2019_2020學(xué)年高中物理5.4變壓器學(xué)案（含解析）新人教版選修.docx

4變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器.2.用實驗探究變壓比關(guān)系,認(rèn)識變壓器的原理基礎(chǔ).3.理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系.自主探究1.變壓器是由和組成的.一個與交流電源連接,叫做,也叫初級線圈;另一個線圈與負(fù)載連接,叫做,也叫次級線圈.2.是變壓器工作的基礎(chǔ).沒有能量損失的變壓器叫做.3.理想變壓器的原、副線圈兩端的電壓之比,等于.合作探究一、變壓器的原理生活中常用電器的額定工作電壓:用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽3 V機(jī)床上的照明燈36 V掃描儀12 V防身器3 000 V手機(jī)充電器4.2 V黑白電視機(jī)顯像管幾萬伏錄音機(jī)6 V彩色電視機(jī)顯像管十幾萬伏思考討論:生活中的用電器一般都可以使用220 V的交流電源,與它們的額定工作電壓都不相同,用電器是如何正常工作的呢?思路點撥:變壓器可以降低電壓也可以升高電壓,通過變壓器得到用電器所需的合適電壓.實物觀察:觀察變壓器的構(gòu)造.對應(yīng)可拆式變壓器實物和課本中的圖片介紹變壓器的構(gòu)造及標(biāo)示符號,說明閉合鐵芯是由極薄且彼此絕緣的硅鋼片疊壓而成的.自主學(xué)習(xí):閱讀課本P41“變壓器的原理”的內(nèi)容,總結(jié)出相關(guān)的知識.1.變壓器的工作原理是.電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā),由于電流的大小、方向在不斷變化,鐵芯中的也在不斷變化.在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,所以盡管兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連,副線圈也能夠輸出.2.從能量角度看,顯然變壓器不能產(chǎn)生電能,它只是利用閉合鐵芯通過將電能從原線圈轉(zhuǎn)移到副線圈,實現(xiàn)電能到再到電能的轉(zhuǎn)化.二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗探究:探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.猜想假設(shè):變壓器線圈兩端的電壓可能與原、副線圈匝數(shù)有關(guān).設(shè)計實驗:小組討論設(shè)計實驗方案:(1)實驗電路:(2)操作方法:控制變量法.(3)實驗表格:原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2原線圈兩端電壓U1(V)副線圈兩端電壓U2(V)n1n2U1U210010610100206520020610(4)實驗步驟:A.按實驗電路連接實驗器材;B.保持原線圈的匝數(shù)不變,增加或減少副線圈的匝數(shù),測量副線圈兩端的電壓C.保持副線圈的匝數(shù)不變,增加或減少原線圈的匝數(shù),測量副線圈兩端的電壓;D.分析實驗數(shù)據(jù),得出實驗結(jié)論.注意事項:(1)輸入電壓不超過12 V.(2)手不能接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱.(3)電壓表先用最大量程試測,然后再選用適當(dāng)擋位進(jìn)行測量.進(jìn)行實驗:分組實驗連接好電路,記錄的數(shù)據(jù)填入表格.數(shù)據(jù)分析:分析處理實驗數(shù)據(jù)并得出實驗結(jié)論.實驗結(jié)論:在實驗誤差范圍內(nèi),原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比,即U1U2=n1n2.自主學(xué)習(xí):閱讀課本P42P43“電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的內(nèi)容,學(xué)習(xí)相關(guān)的知識.1.理想變壓器的特點(1).(2).(3).2.理想變壓器的基本規(guī)律(1)電壓關(guān)系:.(2)功率關(guān)系:.(3)電流關(guān)系:.課堂檢測1.理想變壓器的原、副線圈中一定相同的物理量有()A.交變電流的頻率B.磁通量的變化率C.功率D.交變電流的峰值2.關(guān)于理想變壓器的說法正確的是()A.理想變壓器不考慮鐵芯漏磁與發(fā)熱B.U1U2=n1n2只適用于一個原線圈和一個副線圈組成的變壓器C.在理想變壓器中,無論有幾個線圈,一定有輸入功率等于輸出功率,即P入=P出D.在理想變壓器中,即使有多個(大于等于3個)線圈同時工作,I1I2=n2n1也同樣適用3.如圖所示,匝數(shù)為100的矩形線圈abcd處于磁感應(yīng)強度B=6225 T的水平勻強磁場中,線圈面積S=0.5 m2,內(nèi)阻不計.線圈繞垂直于磁場的軸以角速度=10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動,線圈通過金屬滑環(huán)與理想變壓器原線圈相連,變壓器的副線圈接入一只“12 V12 W”的燈泡,燈泡正常發(fā)光,下列說法中正確的是()A.通過燈泡的交變電流的頻率是50 HzB.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為101C.矩形線圈中產(chǎn)生的電動勢的最大值為120 VD.若將燈泡更換為“12 V24 W”且保證其正常發(fā)光,需要增大矩形線圈的轉(zhuǎn)速4.如圖所示,理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為15,原線圈兩端的交變電壓為u=202sin 100t(V),氖泡在兩端電壓達(dá)到100 V時開始發(fā)光,下列說法中正確的有()A.開關(guān)接通后,氖泡的發(fā)光頻率為100 HzB.開關(guān)接通后,電壓表的示數(shù)為100 VC.開關(guān)斷開后,電壓表的示數(shù)變大D.開關(guān)斷開后,變壓器的輸出功率不變5.變壓器原線圈1 400匝,副線圈700匝并接有電阻R,當(dāng)變壓器工作時,原、副線圈中()A.頻率比為21B.功率比為21C.電流比為21D.電壓比為216.如圖所示,可以將電壓升高供給電燈的變壓器是圖()7.如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201,原線圈接正弦交流電源,副線圈接入“220 V60 W”的燈泡一只,且燈泡正常發(fā)光.則()A.電流表的示數(shù)為32220 AB.電源輸出功率為1 200 WC.電流表的示數(shù)為3220 AD.原線圈的端電壓為11 V8.理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為115,當(dāng)原線圈接在6 V的蓄電池兩端以后,副線圈的輸出電壓為()A.90 V B.0.4 VC.6 V D.09.如圖所示,理想變壓器的原線圈接入u=11 0002sin 100t(V)的交變電壓,副線圈通過電阻r=6 的導(dǎo)線對“220 V880 W”的電器RL供電,該電器正常工作.由此可知()A.原、副線圈的匝數(shù)比為501B.交變電壓的頻率為100 HzC.副線圈中電流的有效值為4 AD.變壓器的輸入功率為880 W10.一輸入電壓為220 V、輸出電壓為36 V的變壓器副線圈燒壞,為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù),某同學(xué)拆下燒壞的副線圈,用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈,如圖所示,然后將原線圈接到220 V交流電源上,測得新繞線圈的端電壓為1 V.按理想變壓器分析,該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為()A.1 100、360B.1 100、180C.2 200、180D.2 200、36011.如圖所示,與理想變壓器相連的四只燈泡相同,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為31,接在副線圈上的三只燈泡正常發(fā)光.則對于串聯(lián)在原線圈上的燈泡A()A.比正常發(fā)光時的亮度更大B.也能正常發(fā)光C.比正常發(fā)光時的亮度更暗D.無法判斷其亮度情況12.如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101,電壓表和電流表均為理想交流電表,從某時刻開始在原線圈兩端加上瞬時值表達(dá)式為u=2202sin 100t(V)的交變電壓,則()A.電壓表的示數(shù)為222 VB.在滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,電流表A2的示數(shù)變小C.在滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,電流表A1的示數(shù)變大D.在滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,理想變壓器的輸入功率變小13.如圖所示,某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié),原線圈兩端電壓為一最大值不變的正弦式交流電源,在其他條件不變的情況下,為了使變壓器輸入功率增大,可使()A.原線圈匝數(shù)n1增加B.副線圈匝數(shù)n2增加C.負(fù)載電阻R的阻值增大D.負(fù)載電阻R的阻值減小14.變壓器副線圈電路中有電阻R=7.26 ,消耗功率為6 W.另有一匝線圈接有電壓表,讀數(shù)U0=50 mV.原線圈兩端電壓為u=311sin 100t(V).求原、副線圈的匝數(shù)和鐵芯內(nèi)的磁通量變化率的表達(dá)式(如圖所示).15.如圖所示,一臺有兩個副線圈的變壓器,原線圈匝數(shù) n1=1 100,接入電壓U1=220 V的電路中.(1)要求在兩個副線圈上分別得到電壓U2=6 V,U3=110 V,它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少?(2)若在兩副線圈上分別接上“6 V20 W”“110 V60 W”的兩個用電器,原線圈的輸入電流為多少?參考答案自主探究1.閉合鐵芯繞在鐵芯上的兩個線圈原線圈副線圈2.互感現(xiàn)象理想變壓器3.兩個線圈的匝數(shù)之比合作探究一、變壓器的原理1.互感現(xiàn)象磁場磁場變化的磁場電流2.交變磁場磁場能二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.(1)無漏磁現(xiàn)象(2)線圈電阻不計(3)鐵芯不發(fā)熱2.(1)U1U2=n1n2(2)P出=P入,U1I1=U2I2(3)I1I2=n2n1課堂檢測1.ABC解析:理想變壓器沒有漏磁,沒有能量損失,所以原、副線圈中磁通量變化率相同,原、副線圈中功率相同,B、C兩項正確;變壓器的原理是互感現(xiàn)象,其作用是改變電壓峰值,不改變頻率,A項正確,D項錯誤.2.AC解析:理想變壓器是不計一切損失的變壓器,A、C兩項正確;U1U2=n1n2可適用于多個線圈組成的變壓器的任意兩個線圈之間,B項錯誤;I1I2=n2n1只適用于一個原線圈、一個副線圈工作的變壓器,D項錯誤.3.B解析:由=2f知,交變電流的頻率是5 Hz,A項錯誤;矩形線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值為Emax=NBS=1202 V,C項錯誤;變壓器輸入電壓為U1=Emax2=120 V,由n1n2=U1U2知,B項正確;由U2=n2n1U1可知,U2大小與負(fù)載無關(guān),D項錯誤.4.AB解析:由交變電壓的瞬時值表達(dá)式知,原線圈兩端電壓的有效值為U1=2022 V=20 V,由n1n2=U1U2得,副線圈兩端的電壓為U2=100 V,電壓表的示數(shù)為交變電壓的有效值,B項正確;交變電壓的頻率為f=1002 Hz=50 Hz,一個周期內(nèi)電壓兩次大于100 V,即一個周期內(nèi)氖泡能兩次發(fā)光,所以其發(fā)光頻率為100 Hz,A項正確;開關(guān)斷開前后,輸入電壓不變,變壓器的變壓比不變,故輸出電壓不變,C項錯誤;斷開后,電路消耗的功率減小,輸出功率決定輸入功率,D項錯誤.5.D解析:由于變壓器不能改變交變電流的功率和頻率,所以原、副線圈電流功率和頻率之比均為11,A、B兩項錯誤;而根據(jù)電流與匝數(shù)之間的關(guān)系I1I2=n2n1得電流比為12,C項錯誤;根據(jù)電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系U1U2=n1n2得電壓比為21,D項正確.6.C解析:變壓器應(yīng)該接在交流電路中,升壓變壓器中副線圈的匝數(shù)大于原線圈的匝數(shù).7.C解析:由燈泡正常發(fā)光,可知副線圈電壓為220 V,由U1U2=n1n2可知,原線圈電壓U1=20220 V=4 400 V,D項錯誤;又因輸入功率等于輸出功率,P1=P2=60 W,故B項錯誤;電流表示數(shù)為有效值,原線圈中電流I1=P1U1=604 400 A=3220 A,故A項錯誤,C項正確.8.D解析:由于蓄電池向外輸出的是恒定電流,鐵芯中磁通量不能發(fā)生變化,在副線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,所以副線圈的輸出電壓為0.9.C解析:由P=UI可得,I=PLUL=4 A,C項正確;根據(jù)Ur=Ir=24 V得,副線圈電壓U2=UL+Ur=244 V,再由n1n2=U1U2可得,n1n2=2 75061451,A項錯誤;由u=11 0002sin 100t(V)及f=2可得,f=50 Hz,B項錯誤;因?qū)Ь€電阻消耗電能,故變壓器輸入功率為P=PL+I2r=976 W,D項錯誤.10.B解析:由U1U2=n1n2得,220V36V=n1n2,220V1V=n15,解得,n1=1 100、n2=180,B項正確.11.B解析:燈泡A的亮度如何,主要看燈泡A的功率是多大,在本題中就是看通過燈泡A的電流如何變化.設(shè)每只燈泡的額定電流為I0,因并聯(lián)在副線圈兩端的三只燈泡正常發(fā)光,所以副線圈中的電流I2=3I0.由I1I2=n2n1,得原線圈的電流I1=n2n1I2=I0,恰為燈泡A的額定電流,因此燈泡A也能正常發(fā)光.12.BD解析:電壓表的示數(shù)為有效值,應(yīng)為22 V;在滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,由于電壓不變,變阻器接入電路中的電阻變大,所以電流表A2的示數(shù)變小,電流表A1的示數(shù)也變小,輸入功率變小,B、D兩項正確.13.BD解析:由U1U2=n1n2,P出=U22R,可得P出=U12n22n12R.又因為P入=P出,所以P入=U12n22n12R.分析可知,B、D兩項正確.14.解析:由題中條件可知該變壓器每匝線圈感應(yīng)電壓有效值為50 mV.由P2=U22R可得,U2=6.6 V,即可得n2=6.6V0.05V=132.由原線圈上電壓表達(dá)式可知,交流電壓U1的有效值為U1=220 V,由U1U2=n1n2得,原線圈匝數(shù)n1=4 400.鐵芯內(nèi)磁通量的變化率即單匝線圈的感應(yīng)電動勢,其最大值為0.