物理选择性必修 第二册变压器教学课件ppt

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1.了解变压器的结构与原理。2.通过实验探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。3.理解理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流与匝数的关系。
知识点二　探究变压器的电压与匝数的关系
知识点一　变压器的结构与原理
知识点三　理想变压器的基本关系
如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光。
(1)闭合铁芯的作用是什么？(2)两个线圈并没有直接接触，小灯泡为什么能发光？提示　(1)闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使穿过原、副线圈的磁通量变化情况基本相同。(2)原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光。
1.变压器的结构：最简单的变压器是由__________和绕在铁芯上的两个线圈组成的，示意图和符号如图所示。
(1)原线圈：与交流电______连接的线圈，也叫初级线圈。(2)副线圈：与______连接的线圈，也叫次级线圈。
2.变压器的工作原理(1)当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁场，交变的磁感线穿过原、副线圈，在原、副线圈中都产生____________。当副线圈与负载连接组成闭合回路时，在副线圈中就会有交流电通过。这样，虽然原、副线圈并不相连，电能却从原线圈通过______传输给副线圈。(2)变压器工作的基础是______。
3.变压器工作原理图解
4.理想变压器理想变压器是一种理想模型，忽略如下次要因素：①忽略漏磁，即认为交变电流产生的磁场的磁感线全部都在铁芯内。②忽略一切能量损耗。
例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)A.通有正弦交流电的原线圈的磁通量不变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
解析　通有正弦交流电的原线圈产生的磁场是变化的，则穿过原线圈的磁通量变化，A错误；对于理想变压器，穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都是相等的，B错误；由法拉第电磁感应定律知，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，D错误。
训练1 变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在无线充电技术中，其中一种技术就是基于变压器的原理产生的。如图所示，无线充电器正在对手机进行无线充电。下列说法合理的是(　　)
A.在变压器原、副线圈上不存在能量的转化B.在变压器原线圈上电场能转化成磁场能C.手机必须与无线充电器贴合才能进行无线充电D.用无线充电器给手机充电的过程中没有能量损耗
解析　在变压器原、副线圈上存在能量的转化，在变压器原线圈上，电场能转化成磁场能，在副线圈上，磁场能转化成电场能，故A错误，B正确；给手机充电时手机不必与无线充电器贴合，只要手机在无线充电器磁场范围内即可，故C错误；用无线充电器给手机充电过程中有能量损耗，故D错误。
一、实验目的探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。二、实验器材可拆变压器、学生电源、交流电表。
三、实验原理可拆变压器是专为教学设计的仪器，它的外形如图甲所示，其中左边线圈中间有两个抽头，右边线圈中间有一个抽头。它的结构如图乙所示，把各接线柱从左到右分别标为“1、2、3、4”及“1′、2′、3′”。把交流电源接到左边线圈两个接线柱上(比如1、4两接线柱，即加到1 400匝线圈两端)，即可在副线圈得到三组不同的输出电压。
四、实验步骤1.为安全起见，利用学生电源在变压器原线圈1、4两接线柱间输入较低的交流电压(如10～16 V)，利用交流电压表分别测量不同端点间的电压，填入下表中。注意：不可把220 V电压加在除1 400匝外的其他各线圈两端。
2.在原线圈1、4两接线柱间输入不同的电压，重复以上测量，并填入表格中。
五、数据处理分析表格中的数据可知：当原线圈匝数不变时，副线圈两端的电压与副线圈匝数成正比；当副线圈匝数不变时，副线圈两端的电压与原线圈匝数成反比。
六、误差分析1.由于漏磁，穿过每匝的磁通量不严格相等，造成误差。2.原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗造成误差。3.铁芯在交变磁场的作用下也会发热，造成误差。
七、注意事项1.为确保人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不超过16 V；通电时不要用手接触裸露的导线与接线柱等。2.为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定被测电压后再选择适当的挡位进行测量。3.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认后，才能接通电源。
例2 (2024·四川攀枝花高二期中)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表，请回答下列问题：
(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“a、b”或“c、d”)连接。
(2)根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于________。
解析　(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将A、B分别与c、d连接。
答案　(1)c、d　(2)两个线圈的匝数之比
训练2 (2024·福建福州高二期末)某同学要进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，实物图如图所示。
(1)关于实验，下列说法正确的是________。A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B.为了确保人身安全，只能使用低于12 V的电源C.通电情况下不可以用手接触裸露的导线、接线柱
(2)为了探究n1＝400匝、n2＝200匝的变压器原、副线圈电压与匝数的关系，请用笔画线代替连线，将图中的实物连接补充完整。(3)在实验中，两个电压表的读数记录如下
该同学多次实验后发现原、副线圈的电压之比总是________(选填“稍大于”“等于”或“稍小于”)原、副线圈的匝数之比，试分析其原因_____________________。
答案　(1)BC　(2)见解析图　(3)稍大于　变压器不是理想变压器或漏磁或涡流或电阻等
解析　(1)为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器的工作原理是电磁感应，原线圈两端应接交流电，为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压应不超过12 V，故B正确；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱，这样无形之中，将人体并联在电路中，导致所测数据不准确，也不符合用电安全规范，故C正确。
(2)连接实物图如图所示。
2.升压变压器和降压变压器副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫______变压器；副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫______变压器。
3.变压器的效率(1)变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。(2)对于理想变压器，P入＝P出，η＝100%。
4.理想变压器的基本规律
训练4 (多选)(2024·广东深圳期末)如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W，原线圈电路中接有理想电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则(　　 )
A.U＝110 VB.I＝0.2 AC.原、副线圈电流之比为1∶2D.原线圈输入功率为22 W
1.(变压器的结构与原理)如图所示，可以将电压升高给电灯供电的变压器是(　　)
解析　变压器只能对交流电实现变压，不能对直流电变压，故选项A、D错误；由于原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比相等，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压，故选项B错误，C正确。
2.(变压器的电压与匝数的关系)如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)
A.原、副线圈匝数之比为3∶1B.原、副线圈匝数之比为1∶3C.A、B间的输入电压为3UD.A、B间的输入电压为4U
3.(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5 V，用演示电表交流50 V 挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________。
A.5∶8 B.5∶16 C.1∶14 D.1∶8
(2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，________(选填“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。
答案　(1)D　(2)副线圈
(2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。
题组一　变压器的结构与原理1.(多选)关于变压器的构造和工作原理，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.变压器不改变正弦交变电流的频率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　闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈缠绕在同一闭合铁芯上时，通过原线圈的电流产生磁场的磁感线几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁感线很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传送到副线圈中，故选项A正确；若用整块金属做成铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生涡流，导致铁芯发热，可能烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误；变压器不改变正弦交变电流的频率，选项C正确；由法拉第电磁感应定律知，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。
2.关于理想变压器，下列说法正确的是(　　)A.理想变压器可以改变交变电流的频率B.理想变压器可以改变输送电功率的大小C.当理想变压器副线圈空载时，副线圈负载电阻为零D.当理想变压器副线圈空载时，副线圈两端电压不为零，输出功率为零
解析　变压器不能改变交变电流的频率，故A错误；理想变压器输入功率等于输出功率，故B错误；空载相当于电阻无穷大，副线圈两端电压不为零，但输出电流为零，输出功率为零，故C错误，D正确。
3.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　)
A.3 mA mA D.与负载R的阻值有关
解析　当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流，故B正确。
题组二　理想变压器的基本关系
4.某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压(　　)A.降低2 V B.增加2 VC.降低200 V D.增加200 V
A.电流频率为50 HzB.电压表的示数为24 VC.电流表的示数为0.5 AD.变压器的输入功率为6 W
6.(2023·北京卷，7)自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈接12 V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8 V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5 V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是(　　)A.仅增加原线圈匝数B.仅增加副线圈匝数C.将原、副线圈匝数都增为原来的两倍D将两个3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
7.(2024·云南红河高二期末)某兴趣小组为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。在实验室中找到了以下器材：A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B.条形磁铁C.开关、导线若干D.交流电压表E.直流电源F.低压交流电源
(1)在本实验中，上述器材不需要的是________(填器材序号字母)。(2)该小组同学按如图(a)所示安装好变压器，将原线圈用开关和导线接到低压交流电源上，并将两个交流电压表连接到原、副线圈两端。先保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压变化。
(3)实验如图(b)所示。通过改变原、副线圈的匝数，得到原、副线圈电压与匝数的数据关系如表所示，由表1可得出结论：________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)BD　(2)减小　(3)原、副线圈匝数比在误差范围内与原、副线圈电压比相等，由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比
解析　(1)实验中若用直流电源，变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，也不需要条形磁铁。故选BD。
(3)由表1可得出结论：原、副线圈匝数比在误差范围内与原、副线圈电压比相等；由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比。
A.副线圈中电流最大值不超过2 AB.副线圈中电流有效值不超过2 AC.R的阻值一定不能小于55 ΩD.R的阻值一定不能小于77 Ω
9.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)
A.原、副线圈匝数之比为9∶1B.原、副线圈匝数之比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶9
解析　设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光，则变压器原线圈两端的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数之比为9∶1，选项A正确，B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过灯泡b的电流是流过灯泡a电流的9倍，根据P＝UI可知，灯泡a、b的电功率之比为1∶9，选项C错误，D正确。
10.在“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②闭合电源开关，用交流电压表测量副线圈两端的电压；③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。(1)以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)。
(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数分别取n1＝1 600，n2＝400，当将n1作原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈两端的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________。
解析　(1)在“探究变压器的电压与匝数的关系”实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用交流电压表测量副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是①③②④。
11.(2024·山西吕梁高二期末)在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。
(1)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中原线圈与副线圈的电压之比为________(选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。(2)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因可能为________(填字母代号)。A.原、副线圈上通过的电流发热B.铁芯在交变磁场作用下发热C.变压器铁芯漏磁D.原线圈输入电压发生变化
(3)组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图乙所示，原线圈接交流8.0 V的学生电源，原、副线圈的匝数比为8∶1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是________(填字母代号)。
A.0 V B.0.7 V C.1.0 V D.64.0 V
答案　(1)大于　(2)ABC　(3)B