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3.3 变压器
【学习目标】
1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理
2．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题
3．明白理想变压器是忽略了变压器的能量损失，它的输出功率等于输入功率
4．能运用功率关系推导电流与匝数关系
【开启新探索】
　　生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢？
【质疑提升1】变压器原理
1. 如图所示，接好线路，左、右线圈绕在同一铁芯上，两线圈并没有直接连接，接上交流电源后，右线圈两端的灯泡能亮吗？若是亮，小灯泡为什么会亮？
　通过阅读、观察，说明变压器的结构、每一部分的名称。
3.　变压器为什么能改变电压？根据前面观察到的现象说说对变压器原理的理解。
4.　探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数有着什么样的定量关系：
（1）实验原理：
（2）实验器材：
（3）实验方法：
（4）注意事项：
（5）物理量测量：
（6）数据分析：
原、副线圈的电压之比并没有严格的等于它们的匝数之比，原因是什么呢？
【质疑提升2】理想变压器的电压、匝数关系及相关规律
有些变压器的能量损耗小，可以忽略，我们将没有无能量损耗的变压器称理想变压器。理想变压器是否存在？理想变压器的原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数之比有怎样的关系？
如某变压器的铭牌（部分），若看作理想变压器，其开关位置放在“1”降压使用，则高压、低压的线圈匝数之比为多少？
生活中有时需要将电压降低，有时需要将电压升高，对应的使用的变压器称降压变压器、升压变压器。试说明降压变压器、升压变压器的原、副线圈的匝数大小关系？并分别举出一个生活中降压、升压的实例。
　　
接下来我们研究变压器的效率、理想变压器的效率。
　　　　变压器的效率：变压器的　　　　　　与　　　　　　之比，叫做变压器的效率。
　　　　理想变压器的效率为　　　　，即　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
理想变压器原、副线圈的电流大小之间有怎样的关系？
6.　理想变压器的原、副线圈对应的输入电压、输出电压、输入功率、输出功率、输入电流、输出电流，结合物理情景思考、理解是输入决定输出、还是输出决定输入？
7.　我们知道导线可以输送电能，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。在变压器中能量是如何转化的？
【学以致用】
1． 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 V，I＝0.2 A 　　　　B．U＝110 V，I＝0.05 A
C．U＝110 V，I＝0.2 A 　　D．U＝110 V，I＝0.2 A
2． 一理想变压器原、副线圈的匝数比为22∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的（ ）
A．副线圈输出电压的频率为100Hz
B．副线圈输出电压的有效值为220V
C．P向左移动时，变压器原、副线圈的电流都减小
D．P向左移动时，变压器的输入功率增加
3． 如图为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P
为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则(　 )
A．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
B．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将减小
C．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将减小
D．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小
【核心素养提升】
1. 如图，可以将电压升高供给电灯的变压器是（　　　　）
　　　
A B C D
2. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=4∶1，当导线AB在匀强磁场中作匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12mA，则电流表A2的示数为（ ）
A．3mA B．48mA C．与R的阻值有关 D．0
3. 如图所示，理想变压器的输入端电压 u=311sin100πt(V) ，原副线圈的匝数之比为n1 :n2=10:1 ；若图中电流表读数为 2 A ，则 ( )
A．电压表读数为 220 V
B．电压表读数为 22 V
C．变压器输出功率为 44 W
D．变压器输入功率为 440 W
4． 如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R＝44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A。下列判断正确的是(　　)
A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1
B．原线圈和副线圈的匝数比为1∶5
C．电阻R两端的电压为44V
D．电流表A2的示数为0.4 A
5． 如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是( )
A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压增大
C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小
D．P向上滑动时，变压器的输入功率变大
6． 如图所示，变压器的原、副线圈的匝数比一定，原线圈的电压为U1
时，副线圈的输出电压为U2，L1、L2、L3为三只完全相同的电灯，开始时，电键K开启，然后当电键K闭合时（ ）
A.电压U1不变，U2变大
B.电灯L1变亮，L2变暗
C.电灯L1变暗，L2变亮
D.原线圈中的电流变小
7. 如图所示,一理想变压器原副线圈匝数比为4:1,五只电灯 完全相同,若B、C、D、E都能正常发光，则A灯（ ）
A. 一定能正常发光 B. 比正常发光暗
C. 比正常发光亮 D. 一定被烧坏
8. 变压器为什么不能改变恒定电流的电压？
9. 有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？
136.42=136 20.84
10. 当变压器的一个线圈的匝数已知时，可以用下面的方法测量其他线圈的匝数：把被测线圈作为原线圈，用匝数已知的线圈作为副线圈，通入交变电流，测出两线圈的电压，就可以求出被测线圈的匝数。已知副线圈有400 匝，把原线圈接到220 V的交流电路中，测得副线圈的电压是55 V，求原线圈的匝数。
1600
11. 变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。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，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？
降压。
12. 如图所是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的值减小（滑动片向下移）。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，图中各表的读数如何变化？(在下面对应的横线上选填：增、减、不变）
A1 、 V1 、 A2 、 V2 、 V3 、增、不变、增、不变、减小
13．如图为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如图所示。若只在ce间接一只Rce=400Ω的电阻，或只在de间接一只Rde=225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W。
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值Uab的表达式；
(2)求只在ce间接400Ω的电阻时，原线圈中的电流I1；
(3)求ce和de 间线圈的匝数比。
e=400sin200πtV
～
～
A
B
C
D
E3.3 变压器
【学习目标】
1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理
2．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题
3．明白理想变压器是忽略了变压器的能量损失，它的输出功率等于输入功率
4．能运用功率关系推导电流与匝数关系
【开启新探索】
　　生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢？
【质疑提升1】变压器原理
1. 如图所示，接好线路，左、右线圈绕在同一铁芯上，两线圈并没有直接连接，接上交流电源后，右线圈两端的灯泡能亮吗？若是亮，小灯泡为什么会亮？
　通过阅读、观察，说明变压器的结构、每一部分的名称。
3.　变压器为什么能改变电压？根据前面观察到的现象说说对变压器原理的理解。
4.　探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数有着什么样的定量关系：
（1）实验原理：
（2）实验器材：
（3）实验方法：
（4）注意事项：
（5）物理量测量：
（6）数据分析：
原、副线圈的电压之比并没有严格的等于它们的匝数之比，原因是什么呢？
【质疑提升2】理想变压器的电压、匝数关系及相关规律
有些变压器的能量损耗小，可以忽略，我们将没有无能量损耗的变压器称理想变压器。理想变压器是否存在？理想变压器的原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数之比有怎样的关系？
如某变压器的铭牌（部分），若看作理想变压器，其开关位置放在“1”降压使用，则高压、低压的线圈匝数之比为多少？
生活中有时需要将电压降低，有时需要将电压升高，对应的使用的变压器称降压变压器、升压变压器。试说明降压变压器、升压变压器的原、副线圈的匝数大小关系？并分别举出一个生活中降压、升压的实例。
　　
接下来我们研究变压器的效率、理想变压器的效率。
　　　　变压器的效率：变压器的　　　　　　与　　　　　　之比，叫做变压器的效率。
　　　　理想变压器的效率为　　　　，即　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
理想变压器原、副线圈的电流大小之间有怎样的关系？
6.　理想变压器的原、副线圈对应的输入电压、输出电压、输入功率、输出功率、输入电流、输出电流，结合物理情景思考、理解是输入决定输出、还是输出决定输入？
7.　我们知道导线可以输送电能，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。在变压器中能量是如何转化的？
【学以致用】
1． 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 V，I＝0.2 A 　　　　B．U＝110 V，I＝0.05 A
C．U＝110 V，I＝0.2 A 　　D．U＝110 V，I＝0.2 A
2． 一理想变压器原、副线圈的匝数比为22∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的（ ）
A．副线圈输出电压的频率为100Hz
B．副线圈输出电压的有效值为220V
C．P向左移动时，变压器原、副线圈的电流都减小
D．P向左移动时，变压器的输入功率增加
3． 如图为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则(　 )
A．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
B．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将减小
C．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将减小
D．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小
【核心素养提升】
1. 如图，可以将电压升高供给电灯的变压器是（　　　　）
　　　
A B C D
2. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=4∶1，当导线AB在匀强磁场中作匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12mA，则电流表A2的示数为（ ）
A．3mA B．48mA C．与R的阻值有关 D．0
3. 如图所示，理想变压器的输入端电压 u=311sin100πt(V) ，原副线圈的匝数之比为n1 :n2=10:1 ；若图中电流表读数为 2 A ，则 ( )
A．电压表读数为 220 V
B．电压表读数为 22 V
C．变压器输出功率为 44 W
D．变压器输入功率为 440 W
4． 如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R＝44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A。下列判断正确的是(　　)
A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1
B．原线圈和副线圈的匝数比为1∶5
C．电阻R两端的电压为44V
D．电流表A2的示数为0.4 A
5． 如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是( )
A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压增大
C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小
D．P向上滑动时，变压器的输入功率变大
6． 如图所示，变压器的原、副线圈的匝数比一定，原线圈的电压为U1时，副线圈的输出电压为U2，L1、L2、L3为三只完全相同的电灯，开始时，电键K开启，然后当电键K闭合时（ ）
A.电压U1不变，U2变大
B.电灯L1变亮，L2变暗
C.电灯L1变暗，L2变亮
D.原线圈中的电流变小
7. 如图所示,一理想变压器原副线圈匝数比为4:1,五只电灯 完全相同,若B、C、D、E都能正常发光，则A灯（ ）
A. 一定能正常发光 B. 比正常发光暗
C. 比正常发光亮 D. 一定被烧坏
8. 变压器为什么不能改变恒定电流的电压？
9. 有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？
10. 当变压器的一个线圈的匝数已知时，可以用下面的方法测量其他线圈的匝数：把被测线圈作为原线圈，用匝数已知的线圈作为副线圈，通入交变电流，测出两线圈的电压，就可以求出被测线圈的匝数。已知副线圈有400 匝，把原线圈接到220 V的交流电路中，测得副线圈的电压是55 V，求原线圈的匝数。
11. 变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。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，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？
12. 如图所是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的值减小（滑动片向下移）。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，图中各表的读数如何变化？(在下面对应的横线上选填：增、减、不变）
A1 、 V1 、 A2 、 V2 、 V3 、
13．如图为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如图所示。若只在ce间接一只Rce=400Ω的电阻，或只在de间接一只Rde=225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W。
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值Uab的表达式；
(2)求只在ce间接400Ω的电阻时，原线圈中的电流I1；
(3)求ce和de 间线圈的匝数比。
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