人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器导学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器导学案，共5页。

一、变压器的原理
1．变压器的构造
如图，变压器是由________________和绕在铁芯上的两个线圈组成的。一个线圈与交流电源连接，叫作____________，也叫初级线圈；另一个线圈与负载连接，叫作____________，也叫次级线圈。
2．变压器的原理
________现象是变压器工作的基础。________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________也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生____________________，所以尽管两个线圈之间没有导线相连(彼此绝缘)，副线圈也能够________________。
说明：变压器不改变交变电流的周期和频率。
3．变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成________的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了________的能量。
二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．实验思路
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
2．实验器材
两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。原理如图：
3．实验步骤
(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。
(2)接通学生电源，闭合开关，读出电压值，并记录在表格中。
(3)保持原、副线圈匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。
(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录每次的副线圈匝数和对应的电压值。
4．实验结论
在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数比，即______________________________。
5．误差分析
由于存在能量损耗，所以副线圈测量电压值应小于理论变压值。
6．注意事项
(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先________开关，再进行操作。
(2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过________，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。
(3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用________________挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
7．理想变压器：没有________________的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型。
(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”。
(2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。
(3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。
例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．当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出
例2 为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，必须选用的是________。
A．有闭合铁芯的原、副线圈
B．无铁芯的原、副线圈
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表(交流电压挡)
F．多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60和nb＝120的变压器，实验测量数据如下表，
根据测量数据可判断连接电源的线圈是______(选填“na”或“nb”)。
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，eq \f(U1,U2)＝________。
当n2>n1时，U2________U1，变压器使电压升高，是升压变压器。
当n2(2)有多个副线圈时，eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
2．功率关系
从能量守恒看，理想变压器的输入功率________输出功率，即P入＝P出。
3．电流关系
(1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)。
(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。
例3 (2021·广东卷)某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是( )
A．交流电的频率为10 Hz
B．副线圈两端电压最大值为3 V
C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
例4 (2023·北京大兴高二期末)如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 000匝，副线圈匝数为n2＝200匝，电阻R＝88 Ω，原线圈接入电压U1＝220 V的交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则下列说法正确的是( )
A．通过原线圈和副线圈的交流电的频率之比为5∶1
B．电流表的示数为0.1 A
C．电压表的示数为1 100 V
D．电阻R的电功率为44 W
四、几种常见的变压器
1．自耦变压器
图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作为原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。
调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，A、B之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以连续或较大范围内调节输出电压U2。
2．互感器
例5 一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中( )
A．U2>U1，U2降低
B．U2>U1，U2升高
C．U2D．U2例6 电压互感器能将高电压变成低电压，电流互感器能将大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为200 V，交流电流表的示数为2 A，则( )
A．a是交流电压表，b是交流电流表
B．T2的原、副线圈匝数比为1 000∶1
C．高压线路输送的电流为200 A
D．高压线路输送的电功率为2.2×104 kWUa/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
分类
电压互感器
电流互感器
原理图
原线圈的连接
并联在高压电路中接在火线和零线间
串联在待测电路中接在火线上
副线圈的连接
连接电压表
连接电流表
互感器的作用
测高电压，将高电压变为低电压(降压变压器)
测大电流，将大电流变成小电流(升压变压器)
利用的关系式
eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)(n1>n2)
I1n1＝I2n2(n1