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高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 科学探究:变压器课文内容课件ppt
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 科学探究:变压器课文内容课件ppt，共52页。PPT课件主要包含了课前自主学习，变压器的构造，闭合的铁芯，原线圈，初级线圈，副线圈，次级线圈，输入电压，输出电压，交变电压U1等内容，欢迎下载使用。
一、变压器的工作原理 任务驱动 如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？提示：不能。变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生。
(1)变压器由___________和绕在铁芯上的两个或多个_____组成，变压器的模型与符号如图：(2)通常把与电源相连的线圈称为_______或_________，与负载相连的线圈称为_______或_________。(3)原线圈两端的电压又称为_________，用符号__表示；副线圈两端的电压又称为_________，用符号__表示。
2.变压器的工作原理：当变压器的原线圈加上__________时，原线圈中就有__________通过，并在铁芯中产生___________，铁芯中的_______就会变化。由于副线圈在同一铁芯上，铁芯中磁通量的变化便会在副线圈上产生___________。3.能量传递：电能从原线圈通过_____传输给副线圈。
二、理想变压器的电压与匝数的关系 任务驱动 副线圈输出电压和哪些因素有关呢？提示：输入电压，原、副线圈的匝数。
1.理想变压器：没有_________的变压器叫作理想变压器。2.理想变压器的电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比等于_______________之比，即：_______。3.两类变压器：(1)当n2>n1时，U2>U1，这种变压器称为升压变压器；(2)当n2
【问题探究】(1)变压器的结构是怎样的？提示：主要构造有闭合铁芯、原线圈和副线圈。(2)为什么原、副两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流？变压器能够改变恒定电流的电压吗？提示：互感现象是变压器工作的基础。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，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，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。恒定不变的电流不能产生变化的磁场，不满足产生感应电动势的条件，所以变压器不能够改变恒定电流的电压。
(3)变压器是靠互感现象工作的，试探究变压器能否改变交流电的频率。提示：变压器在工作时，原、副线圈磁通量的变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率。
【结论生成】1.变压器的原理：变压器的工作原理是互感现象，原线圈中交变电流→铁芯中产生交变磁通量→副线圈中产生感应电动势E2→副线圈中交变电流。(物理观念)2.注意的三个问题：(物理观念)(1)记住变压器的电路符号，与原线圈对应的物理量U1、I1、n1，与副线圈对应的物理量U2、I2、n2。其中的电压值U1及U2、电流值I1及I2都是指交变电流的有效值。(2)变压器只能在交变电流下工作，若输入的是恒定的直流电流，则变压器无法输出，即U2=0，I2=0，变压器只能改变交变电压。(3)变压器不能改变交变电流的频率。
【典例示范】如图所示，一蓄电池连接在低压交流变压器上，闭合开关会观察到什么现象？你能解释这种现象发生的原因吗？
【解析】可以观察到闭合开关瞬间灯泡发光，然后熄灭。原因是：恒定电压加在原线圈上瞬间，线圈内的磁通量发生变化，因而副线圈中的磁通量也发生变化，所以由E=n 知，副线圈中有感应电动势，灯泡闪亮，之后原线圈中电流恒定，线圈内的磁通量恒定不变，副线圈中无电动势，因而灯泡熄灭。答案：见解析
【规律方法】变压器的特点和作用(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。(2)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。(3)变压器不能改变交变电流的频率。(4)若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压。(5)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0。
【探究训练】1.下列关于变压器的说法正确的是( )A.变压器工作的基础是自感现象B.在原线圈中，电能转化为磁场能C.电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起D.变压器对恒定电流也能变压【解析】选B。变压器工作的基础是原、副线圈的互相感应，并不是自感现象，在原线圈中电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，变压器只能对变化的电流有变压作用，综上所述，只有B正确。
2.一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等( )A.交流的频率 B.电流的有效值C.电功率D.磁通量变化率【解析】选B。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，所以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；变压器的工作基础是电磁感应，副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的；理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率。
【补偿训练】1.(多选)关于理想变压器，下列说法正确的是( )A.变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压B.实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器C.理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的频率D.输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能【解析】选A、B、D。易知A、B正确；理想变压器无能量损耗，改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率，C错误；变压器工作的原理是互感现象，输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能，D正确。
2.(多选)关于变压器的构造和工作原理，下列说法中正确的是( )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，是为了防止将原、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
【解析】选A、C、D。闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁场很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈中，故选项A正确。若用整块金属做铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生感应电流，导致铁芯发热，烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误。对于正弦式交变电流，铁芯中磁通量的变化率正比于原线圈中电流的变化率，在副线圈中，感应电动势正比于磁通量的变化率，因此感应电动势的变化随着磁通量变化率的变化而变化，所以副线圈输出交变电流的频率等于输入交变电流的频率，故选项C正确。由电磁感应定律知，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故选项D正确。
主题二 理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系任务1 探究变压器电压与线圈匝数的关系【实验情境】如图为可拆变压器：
【问题探究】1.利用可拆变压器探究变压器电压与匝数间的关系要注意些什么？提示：(1)先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响。(2)保持副线圈的匝数不变，改变原线圈的匝数，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。(3)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V。
2.通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验，得到的结论是什么？提示：变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，即
任务2 理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系【实验情境】将可拆变压器的铁芯由不闭合到闭合，观察接在副线圈两端的小灯泡亮度变化.
【问题探究】1.小灯泡为什么会变亮？提示：若无铁芯或铁芯不闭合时，原线圈中的磁通量只有一小部分贯穿副线圏。 有了闭合铁芯，由于铁芯被磁化，绝大部分磁通量集中在铁芯内部，贯穿副线圈，大大增强了变压器传输电能的作用。
2.理想变压器与一般变压器有什么不同？提示：理想变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率，效率是100%。一般变压器工作时有能量损失，线圈和铁芯上都会产生热量，而造成电能损失，效率不可能是100%。
3.从理想变压器模型出发，结合变压器原、副线圈中的电压与匝数的关系，请推导出变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系。提示：理想变压器的输入功率等于输出功率，即U1I1=U2I2，又因为 ，所以
4.理想变压器的U1、U2，I1、I2，P1、P2之间谁决定谁呢？提示：(1)电压：变压器的原、副线圈的匝数比 一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2= U1。(2)电流：变压器的原、副线圈的匝数比 一定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2决定，即I1= I2。(3)功率：①变压器的输出功率由负载决定，变压器的输出功率等于各个负载消耗的功率之和，即P2=P负1+P负2+… ②变压器的输入功率由输出功率决定，即P1=P2。
【结论生成】1.理想变压器中的几个关系：(科学思维)
2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(科学思维)(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。
【典例示范】【例1】一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，如图所示，问： (1)这是升压变压器还是降压变压器？(2)当原线圈接一个44 V直流电源时，电压表示数是多少？(3)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数是多少？
【解析】(1)由n2
【解析】选B、D。电流表测得的是电流的有效值，故A错误；从中性面时开始计时，矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsinωt，故B正确；当P位置向上移动、R不变时，副线圈匝数减小，根据理想变压器的变压比公式 ，输出电压变小，故电流变小，故电流表读数变小，故C错误，D正确。
【规律方法】变压器的动态分析的思路(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻的变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器原、副线圈间的电流关系和电功率关系判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。
【探究训练】1.一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为( )A.200 B.400 C.1 600 D.3 200【解析】选B。根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系 得n2= =400，选项B正确。
2.(多选)如图所示为一理想变压器。S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑片，U1为变压器原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则( ) A.保持U1及P的位置不变，S由a合到b上时，I1将减小B.保持P的位置及U1不变，S由b合到a上时，R消耗的功率减小C.保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大
【解析】选B、D。S由a合到b时，n1减小而U1不变，由 可知，副线圈上的电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大，又由于P1=P2=U1I1，故I1增大，A项错误；同理S由b合到a时，P2减小，B项正确；P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2= 可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由 可知I1将减小，故C项错误；当U1增大时，由 可知U2也增大，I2= 增大，再由 可知I1增大，故D项正确。
【补偿训练】1.如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则( ) A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变
【解析】选B。由于家庭电路上理想变压器为降压变压器，故n1>n2，当原、副线圈减少相同的匝数时，其变压比 变大，根据 ，因U1一定，U2变小，根据P= 可知，小灯泡变暗，选项A错误，选项B正确；由 知，原、副线圈两端电压的比值变大，选项C错误；根据 则通过原、副线圈电流的比值变小，选项D错误。
2.(多选)国家电网公司推进智能电网推广项目建设，拟新建智能变电站1 400座。变电站起变换电压作用的设备是变压器，如图所示，理想变压器原线圈输入电压u=200 sin100πt(V)，电压表、电流表都为理想电表。则下列判断正确的是( )A.输入电压有效值为200 V，电流频率为50 HzB.S打到a处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电压表示数都增大C.S打到a处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电流表的示数都减小D.若变阻器的滑片不动，S由a处打到b处，电压表V2和电流表A1的示数都减小
【解析】选A、D。输入电压的最大值U1m=200 V，有效值U1= =200 V，由瞬时值公式知，角速度ω=100π rad/s，电流频率f= =50 Hz，故A正确；S打到a处，变阻器的滑片向下滑动时，由 知U2不变即V2示数不变，副线圈接入电路的电阻减小，所以电流表A2的示数变大，故B、C错误；若变阻器的滑片不变，S由a处打到b处，副线圈匝数减少，输入电压不变，输出电压减少，电压表V2示数减少，输出功率P2= 减少，根据输入功率等于输出功率，P1=U1I1减少，U1不变，则I1减少，即电流表A1的示数减小，故D正确。
1.(多选)如图为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是( ) A.图中M是闭合的铁芯B.发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出C.电流以铁芯为通路，从一个线圈流到另一个线圈D.变压器是根据电磁感应原理工作的
【解析】选A、D。由题意知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端，接发电机，Ⅰ为输出端，B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以C项错。变压器是根据电磁感应原理工作的，原线圈的磁通量变化引起副线圈的磁通量的变化，副线圈中从而产生感应电动势，选项D正确。故选A、D。
2.一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原来线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( ) A.1 100，360 B.1 100，180C.2 200，180 D.2 200，360
【解析】选B。对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n1= =1 100，同理可得变压器烧坏前n2= =180，故B正确。
3.对于理想变压器，下列说法中不正确的是( )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着副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电压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【解析】选D。原线圈的电压决定副线圈的电压，即使副线圈开路也是如此，副线圈电压在开路时也不会为零；原线圈的电流由副线圈的电流决定，当副线圈电流为零(增大)时，原线圈电流也为零(增大)；输出功率决定输入功率，输出功率变大时，输入功率也变大，且二者总相等，故不正确的选项为D。
4.(多选)(2020·全国Ⅲ卷)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10 Ω，R3=20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是( )A.所用交流电的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
【解析】选A、D。由图(b)可知，T=0.02 s，所以f=50 Hz，A正确；由图(b)可知电流i2的最大值为Im= A，故有效值I2= =1 A，R2两端的电压U2=I2R2=10 V，由理想变压器的电压特点 可得原线圈的两端电压U1=100 V，所以电压表的示数为UV=220 V-100 V=120 V，B错误；由欧姆定律得IA= =0.5 A，C错误；变压器副线圈的电流I=1 A+0.5 A=1.5 A，变压器传输的电功率P=U2I=10 V×1.5 A=15.0 W，D正确。
【补偿训练】如图所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R。开始时，开关S断开，当S闭合时，下列说法正确的是( )A.交流电压表的示数变大 B.灯泡L1更亮C.交流电流表的示数增大D.变压器的输出功率减小
一、变压器的工作原理 任务驱动 如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？提示：不能。变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生。
(1)变压器由___________和绕在铁芯上的两个或多个_____组成，变压器的模型与符号如图：(2)通常把与电源相连的线圈称为_______或_________，与负载相连的线圈称为_______或_________。(3)原线圈两端的电压又称为_________，用符号__表示；副线圈两端的电压又称为_________，用符号__表示。
2.变压器的工作原理：当变压器的原线圈加上__________时，原线圈中就有__________通过，并在铁芯中产生___________，铁芯中的_______就会变化。由于副线圈在同一铁芯上，铁芯中磁通量的变化便会在副线圈上产生___________。3.能量传递：电能从原线圈通过_____传输给副线圈。
二、理想变压器的电压与匝数的关系 任务驱动 副线圈输出电压和哪些因素有关呢？提示：输入电压，原、副线圈的匝数。
1.理想变压器：没有_________的变压器叫作理想变压器。2.理想变压器的电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比等于_______________之比，即：_______。3.两类变压器：(1)当n2>n1时，U2>U1，这种变压器称为升压变压器；(2)当n2
【问题探究】(1)变压器的结构是怎样的？提示：主要构造有闭合铁芯、原线圈和副线圈。(2)为什么原、副两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流？变压器能够改变恒定电流的电压吗？提示：互感现象是变压器工作的基础。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，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，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。恒定不变的电流不能产生变化的磁场，不满足产生感应电动势的条件，所以变压器不能够改变恒定电流的电压。
(3)变压器是靠互感现象工作的，试探究变压器能否改变交流电的频率。提示：变压器在工作时，原、副线圈磁通量的变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率。
【结论生成】1.变压器的原理：变压器的工作原理是互感现象，原线圈中交变电流→铁芯中产生交变磁通量→副线圈中产生感应电动势E2→副线圈中交变电流。(物理观念)2.注意的三个问题：(物理观念)(1)记住变压器的电路符号，与原线圈对应的物理量U1、I1、n1，与副线圈对应的物理量U2、I2、n2。其中的电压值U1及U2、电流值I1及I2都是指交变电流的有效值。(2)变压器只能在交变电流下工作，若输入的是恒定的直流电流，则变压器无法输出，即U2=0，I2=0，变压器只能改变交变电压。(3)变压器不能改变交变电流的频率。
【典例示范】如图所示，一蓄电池连接在低压交流变压器上，闭合开关会观察到什么现象？你能解释这种现象发生的原因吗？
【解析】可以观察到闭合开关瞬间灯泡发光，然后熄灭。原因是：恒定电压加在原线圈上瞬间，线圈内的磁通量发生变化，因而副线圈中的磁通量也发生变化，所以由E=n 知，副线圈中有感应电动势，灯泡闪亮，之后原线圈中电流恒定，线圈内的磁通量恒定不变，副线圈中无电动势，因而灯泡熄灭。答案：见解析
【规律方法】变压器的特点和作用(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。(2)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。(3)变压器不能改变交变电流的频率。(4)若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压。(5)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0。
【探究训练】1.下列关于变压器的说法正确的是( )A.变压器工作的基础是自感现象B.在原线圈中，电能转化为磁场能C.电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起D.变压器对恒定电流也能变压【解析】选B。变压器工作的基础是原、副线圈的互相感应，并不是自感现象，在原线圈中电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，变压器只能对变化的电流有变压作用，综上所述，只有B正确。
2.一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等( )A.交流的频率 B.电流的有效值C.电功率D.磁通量变化率【解析】选B。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，所以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；变压器的工作基础是电磁感应，副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的；理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率。
【补偿训练】1.(多选)关于理想变压器，下列说法正确的是( )A.变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压B.实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器C.理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的频率D.输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能【解析】选A、B、D。易知A、B正确；理想变压器无能量损耗，改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率，C错误；变压器工作的原理是互感现象，输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能，D正确。
2.(多选)关于变压器的构造和工作原理，下列说法中正确的是( )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，是为了防止将原、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
【解析】选A、C、D。闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁场很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈中，故选项A正确。若用整块金属做铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生感应电流，导致铁芯发热，烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误。对于正弦式交变电流，铁芯中磁通量的变化率正比于原线圈中电流的变化率，在副线圈中，感应电动势正比于磁通量的变化率，因此感应电动势的变化随着磁通量变化率的变化而变化，所以副线圈输出交变电流的频率等于输入交变电流的频率，故选项C正确。由电磁感应定律知，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故选项D正确。
主题二 理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系任务1 探究变压器电压与线圈匝数的关系【实验情境】如图为可拆变压器：
【问题探究】1.利用可拆变压器探究变压器电压与匝数间的关系要注意些什么？提示：(1)先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响。(2)保持副线圈的匝数不变，改变原线圈的匝数，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。(3)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V。
2.通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验，得到的结论是什么？提示：变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，即
任务2 理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系【实验情境】将可拆变压器的铁芯由不闭合到闭合，观察接在副线圈两端的小灯泡亮度变化.
【问题探究】1.小灯泡为什么会变亮？提示：若无铁芯或铁芯不闭合时，原线圈中的磁通量只有一小部分贯穿副线圏。 有了闭合铁芯，由于铁芯被磁化，绝大部分磁通量集中在铁芯内部，贯穿副线圈，大大增强了变压器传输电能的作用。
2.理想变压器与一般变压器有什么不同？提示：理想变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率，效率是100%。一般变压器工作时有能量损失，线圈和铁芯上都会产生热量，而造成电能损失，效率不可能是100%。
3.从理想变压器模型出发，结合变压器原、副线圈中的电压与匝数的关系，请推导出变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系。提示：理想变压器的输入功率等于输出功率，即U1I1=U2I2，又因为 ，所以
4.理想变压器的U1、U2，I1、I2，P1、P2之间谁决定谁呢？提示：(1)电压：变压器的原、副线圈的匝数比 一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2= U1。(2)电流：变压器的原、副线圈的匝数比 一定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2决定，即I1= I2。(3)功率：①变压器的输出功率由负载决定，变压器的输出功率等于各个负载消耗的功率之和，即P2=P负1+P负2+… ②变压器的输入功率由输出功率决定，即P1=P2。
【结论生成】1.理想变压器中的几个关系：(科学思维)
2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(科学思维)(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。
【典例示范】【例1】一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，如图所示，问： (1)这是升压变压器还是降压变压器？(2)当原线圈接一个44 V直流电源时，电压表示数是多少？(3)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数是多少？
【解析】(1)由n2
【解析】选B、D。电流表测得的是电流的有效值，故A错误；从中性面时开始计时，矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsinωt，故B正确；当P位置向上移动、R不变时，副线圈匝数减小，根据理想变压器的变压比公式 ，输出电压变小，故电流变小，故电流表读数变小，故C错误，D正确。
【规律方法】变压器的动态分析的思路(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻的变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器原、副线圈间的电流关系和电功率关系判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。
【探究训练】1.一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为( )A.200 B.400 C.1 600 D.3 200【解析】选B。根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系 得n2= =400，选项B正确。
2.(多选)如图所示为一理想变压器。S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑片，U1为变压器原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则( ) A.保持U1及P的位置不变，S由a合到b上时，I1将减小B.保持P的位置及U1不变，S由b合到a上时，R消耗的功率减小C.保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大
【解析】选B、D。S由a合到b时，n1减小而U1不变，由 可知，副线圈上的电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大，又由于P1=P2=U1I1，故I1增大，A项错误；同理S由b合到a时，P2减小，B项正确；P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2= 可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由 可知I1将减小，故C项错误；当U1增大时，由 可知U2也增大，I2= 增大，再由 可知I1增大，故D项正确。
【补偿训练】1.如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则( ) A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变
【解析】选B。由于家庭电路上理想变压器为降压变压器，故n1>n2，当原、副线圈减少相同的匝数时，其变压比 变大，根据 ，因U1一定，U2变小，根据P= 可知，小灯泡变暗，选项A错误，选项B正确；由 知，原、副线圈两端电压的比值变大，选项C错误；根据 则通过原、副线圈电流的比值变小，选项D错误。
2.(多选)国家电网公司推进智能电网推广项目建设，拟新建智能变电站1 400座。变电站起变换电压作用的设备是变压器，如图所示，理想变压器原线圈输入电压u=200 sin100πt(V)，电压表、电流表都为理想电表。则下列判断正确的是( )A.输入电压有效值为200 V，电流频率为50 HzB.S打到a处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电压表示数都增大C.S打到a处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电流表的示数都减小D.若变阻器的滑片不动，S由a处打到b处，电压表V2和电流表A1的示数都减小
【解析】选A、D。输入电压的最大值U1m=200 V，有效值U1= =200 V，由瞬时值公式知，角速度ω=100π rad/s，电流频率f= =50 Hz，故A正确；S打到a处，变阻器的滑片向下滑动时，由 知U2不变即V2示数不变，副线圈接入电路的电阻减小，所以电流表A2的示数变大，故B、C错误；若变阻器的滑片不变，S由a处打到b处，副线圈匝数减少，输入电压不变，输出电压减少，电压表V2示数减少，输出功率P2= 减少，根据输入功率等于输出功率，P1=U1I1减少，U1不变，则I1减少，即电流表A1的示数减小，故D正确。
1.(多选)如图为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是( ) A.图中M是闭合的铁芯B.发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出C.电流以铁芯为通路，从一个线圈流到另一个线圈D.变压器是根据电磁感应原理工作的
【解析】选A、D。由题意知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端，接发电机，Ⅰ为输出端，B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以C项错。变压器是根据电磁感应原理工作的，原线圈的磁通量变化引起副线圈的磁通量的变化，副线圈中从而产生感应电动势，选项D正确。故选A、D。
2.一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原来线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( ) A.1 100，360 B.1 100，180C.2 200，180 D.2 200，360
【解析】选B。对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n1= =1 100，同理可得变压器烧坏前n2= =180，故B正确。
3.对于理想变压器，下列说法中不正确的是( )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着副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电压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【解析】选D。原线圈的电压决定副线圈的电压，即使副线圈开路也是如此，副线圈电压在开路时也不会为零；原线圈的电流由副线圈的电流决定，当副线圈电流为零(增大)时，原线圈电流也为零(增大)；输出功率决定输入功率，输出功率变大时，输入功率也变大，且二者总相等，故不正确的选项为D。
4.(多选)(2020·全国Ⅲ卷)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10 Ω，R3=20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是( )A.所用交流电的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
【解析】选A、D。由图(b)可知，T=0.02 s，所以f=50 Hz，A正确；由图(b)可知电流i2的最大值为Im= A，故有效值I2= =1 A，R2两端的电压U2=I2R2=10 V，由理想变压器的电压特点 可得原线圈的两端电压U1=100 V，所以电压表的示数为UV=220 V-100 V=120 V，B错误；由欧姆定律得IA= =0.5 A，C错误；变压器副线圈的电流I=1 A+0.5 A=1.5 A，变压器传输的电功率P=U2I=10 V×1.5 A=15.0 W，D正确。
【补偿训练】如图所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R。开始时，开关S断开，当S闭合时，下列说法正确的是( )A.交流电压表的示数变大 B.灯泡L1更亮C.交流电流表的示数增大D.变压器的输出功率减小
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