人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1第3節(jié)變壓器核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器。科學(xué)思維理解變壓器的工作原理，并能運用電磁感應(yīng)的規(guī)律進行解釋。科學(xué)探究體會探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系的實驗方法，經(jīng)歷探究過程、分析現(xiàn)象得出探究結(jié)果。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解變壓器在實際中的應(yīng)用，如無線充電技術(shù)等。知識點一變壓器的原理〖觀圖助學(xué)〗如圖為生活中常見變壓器的內(nèi)部構(gòu)造圖，觀察并說明變壓器的主要構(gòu)造是什么？1.構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。2.原線圈：與交流電源連接的線圈叫原線圈，也叫初級線圈。副線圈：與負(fù)載連接的線圈叫副線圈，也叫次級線圈。3.工作原理：利用互感現(xiàn)象。〖思維拓展〗變壓器能改變恒定電流的電壓嗎？〖提*示〗變壓器的變壓原理是互感現(xiàn)象。若通過原線圈的電流為恒定電流，則在鐵芯中激發(fā)的磁場為恒定磁場，副線圈中無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，因此變壓器不能改變恒定電流的電壓。兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線連接。變壓器的鐵芯是不帶電的。知識點二探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系〖實驗?zāi)康摹皆赨1一定時，探究n1、n2對U2的影響。〖實驗原理〗(1)實驗電路圖：(2)實驗方法采用控制變量法①n1一定，研究n2和U2的關(guān)系。②n2一定，研究n1和U2的關(guān)系。〖實驗器材〗學(xué)生電源(低壓交流、小于12V)1個、可拆變壓器1個、多用表(交流電壓擋)1個、導(dǎo)線若干〖實驗設(shè)計〗一、實驗步驟1.保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對副線圈電壓U2的影響。表格一U1＝5V，n1＝400匝實驗次數(shù)123n2/匝U2/V(1)選擇n1＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V，如圖甲所示。(3)將多用電表與副線圈n2＝200匝的接線柱相連接，如圖乙所示，讀出副線圈兩端的電壓U2。(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中。(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不變。將多用電表與副線圈n2＝800匝的接線柱相連接，如圖丙所示。讀出副線圈兩端的電壓U2。(6)將n2、U2記錄在表格一中。(7)保持n1＝400匝，U1＝5V不變。將多用電表與副線圈n2＝1400匝的接線柱相連接，如圖丁所示。讀出副線圈兩端的電壓U2。(8)將n2、U2的數(shù)值記錄在表格一中。2.保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對副線圈電壓的影響。表格二U1＝5V，n2＝400匝實驗次數(shù)123n1/匝U2/V(1)將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈。(2)選擇n2＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋。(4)將多用電表與副線圈n1＝200匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。(5)將n2、U2、n1、U1記錄在表格二中。(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線與原線圈n1＝800匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。(7)將n1、U2記錄在表格二中。(8)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線與原線圈n1＝1400匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。(9)將n1、U2的數(shù)值記錄在表格二中。(10)拆除實驗線路，整理好實驗器材。二、數(shù)據(jù)處理分析表格一和表格二可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個線圈的匝數(shù)n1、n2之比。知識點三電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.理想變壓器：(1)定義：沒有能量損失的變壓器。(2)特點：①原、副線圈不計電阻②無磁通量漏失③鐵芯不發(fā)熱2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。3.變壓器的效率：變壓器的輸出功率與輸入功率之比。4.變壓器的分類(1)降壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓低。(2)升壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓高。理想變壓器是一個理想化模型。變壓器的能量傳遞方式為：原線圈電能→磁場能→副線圈電能。核心要點探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、誤差分析1.由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。2.原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)，造成誤差。3.鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流，造成誤差。二、注意事項1.為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。2.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量。3.連接電路后要由同組的幾位同學(xué)分別獨立檢查，再請老師確認(rèn)后才能接通電源。〖試題案例〗〖例1〗如果把一個可拆變壓器看成理想變壓器，兩個線圈分別為A、B，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源。請簡要續(xù)填實驗步驟(寫出要測量的物理量，并用字母表示)(1)用長導(dǎo)線繞一個________，作為副線圈替代________。(2)把低壓交流電源接A線圈，用多用電表測得A線圈的輸入________和繞制線圈的輸出________。(3)A線圈的匝數(shù)nA＝________。〖解析〗根據(jù)變壓器電壓比等于匝數(shù)比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。〖答案〗(1)n匝線圈B線圈(2)電壓UA電壓U(3)eq\f(UA,U)n〖針對訓(xùn)練1〗在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，實驗室中備有下列可供選擇的器材：A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)B.條形磁鐵C.直流電源D.多用電表E.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)上述器材在本實驗中不必用到的是________(填器材前的序號)。(2)本實驗中還需用到的器材有_________________________________________________________________________________________________。〖解析〗(1)由本實驗的實驗原理可知，本實驗不必用到的器材是B.條形磁鐵和C.直流電源。(2)為使實驗安全，本實驗用到的電源是學(xué)生電源，且利用低壓交流擋。〖答案〗(1)B、C(2)(低壓)交流電源核心要點理想變壓器的工作原理及規(guī)律〖要點歸納〗1.理想變壓器的特點(1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，無發(fā)熱損失。(2)原副線圈不計內(nèi)阻，即無能量損失。2.電動勢關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的eq\f(ΔΦ,Δt)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)，E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)，所以eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1,n2)。3.電壓關(guān)系：由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。當(dāng)有n組線圈時，則有eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…。4.功率關(guān)系：對于理想變壓器，不考慮能量損失，有P入＝P出。5.電流關(guān)系：由功率關(guān)系，當(dāng)只有一個副線圈時，有I1U1＝I2U2，得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)。當(dāng)有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。6.變壓器的分類易錯提醒(1)變壓器只能改變交變電流的電壓不能在直流電路中使用。(2)原、副線圈的電壓、電流發(fā)生變化，而頻率不變。(3)當(dāng)副線圈有多個線圈時，電壓關(guān)系仍適用，而電流關(guān)系式eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)不再適用。〖試題案例〗〖例2〗如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220eq\r(2)sin(100πt)V的交流電源上，副線圈接有R＝55Ω的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是()A.原線圈的輸入功率為220eq\r(2)WB.電流表的讀數(shù)為1AC.電壓表的讀數(shù)為110eq\r(2)VD.副線圈輸出交流電的周期為50s〖解析〗由題知，變壓器的輸入電壓U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，所以U2＝eq\f(n2,n1)U1＝110V；副線圈電流I2＝eq\f(U2,R)＝2A，原線圈電流I1＝eq\f(n2,n1)I2＝1A。電壓表、電流表的讀數(shù)為有效值，故選項B正確，C錯誤；原線圈輸入功率P1＝U1I1＝220W，選項A錯誤；交流電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，選項D錯誤。〖答案〗B總結(jié)提升(1)電壓表、電流表示數(shù)均為有效值。(2)理想變壓器P入＝P出。(3)變壓器不改變交變電流的頻率，即通過原、副線圈交變電流頻率相等。〖針對訓(xùn)練2〗如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，和均為理想電表，燈泡電阻RL＝6Ω，AB兩端電壓u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V。下列說法正確的是()A.電流頻率為100Hz B.的讀數(shù)為24VC.的讀數(shù)為0.5A D.變壓器輸入功率為6W〖解析〗根據(jù)u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V及U＝eq\f(Um,\r(2))知U1＝12V，f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，選項A錯誤；根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×12V＝6V，即的讀數(shù)為6V，選項B錯誤；又I2＝eq\f(U2,RL)＝eq\f(6,6)A＝1A，即的讀數(shù)為1A，選項C錯誤；根據(jù)P1＝P2及P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),RL)＝eq\f(62,6)W＝6W，選項D正確。〖答案〗D核心要點理想變壓器的動態(tài)分析〖要點歸納〗1.理想變壓器的制約條件(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝eq\f(n2U1,n1)。(2)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定時，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝eq\f(n2I2,n1)。(3)功率制約：①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2＝P負(fù)1＋P負(fù)2＋…；②功率關(guān)系P1＝P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的。2.對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1。(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。特別提醒(1)理想變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時總是“量出為入”，即用戶消耗多少，原線圈就提供多少，因而輸出功率決定輸入功率。(2)可以把理想變壓器的副線圈看作給用戶供電的無阻電源，對負(fù)載電路進行動態(tài)分析時，可以參照直流電路動態(tài)的分析方法。〖試題案例〗〖例3〗如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是()A.當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大B.當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表示數(shù)變大C.當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表示數(shù)變大D.若閉合開關(guān)S，則電流表示數(shù)變大，示數(shù)變大〖解析〗當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流減小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數(shù)變大，選項A錯誤，B正確；當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，電流表示數(shù)變小，選項C錯誤；若閉合開關(guān)S，副線圈電路中總電阻減小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓減小，電流表示數(shù)減小；原線圈中的電流變大，電流表示數(shù)變大，選項D錯誤。〖答案〗B方法總結(jié)動態(tài)問題的分析思路〖針對訓(xùn)練3〗(多選)如圖所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調(diào)節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，P為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則()A.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變小C.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變大D.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變小〖解析〗Q位置不動，副線圈電壓U2不變，當(dāng)P上滑時，R增大，由P＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R＋R0)可知總功率減小，原線圈電壓U1不變，由P＝U1I1可知原線圈電流I1減小，故選項A錯誤，B正確；當(dāng)P位置不動，Q上滑時，n2增大，由eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)知U2增大，同理分析知原線圈電流I1增大，故選項C正確，D錯誤。〖答案〗BC

核心要點幾種常見的變壓器〖要點歸納〗1.自耦變壓器如圖甲、乙所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓。調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖丙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，AB之間加上輸入電壓U1，移動滑動觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。2.互感器交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流。互感器是利用變壓器的原理來測量高電壓或大電流的儀器。(1)電壓互感器：實質(zhì)是降壓變壓器，可以把高電壓變成低電壓。(如圖甲所示) 甲乙(2)電流互感器：實質(zhì)是升壓變壓器，可以把大電流變成小電流。(如圖乙所示)〖試題案例〗〖例4〗(多選)圖甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是()A.線圈匝數(shù)n1<n2，n3<n4B.線圈匝數(shù)n1>n2，n3>n4C.甲圖中的電表是電壓表，輸出端不可短路D.乙圖中的電表是電流表，輸出端不可斷路〖解析〗題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器，n1>n2，其中的電表為電壓表；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器，n3<n4，其中的電表為電流表，故選項C、D正確。〖答案〗CD方法總結(jié)互感器的區(qū)分技巧電壓互感器是降壓變壓器，據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，知n1＞n2。電流互感器是升壓變壓器，據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，知n1＜n2。〖針對訓(xùn)練4〗如圖所示為物理實驗室某風(fēng)扇的風(fēng)速擋位變換器電路圖，它是一個可調(diào)壓的理想變壓器，其中接入交流電的電壓有效值U0＝220V，n0＝2200匝，擋位1、2、3、4對應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為220匝、500匝、1100匝、2200匝。電動機M的內(nèi)阻r＝4Ω，額定電壓為U＝220V，額定功率P＝110W。下列判斷正確的是()A.當(dāng)選擇擋位3時，電動機兩端電壓為110VB.當(dāng)擋位由3變換到2時，電動機消耗的功率增大C.當(dāng)選擇擋位2時，電動機的熱功率為1WD.當(dāng)選擇擋位4時，電動機的輸出功率為110W〖解析〗由電壓與匝數(shù)的關(guān)系U0∶U3＝n0∶n3，解得U3＝110V，選項A正確；當(dāng)擋位由3變換到2時，輸出電壓減小，電動機消耗的功率減小，選項B錯誤；在額定功率的情況下，電動機的額定電流為I＝eq\f(P,U)＝0.5A，熱功率Pr＝I2r＝1W，輸出功率為P－Pr＝(110－1)W＝109W，選項D錯誤；當(dāng)沒有達到額定功率時，熱功率小于1W，選項C錯誤。〖答案〗A1.(變壓器的工作原理)(多選)關(guān)于變壓器的構(gòu)造和工作原理，下列說法中正確的是()A.原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效地傳送電能B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止將原、副線圈短路，造成危險C.變壓器不改變交流電的頻率，只改變電壓大小D.當(dāng)原線圈接入大小不斷變化的直流電時，副線圈也有電壓輸出〖解析〗閉合鐵芯的導(dǎo)磁能力比真空或空氣強得多，當(dāng)原、副線圈繞在同一閉合鐵芯上時，原線圈產(chǎn)生的磁場幾乎全部沿鐵芯通過副線圈，漏到空氣中的磁場很少，因此可以有效地將原線圈中的電能傳遞到副線圈，A選項正確；若用整塊金屬做鐵芯，當(dāng)通過它的磁通量發(fā)生變化時，就會在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)致鐵芯發(fā)熱，燒壞變壓器，同時大大降低了電能的傳輸效率，故B選項錯誤；對于正弦交流電，鐵芯中磁通量的變化率等于原線圈中電流的變化率，在副線圈中，感應(yīng)電動勢正比于磁通量的變化率，因此感應(yīng)電動勢的變化隨著磁通量變化率的變化而變化，所以副線圈輸出交流電的頻率等于輸入交流電的頻率，所以C選項正確；由電磁感應(yīng)定律知道，只要輸入原線圈的電流發(fā)生變化，穿過副線圈的磁通量就發(fā)生變化，在副線圈中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，故D選項正確。〖答案〗ACD2.(理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用)如圖甲所示是一個可調(diào)亮度的臺燈的內(nèi)部電路圖，理想變壓器的原線圈接有如圖乙所示的正弦交變電壓，副線圈觸頭P與線圈始終接觸良好，下列判斷正確的是()A.交變電源的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u＝eq\f(U0,\r(2))cos(100πt)VB.若僅將觸頭P向B端滑動，則燈泡的亮度增大C.若使燈泡電阻增大的同時，將觸頭P向B端滑動，則通過A處的電流一定增大D.若換用額定電壓相同，額定功率更大的燈泡，則原線圈輸入功率將增大〖解析〗由圖知交變電源的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u＝U0cos(100πt)V，A錯誤；由于原線圈的輸入電壓不變，若僅將觸頭P向B端滑動，則副線圈的匝數(shù)減小，輸出電壓減小，燈泡消耗的電功率變小，B錯誤；當(dāng)電阻增大時，電路的電阻變大，P向B端滑動，副線圈的電壓變小，所以副線圈的輸出功率減小，輸入功率等于輸出功率減小，則A處的電流減小，C錯誤；若換用額定電壓相同，額定功率更大的燈泡，則輸出功率增加，輸入電功率增加，故選項D正確。〖答案〗D3.(互感器)(多選)如圖所示，L1、L2是高壓輸電線，圖中兩電表示數(shù)分別是220V和10A，已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為100∶1，乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為1∶10，則()A.甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22000VB.甲圖是電流互感器，輸電電流是100AC.乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22000VD.乙圖是電流互感器，輸電電流是100A〖解析〗根據(jù)匝數(shù)比eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，有U1＝eq\f(n1,n2)U2＝eq\f(100,1)×220V＝22000V，故選項A正確；甲圖是電壓互感器，故選項B錯誤；乙圖是電流互感器，電表是電流表，故選項C錯誤；只有一個副線圈的變壓器，電流比等于匝數(shù)的反比eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，有I1＝eq\f(n2,n1)I2＝eq\f(10,1)×10A＝100A，故選項D正確。〖答案〗AD4.(理想變壓器的動態(tài)分析)如圖所示，用一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入端的電壓不變，開始時開關(guān)S是斷開的。現(xiàn)將開關(guān)S閉合，則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是()A.V1、V2的示數(shù)不變，A1的示數(shù)增大，A2的示數(shù)減小，P入增大B.V1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)增大，P入增大C.V1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)減小，P入減小D.V1的示數(shù)不變，V2的示數(shù)增大，A1的示數(shù)減小，A2的示數(shù)增大，P入減小〖解析〗電壓表V1的示數(shù)由輸入電壓決定；電壓表V2的示數(shù)由輸入電壓U1(大小等于電壓表V1的示數(shù))和匝數(shù)比eq\f(n1,n2)決定；電流表A2的示數(shù)即I2由輸出電壓U2(大小等于電壓表V2的示數(shù))和負(fù)載電阻R負(fù)決定；電流表A1的示數(shù)即I1由變壓器的匝數(shù)比eq\f(n2,n1)和輸出電流I2決定；P入隨P出而變化，由P出決定。因輸入電壓不變，所以電壓表V1的示數(shù)不變；據(jù)公式U2＝eq\f(n2U1,n1)，可知U2也不變，即電壓表V2的示數(shù)不變；又據(jù)I2＝eq\f(U2,R負(fù))知，S閉合后R負(fù)減小，故I2增大，電流表A2的示數(shù)增大；輸入電流I1隨輸出電流I2的增大而增大，故電流表A1的示數(shù)增大；因P出＝U2I2，故P出增大；P入隨P出變化，故P入也增大。可見本題的正確選項為B。〖答案〗B第3節(jié)變壓器核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器。科學(xué)思維理解變壓器的工作原理，并能運用電磁感應(yīng)的規(guī)律進行解釋。科學(xué)探究體會探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系的實驗方法，經(jīng)歷探究過程、分析現(xiàn)象得出探究結(jié)果。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解變壓器在實際中的應(yīng)用，如無線充電技術(shù)等。知識點一變壓器的原理〖觀圖助學(xué)〗如圖為生活中常見變壓器的內(nèi)部構(gòu)造圖，觀察并說明變壓器的主要構(gòu)造是什么？1.構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。2.原線圈：與交流電源連接的線圈叫原線圈，也叫初級線圈。副線圈：與負(fù)載連接的線圈叫副線圈，也叫次級線圈。3.工作原理：利用互感現(xiàn)象。〖思維拓展〗變壓器能改變恒定電流的電壓嗎？〖提*示〗變壓器的變壓原理是互感現(xiàn)象。若通過原線圈的電流為恒定電流，則在鐵芯中激發(fā)的磁場為恒定磁場，副線圈中無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，因此變壓器不能改變恒定電流的電壓。兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線連接。變壓器的鐵芯是不帶電的。知識點二探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系〖實驗?zāi)康摹皆赨1一定時，探究n1、n2對U2的影響。〖實驗原理〗(1)實驗電路圖：(2)實驗方法采用控制變量法①n1一定，研究n2和U2的關(guān)系。②n2一定，研究n1和U2的關(guān)系。〖實驗器材〗學(xué)生電源(低壓交流、小于12V)1個、可拆變壓器1個、多用表(交流電壓擋)1個、導(dǎo)線若干〖實驗設(shè)計〗一、實驗步驟1.保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對副線圈電壓U2的影響。表格一U1＝5V，n1＝400匝實驗次數(shù)123n2/匝U2/V(1)選擇n1＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V，如圖甲所示。(3)將多用電表與副線圈n2＝200匝的接線柱相連接，如圖乙所示，讀出副線圈兩端的電壓U2。(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中。(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不變。將多用電表與副線圈n2＝800匝的接線柱相連接，如圖丙所示。讀出副線圈兩端的電壓U2。(6)將n2、U2記錄在表格一中。(7)保持n1＝400匝，U1＝5V不變。將多用電表與副線圈n2＝1400匝的接線柱相連接，如圖丁所示。讀出副線圈兩端的電壓U2。(8)將n2、U2的數(shù)值記錄在表格一中。2.保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對副線圈電壓的影響。表格二U1＝5V，n2＝400匝實驗次數(shù)123n1/匝U2/V(1)將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈。(2)選擇n2＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋。(4)將多用電表與副線圈n1＝200匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。(5)將n2、U2、n1、U1記錄在表格二中。(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線與原線圈n1＝800匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。(7)將n1、U2記錄在表格二中。(8)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線與原線圈n1＝1400匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2。(9)將n1、U2的數(shù)值記錄在表格二中。(10)拆除實驗線路，整理好實驗器材。二、數(shù)據(jù)處理分析表格一和表格二可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個線圈的匝數(shù)n1、n2之比。知識點三電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.理想變壓器：(1)定義：沒有能量損失的變壓器。(2)特點：①原、副線圈不計電阻②無磁通量漏失③鐵芯不發(fā)熱2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。3.變壓器的效率：變壓器的輸出功率與輸入功率之比。4.變壓器的分類(1)降壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓低。(2)升壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓高。理想變壓器是一個理想化模型。變壓器的能量傳遞方式為：原線圈電能→磁場能→副線圈電能。核心要點探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、誤差分析1.由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。2.原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)，造成誤差。3.鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流，造成誤差。二、注意事項1.為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。2.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量。3.連接電路后要由同組的幾位同學(xué)分別獨立檢查，再請老師確認(rèn)后才能接通電源。〖試題案例〗〖例1〗如果把一個可拆變壓器看成理想變壓器，兩個線圈分別為A、B，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源。請簡要續(xù)填實驗步驟(寫出要測量的物理量，并用字母表示)(1)用長導(dǎo)線繞一個________，作為副線圈替代________。(2)把低壓交流電源接A線圈，用多用電表測得A線圈的輸入________和繞制線圈的輸出________。(3)A線圈的匝數(shù)nA＝________。〖解析〗根據(jù)變壓器電壓比等于匝數(shù)比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。〖答案〗(1)n匝線圈B線圈(2)電壓UA電壓U(3)eq\f(UA,U)n〖針對訓(xùn)練1〗在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，實驗室中備有下列可供選擇的器材：A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)B.條形磁鐵C.直流電源D.多用電表E.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)上述器材在本實驗中不必用到的是________(填器材前的序號)。(2)本實驗中還需用到的器材有_________________________________________________________________________________________________。〖解析〗(1)由本實驗的實驗原理可知，本實驗不必用到的器材是B.條形磁鐵和C.直流電源。(2)為使實驗安全，本實驗用到的電源是學(xué)生電源，且利用低壓交流擋。〖答案〗(1)B、C(2)(低壓)交流電源核心要點理想變壓器的工作原理及規(guī)律〖要點歸納〗1.理想變壓器的特點(1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，無發(fā)熱損失。(2)原副線圈不計內(nèi)阻，即無能量損失。2.電動勢關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的eq\f(ΔΦ,Δt)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)，E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)，所以eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1,n2)。3.電壓關(guān)系：由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。當(dāng)有n組線圈時，則有eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…。4.功率關(guān)系：對于理想變壓器，不考慮能量損失，有P入＝P出。5.電流關(guān)系：由功率關(guān)系，當(dāng)只有一個副線圈時，有I1U1＝I2U2，得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)。當(dāng)有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。6.變壓器的分類易錯提醒(1)變壓器只能改變交變電流的電壓不能在直流電路中使用。(2)原、副線圈的電壓、電流發(fā)生變化，而頻率不變。(3)當(dāng)副線圈有多個線圈時，電壓關(guān)系仍適用，而電流關(guān)系式eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)不再適用。〖試題案例〗〖例2〗如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220eq\r(2)sin(100πt)V的交流電源上，副線圈接有R＝55Ω的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是()A.原線圈的輸入功率為220eq\r(2)WB.電流表的讀數(shù)為1AC.電壓表的讀數(shù)為110eq\r(2)VD.副線圈輸出交流電的周期為50s〖解析〗由題知，變壓器的輸入電壓U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，所以U2＝eq\f(n2,n1)U1＝110V；副線圈電流I2＝eq\f(U2,R)＝2A，原線圈電流I1＝eq\f(n2,n1)I2＝1A。電壓表、電流表的讀數(shù)為有效值，故選項B正確，C錯誤；原線圈輸入功率P1＝U1I1＝220W，選項A錯誤；交流電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，選項D錯誤。〖答案〗B總結(jié)提升(1)電壓表、電流表示數(shù)均為有效值。(2)理想變壓器P入＝P出。(3)變壓器不改變交變電流的頻率，即通過原、副線圈交變電流頻率相等。〖針對訓(xùn)練2〗如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，和均為理想電表，燈泡電阻RL＝6Ω，AB兩端電壓u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V。下列說法正確的是()A.電流頻率為100Hz B.的讀數(shù)為24VC.的讀數(shù)為0.5A D.變壓器輸入功率為6W〖解析〗根據(jù)u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V及U＝eq\f(Um,\r(2))知U1＝12V，f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，選項A錯誤；根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×12V＝6V，即的讀數(shù)為6V，選項B錯誤；又I2＝eq\f(U2,RL)＝eq\f(6,6)A＝1A，即的讀數(shù)為1A，選項C錯誤；根據(jù)P1＝P2及P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),RL)＝eq\f(62,6)W＝6W，選項D正確。〖答案〗D核心要點理想變壓器的動態(tài)分析〖要點歸納〗1.理想變壓器的制約條件(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝eq\f(n2U1,n1)。(2)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定時，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝eq\f(n2I2,n1)。(3)功率制約：①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2＝P負(fù)1＋P負(fù)2＋…；②功率關(guān)系P1＝P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的。2.對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1。(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。特別提醒(1)理想變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時總是“量出為入”，即用戶消耗多少，原線圈就提供多少，因而輸出功率決定輸入功率。(2)可以把理想變壓器的副線圈看作給用戶供電的無阻電源，對負(fù)載電路進行動態(tài)分析時，可以參照直流電路動態(tài)的分析方法。〖試題案例〗〖例3〗如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是()A.當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大B.當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表示數(shù)變大C.當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表示數(shù)變大D.若閉合開關(guān)S，則電流表示數(shù)變大，示數(shù)變大〖解析〗當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流減小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數(shù)變大，選項A錯誤，B正確；當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，電流表示數(shù)變小，選項C錯誤；若閉合開關(guān)S，副線圈電路中總電阻減小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓減小，電流表示數(shù)減小；原線圈中的電流變大，電流表示數(shù)變大，選項D錯誤。〖答案〗B方法總結(jié)動態(tài)問題的分析思路〖針對訓(xùn)練3〗(多選)如圖所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調(diào)節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，P為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則()A.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變小C.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變大D.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變小〖解析〗Q位置不動，副線圈電壓U2不變，當(dāng)P上滑時，R增大，由P＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R＋R0)可知總功率減小，原線圈電壓U1不變，由P＝U1I1可知原線圈電流I1減小，故選項A錯誤，B正確；當(dāng)P位置不動，Q上滑時，n2增大，由eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)知U2增大，同理分析知原線圈電流I1增大，故選項C正確，D錯誤。〖答案〗BC

核心要點幾種常見的變壓器〖要點歸納〗1.自耦變壓器如圖甲、乙所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓。調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖丙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，AB之間加上輸入電壓U1，移動滑動觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。2.互感器交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流。互感器是利用變壓器的原理來測量高電壓或大電流的儀器。(1)電壓互感器：實質(zhì)是降壓變壓器，可以把高電壓變成低電壓。(如圖甲所示) 甲乙(2)電流互感器：實質(zhì)是升壓變壓器，可以把大電流變成小電流。(如圖乙所示)〖試題案例〗〖例4〗(多選)圖甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是()A.線圈匝數(shù)n1<n2，n3<n4B.線圈匝數(shù)n1>n2，n3>n4C.甲圖中的電表是電壓表，輸出端不可短路D.乙圖中的電表是電流表，輸出端不可斷路〖解析〗題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器，n1>n2，其中的電表為電壓表；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器，n3<n4，其中的電表為電流表，故選項C、D正確。〖答案〗CD方法總結(jié)互感器的區(qū)分技巧電壓互感器是降壓變壓器，據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，知n1＞n2。電流互感器是升壓變壓器，據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，知n1＜n2。〖針對訓(xùn)練4〗如圖所示為物理實驗室某風(fēng)扇的風(fēng)速擋位變換器電路圖，它是一個可調(diào)壓的理想變壓器，其中接入交流電的電壓有效值U0＝220V，n0＝2200匝，擋位1、2、3、4對應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為220匝、500匝、1100匝、2200匝。電動機M的內(nèi)阻r＝4Ω，額定電壓為U＝220V，額定功率P＝110W。下列判斷正確的是()A.當(dāng)選擇擋位3時，電動機兩端電壓為110VB.當(dāng)擋位由3變換到2時，電動機消耗的功率增大C.當(dāng)選擇擋位2時，電動機的熱功率為1WD.當(dāng)選擇擋位4時，電動機的輸出功率為110W〖解析〗由電壓與匝數(shù)的關(guān)系U0∶U3＝n0∶n3，解得U3＝110V，選項A正確；當(dāng)擋位由3變換到2時，輸出電壓減小，電動機消耗的功率減小，選項B錯誤；在額定功率的情況下，電動機的額定電流為I＝eq\f(P,U)＝0.5A，熱功率Pr＝I2r＝1W，輸出功率為P－Pr＝(110－1)W＝109W，選項D錯誤；當(dāng)沒有達到額定功率時，熱功率小于1W，選項C錯誤。〖答案〗A1.(變壓器的工作原理)(多選)關(guān)于變壓器的構(gòu)造和工作原理，下列說法中正確的是()A.原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效地傳送電能B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止將原、副線圈短路，造成危險C.變壓器不改變交流電的頻率，只改變電壓大小D.當(dāng)原線圈接入大小不斷變化的直流電時，副線圈也有電壓輸出〖解析〗閉合鐵芯的導(dǎo)磁能力比真空或空氣強得多，當(dāng)原、副線圈繞在同一閉合鐵芯上時，原線圈產(chǎn)生的磁場幾乎全部沿鐵