資源簡介

3.3變壓器
【科技前沿】變壓器升壓的應(yīng)用
1. 電力輸變電領(lǐng)域
在電力輸變電領(lǐng)域中，變壓器扮演著關(guān)鍵的角色。當(dāng)電能從發(fā)電廠輸送到城市或鄉(xiāng)村時，需要經(jīng)過一系列的變電站，而變壓器則用于提高輸電過程中的電壓，以減少輸電損耗。通過升高電壓，電能可以在輸送過程中減少電流的大小，從而減小線路損耗，提高整個電力系統(tǒng)的效率。
2. 工業(yè)領(lǐng)域
在工業(yè)領(lǐng)域中，往往需要根據(jù)不同設(shè)備的電壓需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。變壓器的使用可以將低壓電能轉(zhuǎn)換為高壓電能或反之，滿足不同設(shè)備的要求。特別是在一些大型設(shè)備或機(jī)械的驅(qū)動過程中，對電能的穩(wěn)定輸出是至關(guān)重要的。而升壓變壓器的使用可以有效地提高電能利用率，并保證設(shè)備正常運(yùn)行。
【核心素養(yǎng)目標(biāo)】
物理觀念 了解變壓器的構(gòu)造及工作原理.
科學(xué)思維 掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系．
科學(xué)探究 通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.3
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 通過變壓器知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。
知識點(diǎn)一　變壓器的原理
【情境導(dǎo)入】
1．把兩個沒有用導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連到交流電源的兩端，另一個線圈連到小燈泡上。接通電源，我們會看到小燈泡發(fā)光，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考變壓器的原、副線圈沒有連在一起，原線圈中的電流是如何“流到”副線圈中去的？
2．探究分析變壓器中閉合鐵芯的作用是什么？
【知識梳理】
1．構(gòu)造：由 和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作 ，與負(fù)載連接的線圈叫作 ．
2．原理： 現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，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 ．
【重難詮釋】
1．變壓器的構(gòu)造
變壓器由閉合鐵芯、原線圈、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號分別如圖甲、乙所示．
2．變壓器的工作原理圖
注意　(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率．(2)變壓器只對交變電流起作用，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．
【典例精析】例1．在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的可拆式變壓器進(jìn)行研究，已知鐵芯是由彼此絕緣的硅鋼片平行疊壓而成，為了盡量減小傳遞過程中的能量損失，在實(shí)驗(yàn)中，作為橫擋的鐵芯Q的硅鋼片疊壓方式及放置方法的最佳設(shè)計為下圖的（　　）

A． B．
C． D．
知識點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
【重難詮釋】
1．實(shí)驗(yàn)思路
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．
2．實(shí)驗(yàn)器材
多用電表、可拆變壓器(如圖甲)、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干
3．實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數(shù)．
(2)接通學(xué)生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中．
(3)保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值．
(4)保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線圈匝數(shù)和對應(yīng)的電壓值．
4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論
實(shí)驗(yàn)分析表明，在誤差允許范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即＝.
5．注意事項
(1)在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān)，再進(jìn)行操作．
(2)為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12 V，通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱．
(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量．
【典例精析】
例2．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(guān)系，在實(shí)驗(yàn)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)分別為匝和匝，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10V和0.8V，這與其他小組的正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論明顯不一致。對于這個小組實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因，最有可能的是（　　）
A．原線圈的電阻過大
B．副線圈的電阻太小
C．副線圈的匝數(shù)太少
D．沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A
知識點(diǎn)三　理想變壓器的基本關(guān)系
【情境導(dǎo)入】
變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)來探究。
器材：可拆變壓器、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干
實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按圖示電路連接電路。
(2)原線圈接6 V低壓交流電源，保持原線圈匝數(shù)n1不變，分別取副線圈匝數(shù)n2＝n1、n1、2n1，用多用電表交流電壓擋分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。
(3)原線圈接6 V低壓交流電源，保持副線圈匝數(shù)n2不變，分別取原線圈匝數(shù)n1＝n2、n2、2n2，用多用電表交流電壓擋分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。
總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？
【知識梳理】
1．理想變壓器：沒有 的變壓器叫作理想變壓器，它是一個理想化模型．
(1)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”．
(2)原、副線圈不計電阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”．
(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”．
2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系
理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的 ，即＝.
3．兩類變壓器
副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作 變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作 變壓器．
4. 原線圈中電場的能量轉(zhuǎn)變成 的能量，通過鐵芯使變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈，在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場的能量轉(zhuǎn)化成了 的能量．
【重難詮釋】
1．電壓關(guān)系
(1)只有一個副線圈時，＝.
當(dāng)n2>n1時，U2>U1，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器．
當(dāng)n2(2)有多個副線圈時，＝＝＝…
2．功率關(guān)系
從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出．
3．電流關(guān)系
(1)只有一個副線圈時，U1I1＝U2I2或＝.
(2)當(dāng)有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
【典例精析】
例3．電動汽車無線充電示意圖如圖，若發(fā)射線圈的輸入電壓為、匝數(shù)為1100匝，接收線圈的匝數(shù)為2200匝。若發(fā)射線圈輸出功率為13.2kW，變壓器為理想變壓器，下列說法正確的是（　　）
A．采用直流電流電源也能為電動汽車充電
B．發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相等，均為100Hz
C．副線圈輸出電流的有效值為30A
D．副線圈輸出電壓的峰值為440V
針對訓(xùn)練
一、單選題
1．如圖，可以將電壓升高供給電燈的變壓器是（　　）
A． B．
C． D．
2．隨著生活中的電子設(shè)備越來越多，在不知不覺中各種“理不清”的充電線給我們帶來了困擾。無線充電的引入，讓手機(jī)、智能手表和電動牙刷等設(shè)備擺脫了“充電線”的牽制，如圖1所示，某智能手表正準(zhǔn)備進(jìn)行無線充電，當(dāng)送電線圈接入如圖3所示的交流電源后，送電線圈接有電阻R1，受電線圈接有電阻R2＝4Ω，送電線圈和受電線圈的匝數(shù)比n1：n2＝5：1，此時智能手表處于“超級充電”模式，其兩端的電壓為20V，充電裝置線圈可視為理想變壓器，則下列說法正確的是（　　）

A．送電線圈兩端電壓為220V
B．送電線圈所接電阻R1＝20Ω
C．此充電器在“超級快充”模式下，耗電功率為200W
D．受電線圈中的感應(yīng)電流的磁場總是與供電線圈中電流的磁場方向相反
3．在探究變壓器的兩個線圈電壓關(guān)系時，某同學(xué)自己繞制了兩個線圈A和B，兩線圈的匝數(shù)分別為和，把兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上，組成了一個新變壓器，如圖所示，線圈A作為原線圈連接到學(xué)生電源的交流輸出端，電源輸出的電壓隨時間變化的表達(dá)式為，線圈B接小燈泡和電壓表，若新變壓器可視為理想變壓器，則（　　）

A．電源輸出電壓的頻率為
B．若電壓表的讀數(shù)為，則兩線圈的匝數(shù)比
C．在小燈泡旁邊并聯(lián)一個電阻，電壓表的讀數(shù)變小
D．將線圈A改接在學(xué)生電源的直流輸出端，小燈泡也能持續(xù)發(fā)光
4．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為，原線圈兩端接的交流電源，副線圈兩端接的負(fù)載電阻，電表均為理想交流電表．則下列說法中正確的是（　　）

A．副線圈中輸出交流電的頻率為
B．副線圈中電壓表的示數(shù)為
C．變壓器的輸入功率為
D．原線圈中的電流表A的示數(shù)為
5．如圖甲所示是手機(jī)無線充電工作原理圖，送電線圈接入如圖乙所示交變電流，受電線圈未與手機(jī)連接，則（　　）

A．當(dāng)時，受電線圈中磁通量最大
B．當(dāng)時，cd端電壓最小
C．增大送電和受電線圈的間距，cd端電壓頻率改變
D．增大送電和受電線圈的間距，cd端與ab端電壓之比變小
6．某同學(xué)設(shè)計的家庭電路保護(hù)裝置如圖所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成。當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的是（　　）

A．家庭電路正常工作時，L2中的磁通量不為零
B．家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量變大
C．家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起
D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起
7．如圖所示的理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比，原線圈兩端分別連接光滑導(dǎo)軌和電流表A1，導(dǎo)軌平面處于勻強(qiáng)磁場中且垂直磁場，副線圈與電阻R、電流表A2相連組成閉合回路。當(dāng)金屬棒AB沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線運(yùn)動時，電流表A1的示數(shù)是12mA，那么電流表A2的示數(shù)為（　　）

A．48mA B．3mA C．0mA D．與R值大小有關(guān)
8．“隔空充電”是目前無線充電技術(shù)的主要研究方向，其原理與變壓器相似，在充電基座的送電線圈中接入交變電流（如圖所示），從而使手機(jī)等用電器的受電線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流（如圖所示），若送、受電線圈的匝數(shù)分別為、，兩端電壓的有效值分別為、；流過送、受電線圈的交變電流有效值分別為，頻率分別為，由于兩線圈間存在一定的距離，則在兩線圈中仍成立的關(guān)系是（　　）

A． B．
C． D．
二、多選題
9．利用如圖所示的可拆變壓器可以探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，下列說法中正確的是（ ）

A．為了保證人身安全，可以用4 ~ 6節(jié)干電池作為電源
B．使用電壓表測電壓時，要先用最大量程擋試測
C．變壓器工作時通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈
D．由于漏磁，實(shí)際測得變壓器原、副線圈的電壓比會比原、副線圈的匝數(shù)比略大
10．如圖所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為2：1，原線圈接定值電阻、理想電流表A和理想電壓表，輸入電壓；副線圈接定值電阻，最大電阻為10Ω的滑動變阻器和理想電壓表。則下列說法正確的是（　　）

A．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，通過的電流的頻率變大
B．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，電流表的讀數(shù)變化范圍為A
C．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，電壓表的讀數(shù)變化范圍為52~60V
D．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，電壓表的讀數(shù)變化范圍為0~20V
11．如圖所示的理想變壓器，原線圈電路中有定值電阻R1，阻值為2R0，接入電動勢為的交流電源，內(nèi)阻不計。副線圈電路中定值電阻R2和滑動變阻器R串聯(lián)，R2的阻值和滑動交阻器的最大阻值均為R0，原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，電壓表和電流表均為理想交流電表。在滑動變阻器滑片P從最上端緩慢向下滑動至最下端的過程中，下列說法正確的是（　　）
A．電壓表和電流表的示數(shù)均逐漸變大
B．R1兩端電壓與R2兩端電壓之比始終為1：5
C．通過R2的電流的頻率始終為5Hz
D．R1和R2消耗的總功率逐漸增大
12．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，原線圈EF兩端與寬度m的光滑平行金屬軌道連接，軌道平面水平，磁感應(yīng)強(qiáng)度T的勻強(qiáng)磁場垂直于軌道平面向下。一根阻值不計的金屬桿以的速度在軌道上往復(fù)運(yùn)動，并始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。副線圈GH兩端連接的電路如圖，三個燈泡的電阻均為4Ω，L是直流電阻不計的理想線圈，C是電容器。下列說法正確的是（　　）

A．三個燈泡中最亮，最暗
B．副線圈中電流的頻率為5Hz
C．燈泡的功率為36W
D．若導(dǎo)體棒的運(yùn)動周期變?yōu)?.05s，則燈泡變亮，變暗
13．如圖所示，一鐵芯為“日”字型的理想變壓器，為原線圈，、為副線圈，且。當(dāng)原線圈接最大值為的正弦交流電壓時，通過、線圈的磁感線條數(shù)均為通過線圈磁感線條數(shù)的一半，則（ ）

A．副線圈與原線圈中交變電流的頻率相同
B．副線圈與原線圈中磁通量的變化率相同
C．副線圈的輸出電壓的有效值為55V
D．當(dāng)副線圈開路時，原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率相同
14．如圖是某型號發(fā)電機(jī)給外電路供電的工作示意圖，已知線圈a在均勻的輻向磁場中運(yùn)動時會切割磁感線，產(chǎn)生足夠大感應(yīng)電動勢，兩燈泡、完全相同，變壓器可視為理想變壓器，匝數(shù)，不考慮線圈a的自感現(xiàn)象。下列說法正確的是（　　）

A．若線圈a做勻速運(yùn)動，只有發(fā)光
B．若線圈a做勻速運(yùn)動，和均發(fā)光
C．若線圈a做簡諧運(yùn)動，和均發(fā)光，且更亮
D．若線圈a做簡諧運(yùn)動，和均發(fā)光，且更亮
15．家用燃?xì)鉄崴鞯膬?nèi)部構(gòu)造如圖甲所示，位于底部的脈沖點(diǎn)火器工作原理電路如圖乙所示：點(diǎn)火器電源為2節(jié)的干電池，先利用轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為正弦交變電壓，再將該交變電壓加在理想變壓器的原線圈上，當(dāng)副線圈兩端的放電針之間電壓的最大值超過時就可以高壓放電，所產(chǎn)生的電火花就可點(diǎn)燃燃?xì)狻t下列說法正確的是（　　）

A．圖中電壓表的示數(shù)為
B．點(diǎn)火器正常工作時，每秒點(diǎn)火100次
C．若轉(zhuǎn)換器損壞了，副線圈兩端的放電針依然可以點(diǎn)火
D．只有變壓器的匝數(shù)超過時，點(diǎn)火器才能正常工作3.3變壓器
【科技前沿】變壓器升壓的應(yīng)用
1. 電力輸變電領(lǐng)域
在電力輸變電領(lǐng)域中，變壓器扮演著關(guān)鍵的角色。當(dāng)電能從發(fā)電廠輸送到城市或鄉(xiāng)村時，需要經(jīng)過一系列的變電站，而變壓器則用于提高輸電過程中的電壓，以減少輸電損耗。通過升高電壓，電能可以在輸送過程中減少電流的大小，從而減小線路損耗，提高整個電力系統(tǒng)的效率。
2. 工業(yè)領(lǐng)域
在工業(yè)領(lǐng)域中，往往需要根據(jù)不同設(shè)備的電壓需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。變壓器的使用可以將低壓電能轉(zhuǎn)換為高壓電能或反之，滿足不同設(shè)備的要求。特別是在一些大型設(shè)備或機(jī)械的驅(qū)動過程中，對電能的穩(wěn)定輸出是至關(guān)重要的。而升壓變壓器的使用可以有效地提高電能利用率，并保證設(shè)備正常運(yùn)行。
【核心素養(yǎng)目標(biāo)】
物理觀念 了解變壓器的構(gòu)造及工作原理.
科學(xué)思維 掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系．
科學(xué)探究 通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.3
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 通過變壓器知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。
知識點(diǎn)一　變壓器的原理
【情境導(dǎo)入】
1．把兩個沒有用導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連到交流電源的兩端，另一個線圈連到小燈泡上。接通電源，我們會看到小燈泡發(fā)光，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考變壓器的原、副線圈沒有連在一起，原線圈中的電流是如何“流到”副線圈中去的？
2．探究分析變壓器中閉合鐵芯的作用是什么？
【答案】
　1.變壓器的原、副線圈雖然都套在同一個鐵芯上，但兩線圈是彼此絕緣的，原線圈是利用了互感現(xiàn)象在副線圈中感應(yīng)出電流的，并不是原線圈的電流直接流到副線圈中去。
2．變壓器的鐵芯為閉合鐵芯，形成一個閉合磁路，使副線圈中的磁通量變化與原線圈中的磁通量變化基本相同。
【知識梳理】
1．構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作原線圈，與負(fù)載連接的線圈叫作副線圈．
2．原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，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(yīng)電動勢．
【重難詮釋】
1．變壓器的構(gòu)造
變壓器由閉合鐵芯、原線圈、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號分別如圖甲、乙所示．
2．變壓器的工作原理圖
注意　(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率．(2)變壓器只對交變電流起作用，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．
【典例精析】例1．在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的可拆式變壓器進(jìn)行研究，已知鐵芯是由彼此絕緣的硅鋼片平行疊壓而成，為了盡量減小傳遞過程中的能量損失，在實(shí)驗(yàn)中，作為橫擋的鐵芯Q的硅鋼片疊壓方式及放置方法的最佳設(shè)計為下圖的（　　）

A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】根據(jù)題意可知，由于變壓器工作時會在鐵芯中存在變化的磁通量，為了減小能量傳遞過程中的損失，應(yīng)盡可能使鐵芯中不產(chǎn)生較大的渦流，如圖所示

應(yīng)通過相互絕緣的硅鋼片使平行于的各平面和平行于的各平面都不能形成閉合回路，所以作為橫檔的鐵芯的硅鋼片應(yīng)按照平行于平面的形式設(shè)計。
故選B。
知識點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
【重難詮釋】
1．實(shí)驗(yàn)思路
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．
2．實(shí)驗(yàn)器材
多用電表、可拆變壓器(如圖甲)、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干
3．實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數(shù)．
(2)接通學(xué)生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中．
(3)保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值．
(4)保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線圈匝數(shù)和對應(yīng)的電壓值．
4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論
實(shí)驗(yàn)分析表明，在誤差允許范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即＝.
5．注意事項
(1)在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān)，再進(jìn)行操作．
(2)為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12 V，通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱．
(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量．
【典例精析】
例2．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(guān)系，在實(shí)驗(yàn)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)分別為匝和匝，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10V和0.8V，這與其他小組的正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論明顯不一致。對于這個小組實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因，最有可能的是（　　）
A．原線圈的電阻過大
B．副線圈的電阻太小
C．副線圈的匝數(shù)太少
D．沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A
【答案】D
【解析】根據(jù)變壓器的工作原理可知，如果把圖甲中的鐵芯B組裝到變壓器鐵芯A上，則根據(jù)變壓器變壓比可知
即原、副線圈兩端的電壓之比為4：1，但實(shí)際電壓差距很大，說明該同學(xué)忘記了把圖甲中的鐵芯B組裝到變壓器鐵芯A上，導(dǎo)致“漏磁”，則副線圈兩端的電壓很小，故D正確ABC錯誤。
故選D。
知識點(diǎn)三　理想變壓器的基本關(guān)系
【情境導(dǎo)入】
變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)來探究。
器材：可拆變壓器、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干
實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按圖示電路連接電路。
(2)原線圈接6 V低壓交流電源，保持原線圈匝數(shù)n1不變，分別取副線圈匝數(shù)n2＝n1、n1、2n1，用多用電表交流電壓擋分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。
(3)原線圈接6 V低壓交流電源，保持副線圈匝數(shù)n2不變，分別取原線圈匝數(shù)n1＝n2、n2、2n2，用多用電表交流電壓擋分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。
總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？
【答案】
電壓與匝數(shù)成正比，即 ＝。
【知識梳理】
1．理想變壓器：沒有能量損耗的變壓器叫作理想變壓器，它是一個理想化模型．
(1)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”．
(2)原、副線圈不計電阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”．
(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”．
2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系
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，即＝.
3．兩類變壓器
副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作降壓變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作升壓變壓器．
4. 原線圈中電場的能量轉(zhuǎn)變成磁場的能量，通過鐵芯使變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈，在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場的能量轉(zhuǎn)化成了電場的能量．
【重難詮釋】
1．電壓關(guān)系
(1)只有一個副線圈時，＝.
當(dāng)n2>n1時，U2>U1，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器．
當(dāng)n2(2)有多個副線圈時，＝＝＝…
2．功率關(guān)系
從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出．
3．電流關(guān)系
(1)只有一個副線圈時，U1I1＝U2I2或＝.
(2)當(dāng)有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
【典例精析】
例3．電動汽車無線充電示意圖如圖，若發(fā)射線圈的輸入電壓為、匝數(shù)為1100匝，接收線圈的匝數(shù)為2200匝。若發(fā)射線圈輸出功率為13.2kW，變壓器為理想變壓器，下列說法正確的是（　　）
A．采用直流電流電源也能為電動汽車充電
B．發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相等，均為100Hz
C．副線圈輸出電流的有效值為30A
D．副線圈輸出電壓的峰值為440V
【答案】C
【解析】A．變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，必須通過交流電產(chǎn)生變化的磁場，才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項A錯誤；
B．變壓器不改變交變電流的頻率，頻率應(yīng)為
選項B錯誤；
CD．根據(jù)正弦式交流電中有效值和峰值的關(guān)系可知，原線圈的電壓有效值
根據(jù)變壓器的工作原理有
解得副線圈的有效值
峰值為因?yàn)槔硐胱儔浩髟⒏本€圈的功率相等，則
選項C正確。
故選C。
針對訓(xùn)練
一、單選題
1．如圖，可以將電壓升高供給電燈的變壓器是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】只有交流電才能通過變壓器實(shí)現(xiàn)變壓，且升壓變壓器的原線圈匝數(shù)比副線圈的匝數(shù)要少，滿足上面兩個條件的只有選項B。
故選B。
2．隨著生活中的電子設(shè)備越來越多，在不知不覺中各種“理不清”的充電線給我們帶來了困擾。無線充電的引入，讓手機(jī)、智能手表和電動牙刷等設(shè)備擺脫了“充電線”的牽制，如圖1所示，某智能手表正準(zhǔn)備進(jìn)行無線充電，當(dāng)送電線圈接入如圖3所示的交流電源后，送電線圈接有電阻R1，受電線圈接有電阻R2＝4Ω，送電線圈和受電線圈的匝數(shù)比n1：n2＝5：1，此時智能手表處于“超級充電”模式，其兩端的電壓為20V，充電裝置線圈可視為理想變壓器，則下列說法正確的是（　　）

A．送電線圈兩端電壓為220V
B．送電線圈所接電阻R1＝20Ω
C．此充電器在“超級快充”模式下，耗電功率為200W
D．受電線圈中的感應(yīng)電流的磁場總是與供電線圈中電流的磁場方向相反
【答案】B
【解析】AB．充電電流為
則根據(jù)理想變壓器的規(guī)律有
可得送電線圈中的電流
I1＝1A
交流電源的電壓有效值為
受電線圈兩端的電壓為
根據(jù)理想變壓器的規(guī)律
可得送電線圈兩端電壓為
根據(jù)
解得
R1＝20Ω
故A錯誤，B正確；
C．此充電器在“超級快充”模式下，其耗電功率為
故C錯誤；
D．當(dāng)供電線圈中電流增加時，根據(jù)楞次定律可知，此時受電線圈中感應(yīng)電流的磁場與供電線圈中電流的磁場方向相反，當(dāng)供電線圈中電流減小時，根據(jù)楞次定律可知此時受電線圈中感應(yīng)電流的磁場與供電線圈中電流的磁場方向相同，故D錯誤。
故選B。
3．在探究變壓器的兩個線圈電壓關(guān)系時，某同學(xué)自己繞制了兩個線圈A和B，兩線圈的匝數(shù)分別為和，把兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上，組成了一個新變壓器，如圖所示，線圈A作為原線圈連接到學(xué)生電源的交流輸出端，電源輸出的電壓隨時間變化的表達(dá)式為，線圈B接小燈泡和電壓表，若新變壓器可視為理想變壓器，則（　　）

A．電源輸出電壓的頻率為
B．若電壓表的讀數(shù)為，則兩線圈的匝數(shù)比
C．在小燈泡旁邊并聯(lián)一個電阻，電壓表的讀數(shù)變小
D．將線圈A改接在學(xué)生電源的直流輸出端，小燈泡也能持續(xù)發(fā)光
【答案】B
【解析】A．根據(jù)電源輸出的電壓隨時間變化關(guān)系式有
解得
故A錯誤；
B．線圈A兩端電壓為
根據(jù)電壓匝數(shù)關(guān)系有
故B正確；
C．根據(jù)上述可以解得
可知，在小燈泡旁邊并聯(lián)一個電阻，電壓表的讀數(shù)不變，故C錯誤；
D．變壓器的工作原理是互感，即對交流電才成立，可知，將線圈A改接在學(xué)生電源的直流輸出端，小燈泡不能持續(xù)發(fā)光，故D錯誤。
故選B。
4．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為，原線圈兩端接的交流電源，副線圈兩端接的負(fù)載電阻，電表均為理想交流電表．則下列說法中正確的是（　　）

A．副線圈中輸出交流電的頻率為
B．副線圈中電壓表的示數(shù)為
C．變壓器的輸入功率為
D．原線圈中的電流表A的示數(shù)為
【答案】D
【解析】A．副線圈中輸出交流電的頻率應(yīng)與原線圈相同為
選項A錯誤；
B．初級電壓的有效值為
副線圈中電壓表的示數(shù)應(yīng)為有效值，即
選項B錯誤；
C．變壓器的輸入功率應(yīng)等于輸出功率，即
選項C錯誤；
D．由
的原線圈中的電流表的示數(shù)為
選項D正確。
故選D。
5．如圖甲所示是手機(jī)無線充電工作原理圖，送電線圈接入如圖乙所示交變電流，受電線圈未與手機(jī)連接，則（　　）

A．當(dāng)時，受電線圈中磁通量最大
B．當(dāng)時，cd端電壓最小
C．增大送電和受電線圈的間距，cd端電壓頻率改變
D．增大送電和受電線圈的間距，cd端與ab端電壓之比變小
【答案】D
【解析】A．當(dāng)時，送電線圈的電流為0，則磁通量為0，受電線圈中磁通量最小，故A錯誤；
B．當(dāng)時，送電線圈的電流變化率最大，受電線圈中磁通量變化率最大，受電線圈中感應(yīng)電動勢最大，則cd端電壓最大，故B錯誤；
C．受電線圈中電流的頻率等于送電線圈中電流的頻率，而變壓器不改變電流的頻率，與送電和受電線圈的間距無關(guān)，不會改變cd端電壓頻率，故C錯誤；
D．增大送電和受電線圈的間距，送電線圈在受電線圈處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，cd端電壓減小，所以cd端與ab端電壓之比變小，故D正確。
故選D。
6．某同學(xué)設(shè)計的家庭電路保護(hù)裝置如圖所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成。當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的是（　　）

A．家庭電路正常工作時，L2中的磁通量不為零
B．家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量變大
C．家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起
D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起
【答案】D
【解析】A．家庭電路正常工作時，零線和火線電流相等，鐵芯內(nèi)磁場疊加為0，L2中的磁通量也為零，故A錯誤；
B．家庭電路中使用的電器增多時，零線和火線電流都增大，但是仍然大小相等，方向相反，鐵芯內(nèi)磁場疊加為0，L2中的磁通量仍然為0，故B錯誤；
C．家庭電路發(fā)生短路時，零線和火線電流都很大，但是仍然大小相等，方向相反，鐵芯內(nèi)磁場疊加為0，電磁鐵不工作，不能吸起開關(guān)K，故C錯誤；
D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，零線和火線大小電流不相等，L2中就有感應(yīng)電流，電磁鐵工作，開關(guān)K將被電磁鐵吸起，故D正確。
故選D。
7．如圖所示的理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比，原線圈兩端分別連接光滑導(dǎo)軌和電流表A1，導(dǎo)軌平面處于勻強(qiáng)磁場中且垂直磁場，副線圈與電阻R、電流表A2相連組成閉合回路。當(dāng)金屬棒AB沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線運(yùn)動時，電流表A1的示數(shù)是12mA，那么電流表A2的示數(shù)為（　　）

A．48mA B．3mA C．0mA D．與R值大小有關(guān)
【答案】C
【解析】金屬棒AB沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線運(yùn)動時，在AB中產(chǎn)生恒定不變的感應(yīng)電流，則根據(jù)變壓器的原理可知，次級無感應(yīng)電流，即電流表A2的示數(shù)為0。
故選C。
8．“隔空充電”是目前無線充電技術(shù)的主要研究方向，其原理與變壓器相似，在充電基座的送電線圈中接入交變電流（如圖所示），從而使手機(jī)等用電器的受電線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流（如圖所示），若送、受電線圈的匝數(shù)分別為、，兩端電壓的有效值分別為、；流過送、受電線圈的交變電流有效值分別為，頻率分別為，由于兩線圈間存在一定的距離，則在兩線圈中仍成立的關(guān)系是（　　）

A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】A．送電線圈與受電線圈通過互感實(shí)現(xiàn)能量傳遞，不改變交變電流的頻率，故A正確；
BCD．一部分能量會以電磁波的形式散發(fā)到周圍的空間損失掉，也有一部分能量轉(zhuǎn)化為手機(jī)的內(nèi)能損失掉。所以兩線圈中的
由于傳輸過程中有“漏磁”及能量的損失，則變壓器原副線圈電壓電流與匝數(shù)的定量關(guān)系不再適用，故BCD錯誤。
故選A。
二、多選題
9．利用如圖所示的可拆變壓器可以探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，下列說法中正確的是（ ）

A．為了保證人身安全，可以用4 ~ 6節(jié)干電池作為電源
B．使用電壓表測電壓時，要先用最大量程擋試測
C．變壓器工作時通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈
D．由于漏磁，實(shí)際測得變壓器原、副線圈的電壓比會比原、副線圈的匝數(shù)比略大
【答案】BD
【解析】A．變壓器只能改變交流電源的電壓、電流，故A錯誤；
B．使用電壓表測電壓時，要先用最大量程擋試測，故B正確；
C．變壓器工作時通過鐵芯導(dǎo)磁，利用互感的原理把電能由原線圈輸送到副線圈，故C錯誤；
D．由于漏磁，實(shí)際測得變壓器原、副線圈的電壓比會比原、副線圈的匝數(shù)比略大，故D正確。
故選BD。
10．如圖所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為2：1，原線圈接定值電阻、理想電流表A和理想電壓表，輸入電壓；副線圈接定值電阻，最大電阻為10Ω的滑動變阻器和理想電壓表。則下列說法正確的是（　　）

A．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，通過的電流的頻率變大
B．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，電流表的讀數(shù)變化范圍為A
C．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，電壓表的讀數(shù)變化范圍為52~60V
D．當(dāng)滑動變阻器的滑片從下向上滑動時，電壓表的讀數(shù)變化范圍為0~20V
【答案】CD
【解析】A．理想變壓器不改變交變電流的頻率，即通過的電流的頻率不變，故A錯誤；
BC．輸入電壓的有效值
由變壓器原、副線圈的電壓關(guān)系，得
由電流關(guān)系，得
聯(lián)立可得
其變化范圍為，則電壓表的示數(shù)為
其變化范圍為52~60V，故B錯誤，C正確；
D．電壓表的示數(shù)為
其變化范圍為0~20V，故D正確。
故選CD。
11．如圖所示的理想變壓器，原線圈電路中有定值電阻R1，阻值為2R0，接入電動勢為的交流電源，內(nèi)阻不計。副線圈電路中定值電阻R2和滑動變阻器R串聯(lián)，R2的阻值和滑動交阻器的最大阻值均為R0，原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，電壓表和電流表均為理想交流電表。在滑動變阻器滑片P從最上端緩慢向下滑動至最下端的過程中，下列說法正確的是（　　）
A．電壓表和電流表的示數(shù)均逐漸變大
B．R1兩端電壓與R2兩端電壓之比始終為1：5
C．通過R2的電流的頻率始終為5Hz
D．R1和R2消耗的總功率逐漸增大
【答案】BD
【解析】A．在滑動變阻器滑片P從最上端緩慢向下滑動至最下端的過程中，滑動變阻器的有效值減小，則副線圈的總電阻減小，所以副線圈的電流增大，即電流表的示數(shù)逐漸增大；根據(jù)變壓器的電流比，可知原線圈的電流也增大，故兩端的電壓增大，因交流電源的電動勢有效值不變，所以原線圈兩端的電壓變小，故電壓表的示數(shù)逐漸減小，故A錯誤；
B．設(shè)原線圈的電流為，副線圈的電流為，則的電壓為
U1=I1R1
的電壓為
U2=I2R2
則有
又
解得
故B正確；
C．電源的電動勢的瞬時值表達(dá)式
可知
則交流電的頻率為
因變壓器不會改變交流電的頻率，故通過R2的電流的頻率始終為50Hz，故C錯誤。
D．由A項分析，可知流過原、副線圈的電流都增大，根據(jù)
可知R1和R2消耗的總功率逐漸增大，故D正確。
故選BD。
12．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，原線圈EF兩端與寬度m的光滑平行金屬軌道連接，軌道平面水平，磁感應(yīng)強(qiáng)度T的勻強(qiáng)磁場垂直于軌道平面向下。一根阻值不計的金屬桿以的速度在軌道上往復(fù)運(yùn)動，并始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。副線圈GH兩端連接的電路如圖，三個燈泡的電阻均為4Ω，L是直流電阻不計的理想線圈，C是電容器。下列說法正確的是（　　）

A．三個燈泡中最亮，最暗
B．副線圈中電流的頻率為5Hz
C．燈泡的功率為36W
D．若導(dǎo)體棒的運(yùn)動周期變?yōu)?.05s，則燈泡變亮，變暗
【答案】BC
【解析】A．變壓器中產(chǎn)生交變電流，線圈和電容對交變電流均有一定的阻礙作用，所以三個燈泡亮度不同，亮度最大，A錯誤；
B．根據(jù)角速度與頻率的關(guān)系可知
B正確；
C．原線圈產(chǎn)生的電動勢為
原線圈電壓的有效值
根據(jù)理想變壓器的電壓規(guī)律解得兩端的電壓為
則的功率為
C正確；
D．導(dǎo)體棒的運(yùn)動周期為，根據(jù)周期與頻率的關(guān)系可知交變電流的頻率變?yōu)?br/>頻率變大，線圈對交變電流的阻礙作用增大，則變暗，電容對交變電流的阻礙作用減小，則變亮，D錯誤。
故選BC。
13．如圖所示，一鐵芯為“日”字型的理想變壓器，為原線圈，、為副線圈，且。當(dāng)原線圈接最大值為的正弦交流電壓時，通過、線圈的磁感線條數(shù)均為通過線圈磁感線條數(shù)的一半，則（ ）

A．副線圈與原線圈中交變電流的頻率相同
B．副線圈與原線圈中磁通量的變化率相同
C．副線圈的輸出電壓的有效值為55V
D．當(dāng)副線圈開路時，原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率相同
【答案】ACD
【解析】A．、和線圈中的頻率均相同，選項A正確。
B．由于相同時間內(nèi)原線圈磁通量的改變量為副線圈中的兩倍，故經(jīng)過相同時間磁通量的變化率不相同，B錯誤。
C．由題意
故有
又由
可得
故C正確。
D．在理想變壓器中，由能量守恒可知
當(dāng)副線圈開路，即時
選項D正確。
故選ACD。
14．如圖是某型號發(fā)電機(jī)給外電路供電的工作示意圖，已知線圈a在均勻的輻向磁場中運(yùn)動時會切割磁感線，產(chǎn)生足夠大感應(yīng)電動勢，兩燈泡、完全相同，變壓器可視為理想變壓器，匝數(shù)，不考慮線圈a的自感現(xiàn)象。下列說法正確的是（　　）

A．若線圈a做勻速運(yùn)動，只有發(fā)光
B．若線圈a做勻速運(yùn)動，和均發(fā)光
C．若線圈a做簡諧運(yùn)動，和均發(fā)光，且更亮
D．若線圈a做簡諧運(yùn)動，和均發(fā)光，且更亮
【答案】AD
【解析】AB．若線圈a做勻速運(yùn)動，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈中產(chǎn)生恒定電流，所以發(fā)光，但由于電流不變，所以變壓器副線圈磁通量不變，副線圈中沒有感應(yīng)電流，所以不發(fā)光，故A正確，B錯誤；
CD．若線圈a做簡諧運(yùn)動，線圈中產(chǎn)生交流電，所以副線圈中有感應(yīng)電流，因?yàn)椋愿本€圈中電流小于原線圈電流，所以更亮，故C錯誤，D正確。
故選AD。
15．家用燃?xì)鉄崴鞯膬?nèi)部構(gòu)造如圖甲所示，位于底部的脈沖點(diǎn)火器工作原理電路如圖乙所示：點(diǎn)火器電源為2節(jié)的干電池，先利用轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為正弦交變電壓，再將該交變電壓加在理想變壓器的原線圈上，當(dāng)副線圈兩端的放電針之間電壓的最大值超過時就可以高壓放電，所產(chǎn)生的電火花就可點(diǎn)燃燃?xì)狻t下列說法正確的是（　　）

A．圖中電壓表的示數(shù)為
B．點(diǎn)火器正常工作時，每秒點(diǎn)火100次
C．若轉(zhuǎn)換器損壞了，副線圈兩端的放電針依然可以點(diǎn)火
D．只有變壓器的匝數(shù)超過時，點(diǎn)火器才能正常工作
【答案】BD
【解析】A．由正弦交變電壓可知，最大值為
圖中電壓表的示數(shù)為有效值
故A錯誤；
B．交變電流的頻率為
交變電流一個周期兩次達(dá)到電壓最大值，所以點(diǎn)火器正常工作時，每秒點(diǎn)火100次，故B正確；
C．若轉(zhuǎn)換器損壞了，變壓器不能工作，副線圈兩端沒有電壓，放電針不可以點(diǎn)火，故C錯誤；
D．由變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系，可得
所以只有變壓器的匝數(shù)超過時，點(diǎn)火器才能正常工作，故D正確。
故選BD。

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