人教版高中物理（选择性必修二）同步讲义+练习3.3 变压器（含解析）.doc

3.3 变压器模块一 知识掌握 知识点一　变压器的原理【情境导入】1．把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电流是如何“流到”副线圈中去的？2．探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？【答案】　1.变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，原线圈是利用了互感现象在副线圈中感应出电流的，并不是原线圈的电流直接流到副线圈中去2．变压器的铁芯为闭合铁芯，形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化基本相同知识梳理】1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈．2．原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势．【重难诠释】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甲、乙所示．2．变压器的工作原理图注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，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．知识点二　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系【重难诠释】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．实验器材多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干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，读出电压值，并记录在表格中．(3)保持匝数不变，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，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值．4．实验结论实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝.5．注意事项(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，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12 V，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，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．[例题1] （2023春•如皋市校级月考）利用如图所示的可拆变压器可以探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系，下列说法中正确的是（　　）A．为了保证人身安全，可以用4～6节干电池作为电源 B．使用电压表测电压时，要先用最小量程挡试测 C．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 D．由于漏磁，实际测得变压器原、副线圈的电压比会比原、副线圈的匝数比略大【解答】解：A．干电池为直流电源，变压器只能改变交流电源的电压、电流，故A错误；B．使用电压表测电压时，为确保电压表安全，要先用最大量程挡试测，故B错误；C．变压器工作时通过铁芯导磁，利用互感的原理把电能由原线圈输送到副线圈，故C错误；D．由于漏磁，实际测得变压器原、副线圈的电压比会比原、副线圈的匝数比略大，故D正确。

故选：D[例题2] （2023春•青岛期中）在实验室中探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系时，同学们发现了以下几个问题，并展开了讨论1）观察变压器的铁芯，发现它的结构和材料是 　 　；A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的硅钢片叠成（2）观察原副线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 　 　（填“多”或“少”）；（3）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是 　 　；A．控制变量法 B．等效替代法 C．整体隔离法（4）实验中将电源接在原线圈两个接线柱之间，调整原副线圈的匝数之比为2：3，用电压表测得副线圈的两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为 　 　；A．1.8V B．2.0V C．2.2V【解答】解：（1）观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，之所以做成这种结构，一方面是防止磁漏，另一方面昼量减少涡流造成的能量损失，故C正确，AB错误故选：C2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据 可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。

3）实验中需要运用的科学方法是控制变量；故A正确，BC错误故选：A4）若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系 原副线圈的匝数之比为2：3，用电压表测得副线圈的两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的电压为2V考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于2V，可能为2.2V；故选C故答案为：（1）C；（2）少；（3）A；（4）C[例题3] （2023春•鲤城区校级期末）某同学用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”1）先将图甲中的零件组装成图乙中的变压器再将原线圈接在交流电源上，之后再将副线圈接在电压传感器（可视为理想电压表）上，观察到副线圈输出电压U随时间t变化的图像如图丙所示，在保证安全的前提下，该同学可能在t1～t2时间内进行的操作是 　 　A.减少了原线圈的匝数B.减少了原线圈的输入电压 C.增大了交流电源的频率 D.拔掉了变压器铁芯Q（2）用匝数na＝50匝和nb＝150匝的变压器，实验测量数据如下表U/V1.252.613.30Ub/V3.807.929.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是 　 　选填“na”或“nb”）（3）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，原因不可能为 　 　。

A.原、副线圈通电发热 B.铁芯在交变磁场作用下产生涡流C.变压器铁芯“漏磁” D.原线圈输入电压发生变化【解答】解：（1）A.由图丙知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据，减少了原线圈的匝数，副线圈输出电压U2增大，故A正确；B.若减少了原线圈的输入电压，副线圈输出电压U2减小，故B错误；C.只增大交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故C错误；D.拔掉了变压器铁芯Q，副线圈输出电压U2减小，故D错误故选：A2）由表中数据可知，，变压器存在漏磁现象，副线圈两端测量值小于理论值，所以连接电源的线圈是nb.（3）AB.原、副线圈通电发热、铁芯在交变磁场作用下产生涡流，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故AB正确；C.变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，故C正确；D.原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D错误本题选择错误选项；故选：D故答案为：（1）A；（2）nb；（3）D知识点三　理想变压器的基本关系【情境导入】变压器线圈两端的电压与匝数的关系可以通过实验来探究器材：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干实验步骤：(1)按图示电路连接电路。

2)原线圈接6 V低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2＝n1、n1、2n1，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格3)原线圈接6 V低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1＝n2、n2、2n2，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格总结实验现象，得出什么结论？【答案】电压与匝数成正比，即 ＝知识梳理】1．理想变压器：没有能量损耗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”．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叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器．4. 原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，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电场的能量．【重难诠释】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

如图所示是某款5G无线充电器的充电原理示意图，当充电基座上的发射线圈通入正弦式交变电流后，就会在接收线圈中感应出电流为电池充电若在t1～t2时间内，磁场垂直于接收线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度由B1增加到B2，则在充电的这段时间内（　　）A．接收线圈中d点电势高于c点电势 B．接收线圈中感应电流的方向由d到c点 C．发射线圈和接收线圈的频率可能不同 D．若想增大c、d之间的电势差，可以只增大发射线圈的匝数【解答】解：AB、根据楞次定律增反减同可知，感应电流产生的磁场向下，可知接受线圈中感应电流的方向由d到c点；接收线圈中感应出电流为电池充电，故c点电势高于d点电势，故A错误，B正确；C、发射线圈和接收线圈的频率相同，故C错误；D、根据可知，若只增大发射线圈的匝数n1，则c、d之间的电势差U2减小，故D错误故选：B[例题5] （2023春•顺义区期末）如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πtV的交流电源上，副线圈接有R＝11Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，交流电流表、电压表均为理想电表下列说法正确的是（　　）A．电流表的读数为20.0A B．电压表的读数约为156V C．原线圈的输入功率为1100W D．副线圈输出交流电的周期为0.01s【解答】解：AB、由变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式可知，原线圈输入电压的最大值Um＝220V有效值U1由理想变压器的变压比得：代入数据解得：U2＝110V电压表示数为110V，由欧姆定律可知，副线圈电流I2由理想变压器的变流比得：，代入数据解得：I1＝5A，电流表读数为5A，故AB错误；C、副线圈输出功率P2＝U2I2＝110×10W＝1100W，理想变压器原线圈输入功率P1＝P2＝1100W，故C正确；D、由原线圈输入电压瞬时值表达式可知，交流电源的ω＝100πrad/s，周期Ts＝0.02s，变压器副线圈输出电压的周期与原线圈输入电流周期相等，是0.02s，故D错误。

故选：C[例题6] （2023•天心区校级一模）如图所示，交流发电机中。