线圈组成，与连接的线圈叫原线圈（又叫初级线圈），与连接的线圈叫副线圈（又叫次级线圈），请在虚线框内画出变压器的符号．．。

（2）现象是变压器工作的基础，中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的也在不断变化，变化的磁场在中产生感应电动势对外界负载供电。

从能量转换的角度看，变压器是把电能通过能再转换成能的装置。

知识点二、电压与匝数的关系[问题3]阅读教材P41实验“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，明确实验目的，步骤及注意事项。

【高中物理】人教版物理选修3-2同步学案5.4 变压器 Word版

（116）5.4 变压器【教学目标】1．知道变压器的构造及常见的变压器，了解其工作原理。

了解其在生活中的应用。

2．通过应用能量守恒对变压器分析讨论，探究理想变压器的原副线圈中电压与匝数的关系、电流与匝数的关系、功率关系和频率关系等四个基本特点。

了解理想化模型在物理学研究中的重要性。

3．通过对自感电动势和感应电动势的进一步了解，知道原副线圈中电压和电动势的关系。

了解多组副线圈变压器的特点，体会能量守恒的重要作用。

4．通过对电路知识和变压器特点的综合应用，掌握变压器动态问题的分析方法。

5．本节内容是交流电试题中的热点内容。

也是生产生活中常见的重要装置。

【预习任务】1．阅读教材“变压器的原理”内容，思考下列问题：（1）认识：变压器的结构，符号，原线圈，副线圈。

（2）了解：变压器的工作原理。

2．阅读教材“电压与匝数的关系”内容，思考下列问题：（1）知道：什么是“理想变压器”，运行中的理想变压器存在着怎样的能量转化，“理想变压器”输入功率和输出功率有什么关系。

（2）掌握：电压与匝数的关系。

（3）知道：什么样的变压器可以起到降压作用、什么样的变压器可起到升压作用。

3．阅读教材中“科学漫步”内容，了解互感器的原理及功能。

【思考与讨论】1．根据理想变压器的原理，请导出理想变压器中只有一组副线圈时，原、副线圈中的电流与匝数的关系？有两组副线圈时电压、电流的关系？2．请查阅资料，画出自耦变压器的结构示意图。

【自主检测】1．写出“理想变压器”功率、电压、电流与匝数的关系。

2．教材“问题与练习”第1题。

3．教材“问题与练习”第2题。

4．教材“问题与练习”第3题。

【组内检查】1．变压器电压关系和电流关系2．变压器可以变什么、不能变什么？高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。

那么，高中物理考试答题技巧及注意事项有哪些呢？下面和小编一起来看看吧！高中物理考试答题技巧选择题的答题技巧解答选择题时，要注意以下几个问题：（1）注意题干要求，让你选择的是“不正确的”、“可能的”还是“一定的”。

【物理】5.4《变压器》学案导学(新人教版选修3-2)

第五章第四节变压器一、学习目标(一)知识与技能（1）了解变压器的构造及工作原理。

（2）掌握理想变压器的电压与匝数间关系。

（3）掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。

(二)过程与方法（1）通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。

（2）从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。

（3）从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。

(三)情感态度与价值观（1）通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。

（2）让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。

（3）培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。

二、学习重点、难点、及解决办法1．重点：变压器工作原理及工作规律。

2．难点：（1）理解副线圈两端的电压为交变电压。

(2)推导变压器原副线圈电压与匝数关系。

(3)掌握公式中各物理量所表示对象的含义。

3．解决办法(1)通过演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律。

(2)通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电压与匝数间的关系。

(3)通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义。

三、课时安排1课时四、用具准备可拆式变压器、学生电源、交流电压表、导线若干、学生电源、小灯泡五、学生活动设计1．通过参与演示实验观察、数据处理、得出结论的全过程，使学生获得新知识。

2．通过提问引发学生思考，并应用学到的知识来解决实际问题。

3．通过练习掌握公式的应用及理解公式各物理量的含义。

六、学习过程一、引入新课在实际应用中，常常需要改变交流电的电压。

大型发电机发出的交流电，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。

各种用电设备所需的电压也各不相同。

电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。

一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。

高中物理5.4变压器导学案新人教版选修3-2

高中物理 5.4 变压器导学案新人教版选修3-2【学习目标】1.了解变压器的构造及工作原理。

2.探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数关系，电流与匝数关系。

3.体会理想化模型在物理学研究中的重要性。

【重点难点】1．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题2．从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理3．“探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系”实验，从能量的转化与守恒的角度理解变压器的工作原理。

【学习内容】课前自学一、变压器1、探究一：出示可拆变压器，仔细观察，变压器主要由哪几部分构成？变压器是由和组成.一个线圈跟电源连接，叫线圈（或线圈），另一个线圈跟负载连接，叫线圈（或线圈）.两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.画出变压器的结构示意图和符号：师生互动共同探讨变压器的工作原理：实验探究：(1)．变压器的作用问题1：按照书上所给的电路图接好线路，从电磁感应方面入手说明小灯泡为什么会亮？问题2：变压器为什么能改变电压？问题3：原副线圈的匝数，与原副线圈中的电压有着什么样的定量关系呢？2、探究二：变压器两个线圈的电压关系（1）．设计实验电路（2）．将不同的原副线圈接入线路测出线圈当中的电压添入下表：学生归纳，得出结论：3、升压变压器有什么特点？降压变压器有什么特点？二、理想变压器1．能量损耗探究1：使用可拆变压器有不闭合到闭合，观察接在副线圈两端的小灯泡的亮度变化?试分析原因？探究2：做过实验的变压器铁芯用手触摸有什么感觉？说明了什么？触摸变压器的原副线圈有什么感觉？说明什么？小结：实际的变压器在运行时，哪些地方有损耗呢？强调：变压器在工作过程中，电能和磁能的相互转化是最主要的因素，而伴随而来的损耗是一些次要因素。

为了研究问题的方便，我们突出主要因素，忽略次要因素。

这种方法叫________________,这是科学研究的一种常用方法。

高中物理选修3-2人教版5.4《变压器》教案设计

变压器教学目标1. 知识与技能(1)知道变压器的构造及几种常见的变压器．(2)理解变压器的工作原理及理想变压器的特点．(3)掌握理想变压器的电压、电流、功率等规律．2. 过程与方法(1)通过实验，探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系．(2)通过探究变压器规律的实验，培养学生处理实验数据及总结概括能力．(3)通过自主探究和小组合作，培养自主探究、合作学习的能力．3. 情感、态度与价值观(1)了解变压器在生活中的应用．(2)让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想．教学重难点1．变压器工作原理及理想变压器的特点．2．理想变压器的电压、电流、功率等规律．3．推导变压器原副线圈电流与匝数的关系．教学准备闭合铁芯、学生电源、导线若干、小灯泡、可拆式变压器、交流电压表、开关、多媒体课件等．教学过程设计【自主学习】引导学生阅读课本P41“变压器的原理”的内容，3.变压器的工作原理：互感现象.副原线(3)铁芯不发热.说明：大型变压器能量损失都很小，可看作理想变压器，本章研究的变压器可当作理想变压器处理.2.理想变压器的基本规律(1)原、副线圈两端的电压跟匝数成正比，即U 1U 2＝n 1n 2.若n 1＞n 2，则U 1＞U 2，称为降压变压器. 若n 1＜n 2，则U 1＜U 2，称为升压变压器. (2)输出功率等于输入功率P 出＝P 入，U 1I 1＝U 2I 2. (3)原、副线圈中的电流跟匝数成反比，即I 1I 2＝n 2n 1.(4)原、副线圈的交变电流的周期T 和频率f 相同. 3.互感器(1)用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流. (2)分类：电压互感器、电流互感器.板书设计4 变压器一、变压器的原理1.变压器的构造：原线圈(初级线圈)、副线圈(次级线圈)、闭合铁芯,2.变压器示意图及符号：二、电压与匝数的关系1.理想变压器(1)无漏磁现象(2)线圈电阻不计(3)铁芯不发热2.理想变压器的基本规律(1)\f(U1,U2)＝\f(n1,n2)(2)P出＝P入，U1I1＝U2I2(3)\f(I1,I2)＝\f(n2,n1)(4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同,3.互感器,电压互感器、电流互感器。

物理选修32人教新课标5.4变压器教案.

选修3-2第五章第4节《变压器》教课方案界首一中陈伟教课目的1.知识与技术1）知道变压器的结构。

理解互感现象，理解变压器的工作原理。

2）理解理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它剖析解决相关问题。

3）知道课本中介绍的几种常有的变压器。

2.过程与方法1）用电磁感觉去理解变压器的工作原理，培育学生综合应用所学知识的能力。

2）解说理想变压器使学生认识成立物理模型的意义。

3.感情态度与价值观1）使学生领会到能量守恒定律是广泛合用的。

2）培育学生脚踏实地的科学态度。

教课要点变压器工作原理及工作规律。

教课难点理解副线圈两头的电压为交变电压。

推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

掌握公式中各物理量所表示对象的含义。

教课方法实验研究、演绎推理。

教课器具可拆变压器、沟通电压表、沟通电流表、灯泡、自耦变压器、调压器、导线等。

课时安排课时教课过程【引入新课】在实质应用中，经常需要改变沟通的电压。

大型发电机发出的沟通，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。

各样用电设施所需的电压也各不相同。

电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。

一般半导体收音机的电源电压不超出10V，而电视机显像管却需要10000V以上的高电压。

交流便于改变电压，以适应各样不同需要。

变压器就是改变沟通电压的设施。

这节课我们学习变压器的相关知识。

【新课教课】一、变压器原理［师］出示可拆变压器，指引学生察看，变压器主要由哪几部分构成？［生］变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成。

一个线圈跟电源连结，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连结，叫副线圈（次级线圈）。

两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

［师］画出变压器的结构表示图和符号，以以下图所示：［演示］将原线圈接照明电源，沟通电压表接到不同的副线圈上，察看沟通电压表能否有示数？［生］电压表有示数且示数不同。

高中物理选修3-2优质学案：5.4 变压器

4 变压器[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释.科学思维：1.理想化方法构建变压器模型.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系，并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.科学探究：了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程，分析现象得出探究结果.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U1U2＝n1n2.3.理想变压器原、副线圈功率关系P1＝P2(填“>”“＝”或“<”).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.1.判断下列说法的正误.(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比.( √ ) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高.( × ) (3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失.( × ) (4)理想变压器不能改变交变电流的频率.( √ )2.一台理想降压变压器从10kV 的线路中降压并提供200A 的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为________，输出功率为________，变压器原线圈中的电流为________.[答案] 250V 50kW 5A[解析] 由U 1U 2＝n 1n 2，得U 2＝U 1n 2n 1＝10×103×140V ＝250 V ；由理想变压器功率关系，得P 入＝P出＝U 1I 1＝U 2I 2＝250×200W ＝50kW ，同时得I 1＝U 2I 2U 1＝250×20010×103A ＝5A.一、变压器的原理及电压与匝数的关系如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上.连接电路，接通电源，小灯泡能发光.(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？ (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？[答案] (1)当左边线圈接上交流电源时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率ΔΦΔt 都相同，若左边线圈匝数为n 1，则U 1＝E 1＝n 1ΔΦΔt .若右边匝数为n 2，则U 2＝E 2＝n 2ΔΦΔt ，故有E 1E 2＝n 1n 2；若忽略左边线圈的电阻，则有U 1＝U 电源，这样看来只要n 1≠n 2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等.小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关. (3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势.1.变压器的原理是互感现象.当原线圈接交变电压时，在铁芯中产生周期性变化的磁场，在副线圈中会产生感应电动势，由于原、副线圈绕在同一个闭合铁芯上，所以穿过每一匝线圈的磁通量的变化率相等，但由于原、副线圈匝数不同，故电压不同.说明：(1)变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流. (2)变压器原、副线圈中交流电的频率相等，即变压器不改变交流电的频率. 2.变压器原、副线圈中电压关系 (1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2(2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…例1 (多选)如图1所示的理想变压器，原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶2，U 1＝2202sin ωt (V)，n 1＝1100匝，以下说法中正确的是( )图1A.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1∶2B.穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为25V C.原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2V D.原、副线圈电压的最大值之比为1∶2 [答案] BCD[解析] 对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过两个线圈的磁通量大小相等，磁通量的变化率相同，A 错误.根据E 1＝n 1ΔΦΔt 得磁通量的变化率的最大值为每一匝线圈产生的电动势的最大值，即⎝⎛⎭⎫ΔΦΔt max ＝22021100V ＝25V ，所以每一匝产生的电动势的有效值为0.2V ，B 、C 正确.由于匝数比为1∶2，所以原、副线圈电压最大值之比也为1∶2，D 正确. 二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系阅读教材回答下列三个问题：(1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？ (2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系. (3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.[答案] (1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出.(2)由能量守恒有P 入＝P 出，即U 1I 1＝U 2I 2. 所以I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1.(3)若有多个副线圈，则P 1＝P 2＋P 3＋…，即U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…将U 1∶U 2∶U 3∶…＝n 1∶n 2∶n 3∶…代入得 n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…1.功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出. 2.电流关系(1)只有一个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2，得：n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2n 1.(2)当有多个副线圈时，由I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋…得：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋….例2 (多选)如图2所示，一理想变压器的原线圈匝数为n 1＝1100匝，接电压U 1＝220V 的交变电流，副线圈接“20V 10W ”的灯泡，灯泡正常发光，可知( )图2A.副线圈的匝数n 2＝200匝B.副线圈中的电流I 2＝0.5AC.原线圈中的输入功率为10WD.原线圈中的电流I 1＝0.1A [答案] BC[解析] 由于理想变压器原、副线圈两端的电压比U 1U 2＝n 1n 2，则副线圈匝数n 2＝100匝，A 错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为10W ，C 正确；由功率P ＝UI可得副线圈中的电流I2＝0.5A，原线圈中的电流I1＝n2n1I2≈0.045A，B正确，D错误.三、自耦变压器和互感器1.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图3所示.图32.互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流.互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器.(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压(如图4所示).电压互感器应并联接入电路.(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流(如图5所示).电流互感器应串联接入电路.图4图5例3(多选)图6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()图6A.线圈匝数n1<n2，n3<n4B.线圈匝数n1>n2，n3>n4C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路[答案]CD[解析]题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确.例4 一自耦变压器如图7所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a 、b 间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c 、d 间作为副线圈，在a 、b 间输入电压为U 1的交变电流时，c 、d 间的输出电压为U 2，在将滑动触头从M 点顺时针转到N 点的过程中( )图7A.U 2>U 1，U 2降低B.U 2>U 1，U 2升高C.U 2<U 1，U 2降低D.U 2<U 1，U 2升高[答案] C[解析] 由U 1U 2＝n 1n 2，n 1>n 2知U 2<U 1；滑动触头从M 点顺时针旋转至N 点过程，n 2减小，n 1不变，U 1不变，则U 2降低，C 项正确. 四、理想变压器的动态分析 1.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定时，输入电压U 1决定输出电压U 2，即U 2＝n 2U 1n 1. (2)功率制约：P 出决定P 入，P 出增大，P 入增大；P 出减小，P 入减小；P 出为0，P 入为0. (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n 1n 2一定，且输入电压U 1确定时，副线圈中的输出电流I 2决定原线圈中的电流I 1，即I 1＝n 2I 2n 1(只有一个副线圈时).2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R →I 2→P 出→P 入→I 1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n 1、n 2→U 2→I 2→P 出→P 入→I 1.例5(多选)(2018·孝感市八校联盟高二下学期期末联考)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图8所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则()图8A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小[答案]AC[解析]在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定.因此Q位置不变时，输出电压不变，此时P向上滑动，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小，输入电流也减小，故电流表的读数变小，故A正确，B错误.P位置不变，将Q向上滑动，则输出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故C正确，D错误.针对训练(2018·三明市高二下学期期末联考)如图9所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，以下说法正确的是()图9A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压减小C.通过灯泡L 1的电流增大D.原线圈中的电流增大 [答案] D[解析] 输入电压和匝数比不变，由U 1U 2＝n 1n 2知副线圈的输出电压不变，A 错误；当K 接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I 2变大，电阻R 上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L 1的电流减小，B 、C 错误；由I 1I 2＝n 2n 1知，电流I 2变大，则I 1变大，D 正确.[学科素养] 通过改变原、副线圈的匝数、滑动变阻器滑片的位置、开关闭合等方式分析理想变压器的动态问题，使学生进一步熟练掌握理想变压器的原理，熟练掌握理想变压器原、副线圈中的电压、电流、功率关系：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1(一组副线圈)，P 1＝P 2，及U 1决定U 2、I 2决定I 1、P 2决定P 1等制约关系，培养了学生的综合分析能力，较好地体现了“科学思维”的学科素养.1.(变压器的工作原理)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈[答案] C[解析]通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故D错误.2.(理想变压器基本关系的应用)如图10所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻R L＝6Ω，AB两端电压u1＝122sin100πt(V).下列说法正确的是()图10A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W[答案] D[解析] 根据u 1＝122sin100πt (V)及U ＝U m 2知U 1＝12V ，f ＝ω2π＝50Hz ，选项A 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝12×12V ＝6V ，即的读数为6V ，选项B 错误；又I 2＝U 2R L ＝66A ＝1A ，即的读数为1A ，选项C 错误；根据P 入＝P 出及P 出＝U 22R L ＝626W ＝6W ，选项D 正确.3.(互感器)(多选)如图11所示，L 1、L 2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V 和10A ，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则( )图11A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22000VB.甲图是电流互感器，输电电流是100AC.乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD.图示高压输送电路输入的总功率为2.2×103kW[答案] AD[解析] 题图甲中的原线圈并联在电路中，是电压互感器，电表是电压表，故B 错误；根据U 1U 2＝n 1n 2，有U 1＝n 1n 2U 2＝1001×220V ＝22000V ，故A 正确；题图乙中的原线圈串联在电路中，是电流互感器，电表是电流表，故C 错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比I 1I 2＝n 4n 3，有I 1＝n 4n 3I 2＝101×10 A ＝100 A ，根据P ＝UI 得输入的总功率P ＝U 1I 1＝22 000×100 W ＝2.2×103kW ，故D 正确.4.(理想变压器的动态分析)(2016·天津卷)如图12所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )图12A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大[答案] B[解析]当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误.。

高中物理选修3-2学案2：5.4 变压器

5.4变压器[学习目标]1．了解变压器的构造．2．理解互感现象，理解变压器的工作原理．3．理解理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决问题．4．理解理想变压器的原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决问题．5．知道课本中介绍的几种常见的变压器．重点：理想变压器的原、副线圈中电压与匝数，电流与匝数的关系难点：分析解决理想变压器基本问题[自主学习]复习回顾1．产生感应电动势的条件是：_____________________________．感应电动势大小与________成正比．法拉第电磁感应定律的表达式为__________________．2．家庭用的电灯、电饭煲、洗衣机的电源都是________V的________电流，而交变电流在送往住户前的电压都很高，要想得到用户需要的电压，就必须经过________改变电压．预习导学一、变压器1．定义：用来改变的设备，称为变压器．2．构造：变压器由一个铁芯和两个线圈组成的．二、理想变压器1．理想变压器是一种模型．理想变压器有三个特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都．（2）线圈绕组的电阻，无能损现象．（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象．2．理想变压器的变压原理：是现象，即是变压器变压的成因．3．能量转换：变压器是把电能转化为又把磁场能转化为的装置．三、几种常用的变压器1．自耦变压器2．调压变压器3．互感器①电压互感器②电流互感器[合作探究]探究一．理想变压器的基本关系（1）输出功率等于输入功率P 出＝P 入，U 1I 1＝U 2I 2．（2）原副线圈两端的电压跟匝数成正比：．U 1/U 2=n 1/n 2（3）原副线圈中的电流跟匝数成反比（仅限一个副线圈）：I 1/I 2=n 2/n 1．（4）原副线圈的交变电流的周期T 和频率f 相同．探究二．理想变压器的三个决定关系（1）理想变压器功率决定功率．当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化．若同时有多组副线圈工作，则U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 成立．（2）理想变压器线圈两端电压由线圈两端电压和匝数比所决定．无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足＝…．（3）理想变压器线圈中的电流决定线圈中的电流．原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大，当有几组副线圈时，原、副线圈中的电流关系为n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…，其中n 2、n 3…为工作的副线圈的匝数．探究三、理想变压器的动态分析[独立思考]当负载增大时，哪些物理量是不变的，哪些物理量是变化的？是输出功率决定输入功率还是输入功率决定输出功率？功率和电流间的关系是什么？[当堂检测]1．如图，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，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( )332211n U n U n U ==A．U＝110 V，I＝0.2 AB．U＝110 V，I＝0.05 AC．U＝110 2 V, I＝0.2 AD．U＝110 2 V，I＝0.2 2 A2．如图所示，理想变压器的原线圈接入u＝11 0002sin 100πt(V)的交变电压，副线圈通过电阻r＝6 Ω的导线对“220 V,880 W”的电器R L供电，该电器正常工作．由此可知()A．原、副线圈的匝数比为50 1B．交变电压的频率为100 HzC．副线圈中电流的有效值为4 AD．变压器的输入功率为880 W3．一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1:n2＝1:2，电源电压u＝2202sinω t (V)，原线圈电路中接入一熔断电流I0＝1 A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R，如图所示．为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于()A．440 Ω B．440 2 ΩC．880 Ω D．880 2 Ω4．理想变压器原、副线圈的匝数比为1:15，当原线圈接在6 V的蓄电池两端以后，副线圈的输出电压为()A．90 V B．0.4 VC．6 V D．05．用理想变压器给负载电阻R供电，变压器输入电压一定时，在下列四个办法中，哪种可以使变压器输出功率增加()A．增加变压器原线圈匝数，而副线圈匝数及负载电阻R保持不变B．减小负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变C．增加负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变D．减少变压器副线圈匝数，而原线圈匝数和负载电阻保持不变6．普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd，为了使电流表能正常工作，则()A．ab接MN、cd接PQ，I ab<I cdB．ab接MN、cd接PQ，I ab>I cdC．ab接PQ、cd接MN，I ab<I cdD．ab接PQ、cd接MN，I ab>I cd7.如图所示，一低压交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，通过上下调节P1、P2的位置，可以改变变压器输入、输出电压．图中L是一个小灯泡，R2是定值电阻，R1、R3是滑动变阻器，若要增大灯泡L的亮度，可以采取的办法是()A．P1、P3、P4不动，P2下移B．P1、P2、P3不动，P4下移C．P2、P3、P4不动，P1上移D．P1、P2、P4不动，P3上移二、多项选择题(每小题7分，共21分)8．正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上不一定相等的是()A．电流的频率B．端电压的峰值C．电流的有效值D．电功率5.4 变压器[答案]1．A 在副线圈电路中，I 2＝P U ＝0.1 A ，再根据U 1U 2＝n 1n 2，及I 1I 2＝n 2n 1，得U 1＝110 V ，I 1＝0.2 A ，故B 、C 、D 错，A 正确．2．C 根据接入电压u ＝11 0002sin 100πt(V)，输入电压有效值为11 000 V ，要使“220 V,880W”的电器正常工作，则通过用电器的电流为I ＝P U＝4 A ，副线圈输出电压为U 出＝Ir ＋U ＝4×6 V ＋220 V ＝244 V ，原、副线圈匝数比等于输入电压与输出电压之比，为2 75061，A 错误，C 正确；交流电的频率f ＝ω2π＝100π2π＝50 Hz ，B 错误；变压器的输出功率P 出＝P R L ＋P r ＝880 W ＋42× 6 W ＝976 W ，D 错误． 3．C 当原线圈电流I 1＝I 0时，副线圈中的电流为I 2＝n 1n 2I 1＝n 1n 2I 0＝12A ，副线圈的输出电压有效值为U 2＝n 2n 1U 1＝n 2U 1m n 12＝440 V ，因此副线圈电路中负载电阻的最小值为R min ＝U 2I 2＝880 Ω.故选项C 正确． 4．D 由于蓄电池向外输出的是直流电，铁芯中磁通量不能发生变化，在副线圈中不能产生感应电动势，所以副线圈的输出电压为0.5．B 由U 1U 2＝n 1n 2，当n 1增加时，U 2减小，P 2＝U 22R，P 2减小，A 错；U 1、n 1、n 2不变，则U 2不变，R 减小时，P 2＝U 22R ，P 2增大，B 正确；C 与B 相反，故C 错误；当n 1、U 1不变，n 2减小时，则U 2减小，由P 2＝U 22R(R 不变)，P 2会减小，D 错． 6．B 根据变压器的工作原理I 1I 2＝n 2n 1解决问题．高压输电线上的电流较大，测量时需把电流变小，根据I 1I 2＝n 2n 1，MN 应接匝数少的线圈，故ab 接MN ，cd 接PQ ，且I ab >I cd ，选项B 正确．7．D 根据变压器的变压原理U 1U 2＝n 1n 2，要增大输出电压，需要使P 1下移或P 2上移；滑动变阻器R 1是分压接法，P 3上移可以使灯泡两端电压增大，灯泡功率也就增大，使其变亮；滑动变阻器R 3的触头P 4上移时才能使灯泡两端的电压增大，使灯泡变亮，所以只有D 项正确．8．BC 理想变压器正常工作时，原、副线圈的输入功率和输出功率相等，变压器不会改变原、副线圈的电流的频率；变压器会改变原、副线圈的端电压和峰值，有效电压，以及原、副线圈中的电流的有效值，故选项B 、C 正确．。

人教版高中选修3-2物理5.4变压器教案(3)

变压器一、自主探究1．变压器的原理（1）构造：原线圈：也叫_______,与________相接副线圈：也叫_______,与________相接铁芯：由涂有_______的硅钢片叠合而成（2（3）工作原理：原线圈上加上交变电压U 1时，原线圈中就有交变电流，铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要引起________________，如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生__________，它也要在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势，在原、副线圈中由于有交变电流而发生互感现象。

所以变压器只能在_________电路中工作 ________________是变压器的工作原理，_________________是变压器的工作基础。

当（4）能量转换方式原、副线圈虽然不相连，但电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈，其能量转换方式为：___________转化为____________再转化为__________2．电压与匝数的关系（1）理想变压器：忽略___________________________________________的变压器叫理想变压器，是一个理想化的模型。

实际的变压器工作时有能量损失，如电流经过变压器线圈时会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热（涡流）（2）电压关系实验和理论分析表明，对于理想变压器，原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的__________之比，即______________________。

当n 1>n 2时，变压器使电压________，这种变压器叫_____________；当n 1<n 2时，变压器使电压__________，这种变压器叫______________。

（3）功率关系对于理想的变压器，由于不考虑能量损失，由能量守恒得____________________。

（4）电流关系对于理想变压器，原、副线圈中的电流之比与对应的匝数成_________，即________________。

高中物理5.4变压器教案新人教版选修32

第四节变压器教学目标：（一）知识与技术一、熟悉生活中的变压器二、了解变压器的结构3、理解变压器原、副线圈上的电压与匝数的关系4、通过探讨锻炼动手能力和处置数据的能力（二）进程与方式一、做好教材中“试探与讨论”的演示实验，同时进一步补充两个小实验：变压器升压和降压的效果二、通过观察和分析，让学生明确变压器的大体结构和工作原理3、通过实验，探讨变压器电压与匝数的关系4、总结归纳，得出结论（三）情感态度与价值观一、通过教师的引导及对问题探讨中的彼此交流、讨论，增进师生之间、生生之间的合作互动，使学生实现知识和能力的协调进展。

二、通过必然数量的科学探讨，学生经历与科学研究工作相近或相似的进程，从中获取知识和技术，体验其中的乐趣和曲折，感悟科学思想，培育科学精神。

教学重点：变压器工作原理和工作规律教学难点：变压器漏磁现象和互感原理教学方式：启发、讨论、教学教学用具：可拆式变压器、学生电源、灯泡、万用表、导线若干、多媒体课件，学生变压器教学进程：（一）导入课题通过实例导入为了适应不同电压的需要，要有一种能改变交流电压的设备——变压器幻灯片出示生活中的变压器的图片，变压器由哪几部份组成？它又是如何工作的呢？（二）新课教学一、变压器的结构演示实验1：拆开可拆变压器的各组成部份，让学生观察．然后把可拆变压器的两个线圈别离与照明电源和小灯泡连接，观察到小灯泡正常发光．用投影显示出单相变压器的结构示用意及电路图，如图1所示．结合图示和实物介绍变压器各部份的名称．图1二、变压器的工作原理师：变压器的工作原理是什么？当变压器的原线圈接上交变电源后，副线圈两头为何会有电压而使灯泡发光呢？请同窗们用以前所学的知识解释产生这一现象的原因和进程．生：把交变电压加在原线圈上，原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，那个交变的磁通量不但穿过原线圈，也穿过副线圈，所以也在副线圈中激发感应电动势。

若是副线圈两头连着负载，副线圈中就会产生感应电流。

【人教版】高中物理选修3-2优秀学案：5.4 变压器 (1)

学案9 变压器【学习目标】1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系．一、变压器的原理及电压与匝数的关系[问题设计]把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示)．图1(1)小灯泡能发光吗？为什么？(2)若小灯泡发光，那么小灯泡两端电压与什么因素有关？(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论小灯泡亮或不亮的原因．[要点提炼]1．变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成．与相连接的线圈叫原线圈(匝数用n 1表示，又叫做 )，与负载相连的另一个线圈叫副线圈 (匝数用n 2表示又叫做 )，两个线圈都绕在上．2．变压器的工作基础是．因此变压器只对的电流起作用，对电流不起作用．(后两空选填“变化”或“恒定”)3．变压器中的电压关系：(1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2. (2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝……. 4．变压器 (填“能”或“不能”)改变交变电流的频率．5．原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载．(2)副线圈在其所处回路中充当．二、理想变压器中的功率关系及电流关系[问题设计]1．什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？2．若只有一个副线圈，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？3．若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？[要点提炼]1．理想变压器的特点：(1)变压器铁芯内无；无损失．(2)原、副线圈不计，即无能量损失．实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器．2．功率关系：．3．电流关系：(1)若只有一个副线圈，有I 1U 1＝，即I 1I 2＝n 2n 1. (2)当有多个副线圈时I 1U 1＝＋＋……得I 1n 1＝＋＋……三、理想变压器中各量的制约关系和动态分析1．变压器工作时的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n 1n 2)一定时，输入电压U 1决定输出电压U 2，即U 2＝n 2U 1n 1. (2)功率制约：P 出决定P 入，P 出增大，P 入；P 出减小，P 入，P 出为0，P 入为 .(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n 1n 2)一定，且输入电压U 1确定时，副线圈中的输出电流I 2决定原线圈中的电流I 1，即I 1＝n 2I 2n 1. 2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I 2→P 出→P 入→I 1；(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n 1、n 2→U 2→I 2→P 出→P 入→I 1.四、各种各样的变压器1．自耦变压器如图2所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．图2规律：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1. 2．电压互感器、电流互感器(1)构造：小型变压器，如图3所示．图3(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表．为了安全，外壳和副线圈应接地．(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．一、对变压器原理的理解例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 ( )A ．通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B ．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C ．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D ．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈二、理想变压器基本规律的应用例2理想变压器连接电路如图4甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则( )图4A．电压表读数为282 VB．电压表读数为28.2 VC．输入功率为56.4 WD．输入功率为40 W三、理想变压器中的动态分析例3如图5所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则( )图5A．保持U1及P的位置不变，K由a扳向b时，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由b扳向a时，R消耗功率减小C．保持U1不变，K接在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K接在a处，若U1增大，I1将增大四、各种各样的变压器例4图6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是( )图6A．线圈匝数n1<n2，n3<n4B．线圈匝数n1>n2，n3>n4C．甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D．乙图中的电表是电流表，输出端不可断路1．(对变压器原理的理解)如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表的示数是12 mA，则副线圈中电流表的示数是( )图7A．3 mA B．48 mAC．零 D．与R阻值有关2．(理想变压器基本规律的应用)如图8所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A．以下判断正确的是( )图8A．变压器输入功率为484 WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶33．(理想变压器中的动态分析)如图9所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u，其瞬时值表达式为u＝220 2 sin (100πt) V，现把单刀双掷开关与a连接，则( )图9A．电压表的示数为22 VB．流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次C．在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大D．若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电流表的示数变小题组一对理想变压器原理的理解1．如图所示四个电路，能够实现升压的是 ( )2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1题组二理想变压器基本规律的应用3.如图1所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 100匝，接电压U1＝220 V的交流电，副线圈接“20 V 10 W”的灯泡，灯泡正常发光，可知 ( )图1A．副线圈的匝数n2＝200匝B．副线圈中的电流I2＝0.5 AC．原线圈中的输入功率为10 WD．原线圈中的电流I1＝0.1 A4.如图2所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin (100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω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，下列说法中正确的是( )图2A．原线圈中电流表的读数为1 AB．原线圈中的输入功率为220 2 WC．副线圈中电压表的读数为110 2 VD．副线圈中输出交流电的周期为50 s5．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是( )A．5 A,250 V,50 kWB．5 A,10 kV,50 kWC．200 A,250 V,50 kWD．200 A,10 kV,2×103 kW6.如图3所示为理想变压器，原线圈的匝数为1 000 匝，两个副线圈的匝数n2＝50 匝，n3＝100 匝，L 1是“6 V,2 W”的小灯泡，L 2是“12 V,4 W”的小灯泡，当原线圈接上交流电压时，L 1、L 2都正常发光，那么原线圈中的电流为( )图3A.160 AB.130 AC.120 AD.110A 7.如图4所示，一只理想变压器原线圈与频率为50 Hz 的正弦交变电源相连，两个阻值均为20 Ω的电阻串联后接在副线圈的两端．图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原、副线圈分别为200匝和100匝，电压表的示数为5 V ．则 ( )图4A ．电流表的读数为0.5 AB ．流过电阻的交变电流的频率为100 HzC ．交变电源的输出电压的最大值为20 2 VD ．交变电源的输出功率为2.5 W题组三理想变压器中的动态分析8．如图5所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S 断开．当开关S 接通时，以下说法中正确的是 ( )图5A ．副线圈两端M 、N 的输出电压减小B ．副线圈输电线等效电阻R 上的电压增大C ．通过灯炮L 1的电流减小D ．原线圈中的电流增大9．如图6所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )图6A．原线圈匝数n1增加B．副线圈匝数n2增加C．负载电阻R的阻值增大D．负载电阻R的阻值减小题组四各种各样的变压器10．如图7所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为( )图7A．2.2×103 W B．2.2×10－2 WC．2.2×108 W D．2.2×104 W11．理想自耦变压器的原线圈接有如图8乙所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是( )图8A．交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos (100πt)B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大。

高中物理-5.4-变压器学案-新人教版高二选修3-2

5.4 变压器学案（人教版选修3-2）1．______现象是变压器工作的基础．原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变磁通量，不仅穿过________也穿过________，则副线圈中就要产生______．尽管原、副线圈没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈．2．原、副线圈的电压之比等于两个线圈的__________，公式表示为______________．如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为____________；如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为__________．3．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) A ．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B ．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C ．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D ．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 4．对理想变压器，下列说法中正确的是( )A ．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B ．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C ．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D ．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零5．某变电站用原、副线圈匝数比为n 1∶n 2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是( )图1A ．原、副线圈电压比为n 2∶n 1B ．原、副线圈电流比为n 1∶n 2C ．原、副线圈电压比为n 1∶n 2D ．变压器的输入功率与输出功率的比为n 1∶n 2【概念规律练】知识点一变压器的基本规律1．如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，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( )图2A ．电流表的示数为32220A B ．电源输出功率为1 200 WC ．电流表的示数为3220AD ．原线圈端电压为11 V2．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图3所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )图3A ．输出电压的最大值为36 VB．原、副线圈中电流之比为55∶9C．变压器输入、输出功率之比为55∶9D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz知识点二常见变压器3．如图4所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是( )图4A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表4．如图5所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值U AB＝100 V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值U CD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.图5【方法技巧练】一、变压器动态问题的分析方法5．如图6所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈的电压，则( )图6A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大图7[来源:]6．如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中正确的是( )A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大二、有多个副线圈的理想变压器问题的分析方法7．理想变压器如图8所示，原线圈匝数n1＝1 000匝，两副线圈匝数分别为n2＝600匝，n3＝200匝，当原线圈两端接在220 V的交流电源上时，原线圈上电流为2 A，通过R2的电流为1 A，则通过R3的电流为( )图8A ．10 AB ．7 AC ．3 AD ．1 A8．如图9所示，一台有两个副线圈的理想变压器，原线圈匝数n 1＝1 100匝，接入电压U 1＝220 V 的电路中．图9(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U 2＝6 V ，U 3＝110 V ，它们的匝数n 2、n 3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6 V ，20 W ”、“110 V ，60 W ”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？参考答案课前预习练1．互感原线圈副线圈感应电动势2．匝数之比U 1U 2＝n 1n 2降压变压器升压变压器 3．C [通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S 不变，故磁通量Φ变化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故B 错误；由互感现象知C 正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故D 错误．]4．AB [理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A 、B 正确，C 、D 错误．]5．C [电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比．]课堂探究练1．C [因为灯泡正常发光所以副线圈中的电流[来源:]I 2＝P 出U 2＝60220 A ＝311A根据公式I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2n 1I 2＝120×311 A ＝3220 A ，即电流表的示数应为3220A ，故A 错，C 对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P 入＝P 出可得电源的输出功率为60 W ，故B 选项错误；根据公式U 1U 2＝n 1n 2，得U 1＝n 1n 2U 2＝201×220 V＝4 400 V ，故D 选项错误．]点评变压器的基本规律(1)电压关系：①只有一个副线圈时U 1U 2＝n 1n 2或U 1n 1＝U 2n 2②当有多个副线圈时U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…(2)功率关系：P 入＝P 出：①只有一个副线圈时，P 1＝P 2 ②当有多个副线圈时P 1＝P 2＋P 3＋…(3)电流关系：①只有一个副线圈时，由P 1＝P 2知，I 1U 1＝I 2U 2，得I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1，即I 1I 2＝n 2n 1②当有多个副线圈时，由P 1＝P 2＋P 3＋…知 I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋…，得I 1n 1＝I 2n 2＋I 3n 3＋…2．D [由题图知原线圈电压最大值为220 2 V ，周期T ＝2×10－2s ，故电压有效值为220 V ，频率为50 Hz ；由U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1得输出电压的最大值为36 2 V ，原、副线圈电流之比为9∶55，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.]点评变压器的电压关系、电流关系是各物理量的有效值(或最大值)间的关系，例如公式U 1U 2＝n 1n 2中，若U 1是有效值则U 2就是有效值，若U 1是最大值则U 2就是最大值．3．C [电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多．]点评甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路．它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量．4．200 5解析由理想变压器公式 U 1U 2＝n 1n 2得U CD ＝n 2n 1U AB ＝2×100 V＝200 V ，又由I 2＝U CD R 0＝20040A ＝5 A.点评自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全．变压器的规律都适用于自耦变压器．5．ABD [K 由a 合到b 时，n 1减小而U 1不变，由U 1U 2＝n 1n 2可知副线圈上电压增大，负载R 的电流I 2增大，P 2增大；又由于P 1＝P 2＝U 1I 1，故I 1增大，A 项正确．同理K 由b 合到a 时，P 2减小，B 项正确．P 上滑时，负载电阻R 增大，而U 1、U 2均不变，由I 2＝U 2R 可知I 2减小，又由于n 1、n 2均不变，由I 1I 2＝n 2n 1可知I 1将减小，故C 项错误．当U 1增大时，由U 1U 2＝n 1n 2可知U 2也增大，I 2＝U 2R 增大，再由I 1I 2＝n 2n 1可知I 1增大，故D 项正确．]方法总结此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U 1、U 2)、电流(I 1、I 2)，输入功率、输出功率随匝数比的变化而变化的情况，如选项A 、B ；另一类是原、副线圈的匝数比不变，上述各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，如选项C.处理此类问题时，要根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系．6．BCD [由于输入电压不变，所以S 接通时，理想变压器副线圈M 、N 两端输出电压不变．并联灯泡L 2，负载总电阻变小，由欧姆定律I ＝U R知，流过R 的电流增大，电阻R 上的电压U R ＝IR 增大．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I 1U 1＝I 2U 2得I 2增大，则原线圈输入电流I 1也增大．U MN 不变，U R 变大，所以U L1变小，流过灯泡L 1的电流减小．] 方法总结变压器动态分析问题的思路程序可表示为7．B [由理想变压器变压比公式 U 1U 2＝n 1n 2可得U 2＝U 1n 2n 1＝220×6001 000 V ＝132 V ，由U 1U 3＝n 1n 3可得U 3＝n 3n 1U 1＝200×2201 000V ＝44 V ，根据输入功率等于输出功率有I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3解得I 3＝7 A ，选B]方法总结理想变压器变压比公式 U 1U 2＝n 1n 2，对有一个或n 个副线圈的变压器均适用，而变流比公式I 1I 2＝n 2n 1，只适用于有一个副线圈的变压器，若为两个以上副线圈的变压器，必须用P 入＝P 出，即U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3或n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3来计算．8．(1)30匝 550匝 (2)0.36 A解析 (1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由U 1U 2＝n 1n 2，U 1U 3＝n 1n 3得n 2＝U 2U 1n 1＝6220×1 100匝＝30匝n 3＝U 3U 1n 1＝110220×1 100匝＝550匝(2)设原线圈输入电流为I 1，P 入＝P 出，即 I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＝P 2＋P 3，所以I 1＝P 2＋P 3U 1＝20＋60220A ＝0.36 A方法总结第(1)问中，也可根据原、副线圈每伏电压分配到的匝数相等进行计算．即由n 1U 1＝1 100匝220 V＝5 匝/V ，得匝数n 2＝5×6匝＝30匝，n 3＝5×110匝＝550匝．。

高中物理选修3-2学案9：5.4 变压器

5.4 变压器学习目标1.了解变压器的构造及几种常见的变压器．2.理解互感现象和变压器的工作原理．(重点)3掌握理想变压器的电压和电流与匝数的关系，并能用它解决基本问题．(难点)自主学习知识1 理想变压器1．构造变压器由__________和绕在铁芯上的两个______组成，与交流电源连接的线圈叫________，与负载连接的线圈叫________．2．原理________现象是变压器的工作基础，由于原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的________也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生________________．思考在课外，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，按下图进行实验．则闭合电键后，灯泡是否发光？并解释出现这种现象的原因？判断1．变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化（）2．恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用（）3．变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成（）知识2 理想变压器电压与匝数的关系 1．理想变压器没有_____________的变压器． 2．电压与匝数关系原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的______________，即：U 1U 2＝n 1n 2.思考理想变压器的原、副线圈的电压与匝数成正比，即U 1U 2＝n 1n 2，试探究原、副线圈的瞬时电压与匝数是否也成正比．判断1．在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的（） 2．理想变压器可以改变交变电流的频率（） 3．电流通过铁芯从原线圈流到副线圈（）学生分组探究一变压器的工作原理第1步探究——分层设问，破解疑难1．把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上．接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电流是如何“流到”副线圈中去的？2．探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？第2步结论——自我总结，素能培养1．变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生变化的磁通量，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．2．能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化．第3步例证——典例印证，思维深化例1.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为（）A．3 mA B．0C．48 mA D．与负载R的值有关变压器的作用如果变压器接在直流电路中，原线圈中电流不变，在铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象，变压器起不到变压作用．第4步巧练——精选习题，落实强化1．(多选)关于变压器，下列说法正确的是（）A．变压器的工作原理是电磁感应B．所有变压器的工作基础都是互感现象C．各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作D．只有交变电流接入变压器的原线圈中，变压器才能持续正常工作2．一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列物理量不一定相等的是（） A ．交流的频率 B ．电流的有效值 C ．电功率D ．磁通量的变化率学生分组探究二理想变压器中的几个关系第1步探究——分层设问，破解疑难1．理想变压器有什么特点？实际变压器与理想变压器相比有什么区别？2．若副线圈中有多个线圈时，原、副线圈中U 1U 2＝n 1n 2的关系还成立吗？I 1I 2＝n 2n 1呢？第2步结论——自我总结，素能培养 1．电动势关系由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的ΔΦΔt ，根据法拉第电磁感应定律有E 1＝n 1ΔΦΔt ，E 2＝n 2ΔΦΔt ，所以E 1E 2＝n 1n 2.2．电压关系由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U 1＝E 1，副线圈两端的电压U 2＝E 2，所以U 1U 2＝n 1n 2. 当有多个副线圈时，则有：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3… 3．功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入＝P 出． 4．电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2，得I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1. 当有多个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋… 得I 1n 1＝I 2n 2＋I 3n 3＋…第3步例证——典例印证，思维深化例2.一理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝11∶5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压U 如图所示．副线圈仅接入一个10 Ω的电阻．则（）A．流过电阻的电流是20 AB．与电阻并联的电压表的示数是100 2 VC．经过1分钟电阻发出的热量是6×103 JD．变压器的输入功率是1×103 W第4步巧练——精选习题，落实强化1．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和Ⓐ均为理想电表，灯泡电阻R L＝6 Ω，AB端电压u1＝122sin100πt(V)．下列说法正确的是（）A．电流频率为100 HzB 的读数为24 VC．Ⓐ的读数为0.5 AD．变压器输入功率为6 W2．(多选)将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S 后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A．以下判断正确的是（）A．变压器输入功率为484 WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3学生分组探究三变压器的动态分析第1步探究——分层设问，破解疑难如图所示为理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表．从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，请探究以下几个问题：1．保持滑动变阻器触头P的位置不变，当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？2．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？原线圈的电流、输入功率如何变化？第2步结论——自我总结，素能培养1．电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2U1/n1.2．电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.3．负载制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2；(3)总功率P入＝P线＋P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的．4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.第3步例证——典例印证，思维深化例3.(多选)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是（）A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大第4步巧练——精选习题，落实强化1．用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题．如图所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是（）A．原线圈中电流减小B．副线圈输出电压减小C．R两端的电压增大D．原线圈输入功率减小2．(多选)有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑片Q调节，如图所示，在副线圈的输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电源，则（）A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小解题技巧变压器与分压器的变压辨析变压器(如图甲所示)和分压器(如图乙所示)都能起到改变电压的作用,但二者又有着本质的区别．为了帮助同学们加深对这两种装置的认识，更好地理解和应用它们来解决实际问题，现将二者区别总结如下：1．工作原理不同：变压器是一种“电感性装置”，是根据电磁感应原理工作的；而分压器是一种“电阻性装置”，是根据电阻串联分压原理工作的．2．改变电压的种类不同：变压器只能改变交变电压，不能改变直流电压；而分压器既可改变交变电压，也可改变直流电压．3．电压的调节范围不同：变压器可以使交流电压升高或降低；而分压器不能使电压升高，只能使电压降低．4．受负载影响不同：若在cd间、gh间分别接入负载电阻R0后，对于变压器，U cd不随R0的变化而变化；而对于分压器，U gh随R0的增大而增大，随R0的减小而减小．5．遵循规律不同：理想变压器工作时，穿过铁芯的磁通量是一定的，线圈两端的电压遵循法拉第电磁感应定律，U ab＝E1＝n1ΔΦΔt，U cd＝E2＝n2ΔΦΔt；而分压器工作时，回路电流为定值，遵循欧姆定律，U ef＝IR ef，U gh＝IR gh.例4.甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上110 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为55 V．若分别在c、d两端与g、h两端加上110 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为（）A．220 V，220 V B．220 V，110 VC．110 V，110 V D．220 V，0演练应用.如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交流电压时，C、D间电压为4 V；当M、N 接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V．现把C、D接4 V交流电压，P、Q接4 V直流电压，下面可表示A、B间和M、N间的电压的是（）A．10 V，10 V B．10 V，4 VC．4 V，10 V D．10 V，0——★参考答案★——自主学习知识11．闭合铁芯线圈原线圈副线圈2．互感磁场感应电动势思考[答案]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E ＝n ΔΦΔt＝0.故副线圈中无感应电动势．判断1．√ 2．× 3．√ 知识21．能量损失 2．匝数之比思考[答案]当原线圈电压最大时，电流最大，但电流的变化率为零，此时副线圈中磁场最强，但磁通量的变化率为零，故此时副线圈两端的电压为零，即U 2＝0.可见，原、副线圈的瞬时电压与匝数不成正比．判断1．√ 2．× 3．× 学生分组探究一第1步探究1．[答案]变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，原线圈是利用了互感现象在副线圈中感应出电流的，并不是原线圈的电流直接流到副线圈中去．2．[答案]变压器的铁芯为闭合铁芯，形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化基本相同．第3步例证例1. [解析]当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流．[答案]B第4步巧练1．[解析]变压器之所以能变压，是因为原线圈接交流电源时，有交变电流流过原线圈，引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，所以变压器的工作原理是电磁感应，所以选项A 正确；有一种变压器叫自耦变压器，它只有一个线圈绕在铁芯上，但有三个抽头，可升压、也可降压，这种变压器的工作基础是自感，也就是说，当变压器是利用两个线圈变压时，其工作基础是互感，当变压器是利用一个线圈变压时，其工作基础是自感，所以选项B 错误；变压器要想持续正常工作，原线圈必须接入交变电流，若接入直流电，原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势，变压器不能持续正常工作，所以选项C 错误，D 正确．[答案]AD2．[解析]变压器可以改变原、副线圈中的电流，因此原、副线圈中的电流不一定有相同的有效值，选项B 正确；由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈，因而原、副线圈的磁通量变化率相同，选项D 错误；变压器的工作基础是互感现象，副线圈中感应的交流频率与原线圈中交流频率是相同的，选项A 错误；理想变压器中P 入＝P 出，选项C 错误．[答案]B学生分组探究二第1步探究1．[答案]理想变压器有三个特点：(1)变压器铁芯内无漏磁；(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热．(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率．实际变压器不可避免地存在损耗．2．[答案]副线圈有多个线圈时，原、副线圈中磁通量的变化率ΔΦΔt 始终相同，由U 1＝n 1ΔΦΔt，U 2＝n 2ΔΦΔt 可得：U 1U 2＝n 1n 2，但I 1U 1＞I 2U 2，故I 1I 2＞U 2U 1＝n 2n 1，因此I 1I 2≠n 2n 1. 第3步例证例2. [解析]由电压的有效值和最大值的关系得U 1＝U m 2＝220 V ．根据理想变压器电压与匝数的关系U 1U 2＝n 1n 2，得U 2＝n 2n 1U 1＝511×220 V ＝100 V ，故电压表的示数是100 V ，B 错误；I 2＝U 2R ＝10010 A ＝10 A ，A 错误；1分钟内电阻发出的热量Q ＝I 2Rt ＝102×10×60 J ＝6.0×104 J ，C 错误；变压器的输入功率等于输出功率，即P 入＝P 出＝U 2I 2＝100×10 W ＝1×103 W ，故D 正确．[答案]D第4步巧练1．[解析]由u 1＝122sin100πt (V)可知，U m ＝12 2 V ，ω＝100π Hz ，则频率f ＝ω2π＝50 Hz ，A项错误．U 1＝U m 2＝12 V ，U 2＝n 2n 1·U 1＝6 V ，B 项错误．I 2＝U 2R L ＝1 A ，C 项错误．P 1＝P 2＝U 2I 2＝6 W ，D 项正确．[答案]D2．[解析]对于理想变压器，P 入＝P 出，所以输入功率P 入＝60×2.2 W ＝132 W ，A 错．I 1＝P 入U 1＝132220A ＝0.6 A ，B 正确．正弦式交流电电流的最大值I 2m ＝2I 2＝2.2 2 A ，C 错误．变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝U 1∶U 2＝11∶3，D 正确．[答案]BD学生分组探究三第1步探究1．[答案]理想变压器副线圈输出电压变大，通过负载电阻的电流增大，电压表和电流表的示数均变大，变压器的输出功率变大．2．[答案]对于理想变压器，输入电压一定时，输出电压也一定，当触头P 向上移动过程中，变压器负载电阻变大，由I 2＝U 2R 知I 2变小，故电压表示数不变，电流表示数变小，由I 1I 2＝n 2n 1可知，原线圈中的电流I 1也变小．而由P 2＝U 2I 2，P 1＝I 1U 1可知P 1、P 2均变小．故变压器的输入、输出功率变小．第3步例证例3. [解析]本题是理想变压器的动态分析问题，首先要分清变量和不变量，其次明确各物理量间的制约关系．由于理想变压器输入电压U 1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U 2也不变，灯L 亮度不随P 的滑动改变，故选项A 错误，选项B 正确．P 向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R 总减小，由I 2＝U 2R 总知，通过副线圈的电流I 2增大，输出功率P 2＝U 2I 2增大，再由I 1I 2＝n 2n 1知输入电流I 1也增大，故选项C 错误，D 正确．[答案]BD第4步巧练1．[解析]原线圈输入电压恒定，副线圈输出电压不变，B 错误；当开关S 闭合后，电路中总电阻减小，总电流和总功率变大，原线圈中电流和输入功率都变大，R 两端的电压增大，故C 正确，A 、D 错误．[答案]C2．[解析]保持Q 的位置不动，副线圈匝数不变，由U 1U 2＝n 1n 2知U 2不变，当P 向上滑动时，接入电路中的R 增大，由I 2＝U 2R 0＋R知I 2减小，I 1也减小，故电流表的读数变小，选项B 正确，选项A 错误；保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，副线圈的匝数增多，由U 1U 2＝n 1n 2知U 2增大，由I 2＝U 2R ＋R 0知I2增大，故I1增大，选项C正确，选项D错误．[答案]BC例4. [解析]当a、b两端接110 V电压时，c、d间获得的电压为55 V，说明c、d间线圈的匝数为原线圈a、b间匝数的一半；反过来，当c、d两端接110 V电压时，由电压与匝数的关系知，a、b间电压应为220 V．当e、f两端接110 V电压时，g、h间电压为55 V，说明g、h间电阻为e、f 间电阻的一半；当g、h两端接110 V电压时，其等效电路如图所示．e、g间没有电流，e、g间电压为零，所以e、f间电压与g、h间电压相等，为110 V,故B正确．[答案]B演练应用. [解析]本题考查了变压器和分压器的原理及区别．甲图是一个自耦变压器，当A、B 作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边的电压之比等于线圈的匝数之比．当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V 交流时，A、B间将得到10 V交流．乙图是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流，M、P两端也就没有电势差，即M、P两点的电势相等所以当P、Q接4 V 直流时，M、N两端电压也是4 V.顺便指出，如果M、N或P、Q换成接交流电压，上述关系仍然成立，因为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用．[答案]B。