高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流3 变压器导学案

变压器学案

【学习目标】

1、理解变压器的工作原理；

2、掌握理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系及功率关系；

【重点难点】

探究变压比和匝数比的关系

[预习案]1先通读教材，完成助读，熟记并理解基本知识，再完成检测；2独立完成，用时20分钟

一、教材助读

1、各种不同等级的发电机发出的交流电压各不相同，怎样才能并入电网实现远距离电能输送？各种不同的用电器所需的电压不同，而电网输送过来的电压太高。怎样才能满足各种用电器的电压需要？

2、在日常生活中，你在哪些场合见过变压器？见过什么样的变压器？在你见过或使用过的家用电器中，哪些可能含有变压器？想一想它们有什么作用？

3、试画出变压器的实物简图和电路符号图。

4、变压器是用电器还是电气设备？对于实际变压器，有哪些因素会引起能量的损失？变压器制造时有何措施可减少电能损失？

5、变压器的原理

                是变压器的工作基础。由于互感现象，使得穿过原副线圈的           相同。根据E=       得 ，原、副线圈产生感应电动势E与匝数n成           。

2、理想变压器的变压、变流规律关系：

⑴、变压规律：                     

⑵、变流规律：                     

二、预习自测

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__________．

3．一台理想变压器的原线圈匝数为100匝，副线圈匝数为1200匝，在原线圈两端接有一电动势为10V的电池组，则在副线圈两端的输出电压为     (    )

  A．0V    　　　　B．1.2V         C．120V    　　　D．小于120V

4．将输入电压为220V，输出电压为6V的变压器改绕成输出电压为24V的变压器。已知副线圈原来的匝数为36匝，现不改原线圈的匝数，则副线圈应增绕的匝数为（       ）

A．144匝     B．108匝     C．180匝     D．540匝

[探究案] ---- 合作学习：讨论、展示、点评、大胆质疑、共同探究（分组实验）

探究点一  变压器的原理

问题1  ① 利用桌上的器材（学生电源、可拆变压器、灯泡）按图1和图2分别通入直流和交流电，观察灯泡是否发光。通入交流时取下可拆变压器的一块铁芯，使其不闭合，观察灯泡的亮度是否变化？

② 理论探究（讨论交流）：为什么

变压器通以恒定电流灯不发光，而交变

电流通过变压器能让灯发光？变压器的

铁芯起什么作用？

问题2  如何用多用表测量交流电压？

探究点二  电压与匝数的关系

问题3 （1）请利用多用电表、可拆变压器、学生电源参考图3电路图和实验步骤完成以下实验探究：

① 保持原线圈匝数n1和电压U1不变，改变副线圈匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响：n1=       ，U1=      ；

② 保持副线圈匝数n2和电压U1不变，改变原线圈匝数n1，研究n1对副线圈电压U2的影响：n2=       ， U1=      ；

③ 保持原、副线圈匝数n1、n2不变，改变原线圈电压U1，研究U1对副线圈电压U2的影响：n1=      ， n2=       。

④　通过实验归纳分析U1、U2和n1、n2之间的定量关系         。

当               时，该变压器为降压变压器。

当               时，该变压器为升压变压器。

（2）理论探究

试利用图4变压器的示意图，根据能量守恒

的思想、法拉第电磁感应定律、欧姆定律，探究变压

器的电压比与线圈匝数比的关系式？

探究点三  电流与匝数的关系

问题4  ①变压器既是改变交流电压的装置，又是电能的传输装置。

如果变压器没有电能损失，那么变压器的输入功率与输出功率有何关系？

在图5中如何表示这种关系？

② 利用变压器的电压比公式和功率关系，在图4中推导原、副线圈中的电流与匝数的关系。

问题5在绕制变压器的原、副线圈 时，原线圈与副线圈所用导线的规格是否需要一致？为什么？

针对训练

1．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

2．对理想变压器，下列说法中正确的是(　AB　)

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

3．某变电站用原、副线圈匝数比为n1∶n2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图所示，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(　　)

A．原、副线圈电压比为n2∶n1 

B．原、副线圈电流比为n1∶n2

C．原、副线圈电压比为n1∶n2 

D．变压器的输入功率与输出功率的比为n1∶n2

[归纳总结]

[反馈测评]

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(　　)

A．电流表的示数为 A

B．电源输出功率为1 200 W

C．电流表的示数为 A

D．原线圈端电压为11 V

2．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(　　)

A．输出电压的最大值为36 V

B．原、副线圈中电流之比为55∶9

C．变压器输入、输出功率之比为55∶9

D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz

3．如图所示，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(　　)

A．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UAB＝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UCD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.

5．如图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(　　)

A．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

6．如图所示，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

                                 参考答案

一、预习自测

1．互感　原线圈　副线圈　感应电动势

2．匝数之比　＝　降压变压器　升压变压器

3.A    4.A 

二、针对训练

1.C  2.AB  3. C

三、反馈测评

1．C　   

I2＝＝ A＝ A

根据公式＝得I1＝I2＝× A＝ A，即电流表的示数应为 A，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＝，得U1＝U2＝×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＝或＝

②当有多个副线圈时＝＝＝…

(2)功率关系：P入＝P出：①只有一个副线圈时，P1＝P2

②当有多个副线圈时P1＝P2＋P3＋…

(3)电流关系：①只有一个副线圈时，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2，得＝＝，即＝

②当有多个副线圈时，由P1＝P2＋P3＋…知

I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…

2．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＝中，若U1是有效值则U2就是有效值，若U1是最大值则U2就是最大值．

3．C　 

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 ＝得

UCD＝UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝＝ A＝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　 

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(U1、U2)、电流(I1、I2)，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　 

方法总结　变压器动态分析问题的思路程序可表示为