高中粤教版 (2019)第三节 变压器导学案

这是一份高中粤教版 (2019)第三节 变压器导学案，共15页。
第三节　变压器
[学习目标]　1.了解变压器的构造及工作原理.2.通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系.3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系．

一、认识变压器
1．变压器：用于改变交流电压的设备．
2．变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与电源连接的线圈称为原线圈，也称为初级线圈．与负载连接的线圈称为副线圈，也称为次级线圈．
3．变压器的工作原理：互感现象是变压器工作的基本原理．当原线圈上加交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，这个交变的磁通量在副线圈内产生感应电动势和感应电流．
二、变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．理想变压器：漏磁、原(副)线圈电阻和其他电磁能量损耗可以忽略不计的变压器．
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝.
3．两类变压器
副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器称为降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器称为升压变压器．
三、理想变压器原、副线圈中的电流
1．功率关系
理想变压器副线圈的输出功率P2和原线圈的输入功率P1相等，即U1I1＝U2I2.
2．电流关系
理想变压器原、副线圈中的电流与它们的匝数成反比，即＝.

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)变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压．(　×　)
(4)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率．(　×　)
(5)理想变压器的输入和输出功率相等．(　√　)
2．一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　250 V　50 kW　5 A
解析　由＝，得U2＝＝ V＝250 V；由理想变压器功率关系，
得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝250×200 W＝50 kW，同时得I1＝＝ A＝5 A.

一、认识变压器
1．变压器的构造
变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图1甲、乙所示．

图1
2．变压器的工作原理
(1)原理
互感现象是变压器工作的基本原理．电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，所以铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流．
(2)原理图解

注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的．
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，原、副线圈的磁通量相等，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，电流不通过铁芯，故D错误．
针对训练1　(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A．原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能
B．铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险
C．变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小
D．当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出
答案　ACD
解析　铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器．故选A、C、D.
二、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．理论推导
(1)原线圈接交变电流时，在铁芯中产生变化的磁通量，在原、副线圈中产生的感应电动势分别为：e1＝n1，e2＝n2，所以＝.
(2)原、副线圈两端电压的数值等于对应的感应电动势，即U1＝e1，U2＝e2，所以＝.
2．实验探究
(1)实验器材
多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图2所示)

图2
(2)进行实验
①保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．实物接线如图3所示．


图3
将实验数据记录到表1中．
次数
n1/匝
n2/匝

U1/V
U2/V

1
400


5


2
400


5


3
400


5



表1
②保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响．
将实验数据记录到表2中．
次数
n1/匝
n2/匝

U1/V
U2/V

1

100

5


2

100

5


3

100

5



表2
(3)实验结论
原、副线圈的电压之比等于匝数之比.
(多选)如图4所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是(　　)

图4
A．用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈
B．测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表
C．原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压大于原线圈电压
D．为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响
答案　AD
解析　变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆变压器研究，选项A、D正确．变压器只对交流电压有作用，故不能用直流电压表测量原、副线圈的电压，选项B错误．根据输入、输出电压之比等于原、副线圈匝数之比可知，原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压小于原线圈电压，选项C错误．
针对训练2　如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
A线圈的匝数为nA＝____________.(用所测物理量符号表示)
答案　见解析
解析　①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈．
②把低压交流电源接B线圈，用多用电表交流电压挡测得绕制的线圈的输出电压U.
③用A线圈换下绕制的线圈，用多用电表交流电压挡测得A线圈的输出电压UA.
nA＝n.
三、理想变压器的基本关系
1．电压关系
(1)只有一个副线圈时，＝.
当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器．
当n2