資源簡介

(共60張PPT)
第三章　交流電
3.變壓器
第*頁
核心素養：1.了解理想變壓器的概念，解釋自然現象，解決實際問題. 2.理解變壓器 的工作原理，并運用電磁感應的規律進行解釋. 3.實驗探究電壓、電流與匝數的關 系. 4.了解變壓器在實際中的應用，如無線充電技術等.
第*頁
研習任務一　變壓器的結構與原理
教材　認知
　
甲 乙
閉合鐵芯　
交流電源　
初級線圈　
負載　
次級線圈　
互感　
副　
感應電動勢　
不改變　
研習　經典
A. 穿過通有正弦交變電流的原線圈的磁通量不變
B. 穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都相等
C. 穿過副線圈的磁通量變化使得副線圈產生感應電動勢
D. 原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
解析：通有正弦交變電流的原線圈產生的磁通量是按照正弦規律周期性變化的，故A 錯誤；由于是理想變壓器，穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都相等，故B正確； 穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動勢，符合法拉第電磁感應定律，故 C正確；變壓器的工作原理是互感現象，原、副線圈并沒有直接相連，故D錯誤.
BC
對應　訓練
A. 每匝線圈中磁通量的變化率
B. 交變電流的頻率
C. 原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
D. 原線圈的感應電動勢和副線圈的感應電動勢
解析：理想變壓器的原、副線圈磁通量任何時候都相等，所以變化率也相同，故A正 確；變壓器不改變交流電頻率，即頻率相同，故B正確；理想變壓器不計線圈內阻， 不漏磁，不產生渦流，所以功率相等，故C正確；原線圈的感應電動勢和副線圈的感 應電動勢由輸入電壓和匝數比決定，當匝數不同時，電動勢不同，故D錯誤.
ABC
第*頁
研習任務二　理想變壓器的基本關系
教材　認知
1. 電壓關系
2. 功率關系
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. 電流關系
（2）當有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋….
研習　經典
A. 理想變壓器能夠使電壓升高，同時電流變大
B. 原、副線圈具有相同的磁通量及變化率，產生的感應電動勢也相同
C. 原、副線圈沒有電阻，鐵芯中不會產生渦流
D. 原線圈往往匝數少，繞線粗，電流大
解析：理想變壓器原、副線圈功率相等，即U1I1＝U2I2，不可能同時使電壓升高，電 流增大，A錯誤；原、副線圈匝數不同，感應電動勢不同，B錯誤；理想變壓器不考 慮繞線銅損，鐵芯的鐵損，可以認為線圈無電阻，鐵芯不產生渦流，C正確；原、副 線圈中匝數少的一邊，電流大，繞線粗，但不一定作為原線圈使用，D錯誤.
C
對應　訓練
A. 接收線圈的輸出電壓約為8 V
B. 接收線圈與發射線圈中電流之比約為22∶1
C. 發射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同
D. 穿過發射線圈的磁通量變化率與穿過接收線
圈的相同
AC
第*頁
研習任務三　幾種常見的變壓器
合作　討論
變壓器在我們生活當中非常常見，請列舉出幾個生活中常見的變壓器.
提示：街頭變壓器把高電壓降為220 V的民用電壓；手機充電器也是變壓器，把220 V 的電壓降為5 V的低電壓；家用電器里面也有小型的變壓器.
教材　認知
1. 自耦變壓器
如圖甲、乙所示是自耦變壓器的示意圖.這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈. 如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈 的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓.
　 　
甲 乙 丙
調壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構造如圖丙所示.線圈AB繞在一個圓環形的鐵 芯上，AB之間加上輸入電壓U1，移動滑動觸頭P的位置就可以調節輸出電壓U2.
2. 互感器
交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流.互感器是 利用變壓器的原理來測量高電壓或大電流的儀器.
（1）電壓互感器：實質是降壓變壓器，可以把高電壓變成低電壓.（如圖甲所示）
（2）電流互感器：實質是升壓變壓器，可以把大電流變成小電流.（如圖乙所示）
　
甲 乙
研習　經典
A
A. 是一種降壓變壓器
B. 能測量直流電路中某一用電器兩端的電壓
C. 原、副線圈中電流的頻率不同
D. 副線圈兩端的電壓高于原線圈兩端的電壓
名師點評
　　高中階段接觸到的變壓器原理都是一樣的，無論是互感器還是自耦變壓器只要正 確判斷出原線圈和副線圈，就可以用理想變壓器的相關知識去解決問題.
對應　訓練
A. U2＞U1
B. R中電流的頻率增大
C. R中電流的有效值增大
D. 變壓器輸入功率減小
D
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研習任務四　實驗：探究變壓器的電壓與匝數的關系
教材　認知
一、實驗目的
研究變壓器電壓與線圈匝數間的定量關系.
二、實驗器材
可拆變壓器、低壓交流電源、交流電壓表、帶夾的導線.
三、實驗原理與設計
當交流電壓接入原線圈時，它所產生的變化的磁場就會在副線圈中產生感應電動勢.
采用控制變量法（原線圈輸入的電壓是一定的）：
（1）n1一定，研究n2和U2的關系.
（2）n2一定，研究n1和U2的關系.
四、實驗步驟
1. 保持原線圈的匝數n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數n2，研究n2對副線圈電壓U2 的影響.實物接線如圖所示.
甲 乙
　　　
（1）選擇n1＝400，用導線將變壓器原線圈接在學生電源的交流輸出接線柱上.
（2）將選擇開關調至5 V，使原線圈兩端電壓為5 V，如圖甲所示.
（3）將多用電表與副線圈200匝的接線柱相連接，如圖乙所示，讀出副線圈兩端的電 壓，將數據記入表格一中.
（4）保持n1＝400匝，U1＝5 V不變，將多用電表與副線圈800匝的接線柱相連接，如 圖丙所示.讀出副線圈兩端的電壓，將數據記入表格一中.
丙 丁
（5）保持n1＝400匝、U1＝5 V不變，將多用電表與副線圈1 400匝的接線柱相連接， 如圖丁所示.讀出副線圈兩端的電壓，將數據記入表格一中.
表格一
實驗次數 1 2 3
n2/匝
U2/V
2. 保持副線圈的匝數n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數對副線圈電壓 的影響.
（1）將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈.
（2）選擇n2＝400匝，用導線將變壓器原線圈接在學生電源的交流輸出接線柱上.
（3）將選擇開關撥至5 V擋.
（4）將連接電源的兩根導線與原線圈n1＝200匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的 電壓，將數據記入表格二中.
（5）保持n2＝400匝，U1＝5 V不變，將連接電源的兩根導線與原線圈n1＝800匝的接 線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓，將數據記入表格二中.
（6）保持n2＝400匝，U1＝5 V不變，將連接電源的兩根導線與原線圈n1＝1 400匝的 接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓，將數據記入表格二中.
表格二
實驗次數 1 2 3
n1/匝
U2/V
（7）拆除實驗線路，整理好實驗器材.
五、實驗數據處理
分析表格一和表格二可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓之比等于兩個線圈的匝數 之比.
六、注意事項
1. 由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴格相等造成誤差.
2. 原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗（銅損），造成誤差.
3. 鐵芯中產生渦流（鐵損），使得鐵芯發熱，造成誤差.
研習　經典
[典例4]　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的關 系”.可拆變壓器如圖甲、乙所示.
　　甲　可拆變壓器零部件　乙　組裝后的變壓器　
CDF
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大于副線 圈匝數，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 數的關系，用到控制變量法，可以先保持原線圈電壓、匝數不變，改變副線圈的匝 數，研究副線圈匝數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的擋位進行測量，故D正確； 變壓器的工作原理是電磁感應現象，即不計各種損耗，在原線圈上將電能轉化成磁場 能，在副線圈上將磁場能轉化成電能，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正確.
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，小燈泡的亮度將保持不變
C. 若僅增加副線圈繞制的圈數，學生電源的過載指示燈可能會亮起
AC
丙
解析：（2）與變壓器未通電時相比較，通電時，線圈產生磁性，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，根據變壓比可知，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，根據電壓比可知，輸出電壓增大，根據歐姆定律可知，輸出電流增大，根據電流比可知，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.
名師點評
　　本實驗用的是交流電源，所以一定要用交流電壓表，這也是高中物理中僅有的使 用交流電壓表的實驗.
對應　訓練
4. 在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗中，實驗室中備有下列可 供選擇的器材：
A. 可拆變壓器（鐵芯、兩個已知匝數的線圈）
B. 條形磁鐵
C. 直流電源
D. 多用電表
E. 開關、導線若干
解析：（1）由本實驗的實驗原理可知，本實驗不必用到的器材是條形磁鐵和直流電 源，故選B、C.
解析：（2）為使實驗安全，本實驗用到的電源是學生電源，且利用低壓交流擋.
B、C　
（低壓）交流電源　
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課時作業（十一）
[基礎訓練]
A. U1＜U2 B. I1＜I2
C. P1＞P2 D. f1＞f2
解析：電磁打點計時器使用的變壓器為降壓變壓器，所以副線圈中電壓小、電流大， 變壓器不改變功率和頻率.
B
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A. 恒定磁場對靜置于其中的電荷有力的作用
B. 小磁針N極在磁場中的受力方向是該點磁感應強度的方向
C. 正弦交流發電機工作時，穿過線圈平面的磁通量最大時，電流最大
D. 升壓變壓器中，副線圈的磁通量變化率大于原線圈的磁通量變化率
解析：恒定磁場對速度不平行于磁感線的運動電荷才有力的作用，A錯誤；小磁針N 極在磁場中的受力方向是該點磁感應強度的方向，B正確；正弦交流發電機工作時， 穿過線圈平面的磁通量最大時，電流為0，C錯誤；根據變壓器的原理可知，副線圈 中磁通量的變化率小于或等于原線圈中磁通量的變化率，D錯誤.
B
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A. 只增加b線圈的匝數，電壓表的示數一定增大
B. 只增加a線圈的匝數，電壓表的示數一定增大
C. 同時增加a、b兩線圈的匝數，電壓表的示數一定增大
D. 只改變a線圈兩端的電壓，電壓表的示數不變
A
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B. 電流表的讀數為1 A
D. 副線圈輸出交流電的周期為50 s
B
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A. 原、副線圈的匝數之比為7∶1
B. 原、副線圈的匝數之比為6∶1
C. 此時燈泡L1和L2的功率之比為7∶1
D. 此時燈泡L1和L2的功率之比為6∶1
B
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A. 當線圈1輸入電壓為220 V時，線圈2輸出電壓為110 V
B. 當線圈1輸入電壓為220 V時，線圈2輸出電壓為55 V
C. 當線圈2輸入電壓為110 V時，線圈1輸出電壓為220 V
D. 當線圈2輸入電壓為110 V時，線圈1輸出電壓為440 V
B
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A. A1示數不變，V1示數不變，L1變亮
B. A2示數變大，V2示數變大，L1變暗
C. A1示數變大，變壓器輸出功率變大，A1與A2示數的比值不變
D. V2示數變大，變壓器輸出功率變大，V1與V2示數的比值不變
C
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解析：根據理想變壓器的規律可知，理想變壓器原線圈接入電壓有效值不變， V1示數不變，則副線圈輸出電壓不變，V2示數不變，V1與V2示數的比值不變； 開關S閉合后，變壓器副線圈的負載電阻減小，V2不變，則燈泡L1的亮度不變， 由歐姆定律可知，副線圈輸出電流變大，即電流表A2示數變大，則變壓器的輸 出功率變大，根據變流比可知，原線圈輸入電流變大，即電流表A1示數變大， 由于理想變壓器滿足P2＝P1，V1與V2示數的比值不變，所以A1與A2示數的比值 不變，故C正確，A、B、D錯誤.
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甲 乙
C
A. 交流電的頻率為0.02 Hz
C. 電阻R2的電功率約為6.67 W
D. 通過R3的電流始終為零
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[能力提升]
圖（a） 圖（b）
D
B. 兩點火針間電壓的有效值一定大于5 000 V
C. 在0～0.5×10－2 s時間內，通過原、副線圈導線橫截面的電荷量相等
D. 當n2∶n1＞100時，才能點燃燃氣
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C
A. 這種電流表也能測交流電壓
B. 這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數為0.3 A
C. 這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數為2.7 A
D. 這種電流表能測交流電流，圖（b）中電流表指針周期性擺動
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11. 在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數的關系”實驗中，可拆變壓器如圖所示.
A. 整塊硅鋼鐵芯
B. 整塊不銹鋼鐵芯
C. 絕緣的銅片疊成
D. 絕緣的硅鋼片疊成
D　
解析：（1）變壓器的鐵芯是絕緣的硅鋼片疊成的，故選D.
少　
解析：（2）觀察兩個線圈的導線，發現粗細不同，因為匝數少的電流大、電壓小，所以導線粗，即導線粗的線圈匝數少.
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A B
C D
BD　
解析：（3）實驗中需要交流電源和交流電壓表（多用電表），不需要干電池和直流電壓表，故選BD.
A. 2 V B. 12 V C. 50 V
B　
解析：（4）為了人身安全，低壓交流電源的電壓不要超過12 V，故選B.
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A. 1.5 V B. 6.0 V C. 9.0 V
C　
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A. 控制變量法
B. 等效替代法
C. 整體隔離法
A　
解析：（6）實驗中需要運用的科學方法是控制變量法，故選A.
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12. 如圖為某人設計的電吹風電路圖，a、b、c、d為四個固定觸點.可動的扇形金屬 觸片P可同時接觸兩個觸點.觸片P處于不同位置時，電吹風可處于停機、吹熱風和吹 冷風三種工作狀態.n1和n2分別是理想變壓器原、副線圈的匝數.該電吹風的各項參數 如表所示.
熱風時輸入功率 460 W
冷風時輸入功率 60 W
小風扇額定電壓 60 V
正常工作時小風扇輸出功率 52 W
（1）吹冷風時觸片P位于怎樣的位置？
答案：（1）觸片P與觸點b、c接觸　
解析：（1）當電吹風送出來的是冷風時，電路中只有小風扇自己工作，觸片P與觸點 b、c接觸.
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（2）由表格中數據計算出小風扇的內阻是多少？
答案：（2）8 Ω
解得小風扇的內阻是r＝8 Ω.
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（3）變壓器原、副線圈的匝數比n1∶n2是多少？
答案：（3）11∶3
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