课时2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 [学习目标] 学会探究在变压器输入电压一定时，副线圈上的电压与线圈匝数之间的关系． 一、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． 二、实验器材 多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图1 1．保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的 影响．实物接线如图2 所示． 图2 表格一 U1＝5 V，n1＝400 匝 实验次数 1 2 3 n2/匝 U2/V (1)选择n1＝400 匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上． (2)将选择开关调至使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示． (3)将多用电表与副线圈n2＝200 (3)将多用电表与副线圈n2＝200 匝的接线柱相连接，如图乙所示．读出副线圈两端的电压 U2. (4)将n2、U2、n1、U1记录在表格一中． (5)保持n1＝400 匝，U1＝5 V 不变．将多用电表与副线圈n2＝800 匝的接线柱相连接，如图 丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中． (6)保持n1＝400 匝，U1＝5 V 不变．将多用电表与副线圈n2＝1 400 匝的接线柱相连接，如图 丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中．

2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流． 二、交变电流的产生 交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用右手定则判断线圈切割磁感线 产生的感应电流方向． 三、交变电流的变化规律 1．中性面 (1)中性面：与磁感线垂直的平面． (2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零． 2．从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，Em叫作电动势 (2)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．( × ) (3)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．( × ) (4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．( √ ) 2．如图2 所示，有一个正方形线圈的匝数为10 匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线 圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10π rad/s 的角速度匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，该线圈产生的感应电 28 V 0 解析 感应电动势的峰值为Em＝NωBS＝10×10π×0.5×0.22 V≈6.28 V 感应电流的峰值为Im＝＝6.28 A 题图所示位置线圈中产生的感应电动势最大，为6.28 V 从题图所示位置转过90°时，线圈平面位于中性面，切割磁感线的两边的速度与磁感线平行， 感应电动势为0. 一、交变电流与直流 1．交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流．

变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导 出原、副线圈的电流关系． 一、变压器的原理 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． 二、电压与匝数的关系 1．理想变压器 个理想化模型． 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． 三、变压器中的能量转化 原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，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． 1．判断下列说法的正误． 1．判断下列说法的正误． (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．( √ ) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．( × ) (3)变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压．( × ) (4)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率．( × ) (5)理想变压器的输入和输出功率相等．( √ ) 2．一台理想降压变压器从10

了解自感现象中的 能量转化． 一、互感现象 1．互感和互感电动势：两个相互靠近但导线不相连的线圈，当一个线圈中的电流变化时， 它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫作互感，这种感应电 动势叫作互感电动势． 2．应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用互感 现象制成的． 3．危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间．在电力工程和电子电路中，互 感现象有时会影响电路的正常工作． 二、自感现象 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势， 同样也在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感．由于自感而产生的感应电动势叫 作自感电动势． 三、自感系数 1．自感电动势：E＝L，其中是电流的变化率；L 是自感系数，简称自感或电感．单位：亨 利，符号：H. 2．自感系数与线圈的大小、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关． 有关． 四、磁场的能量 1．线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中． 2．线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能． 1．判断下列说法的正误． (1)两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象．( × ) (2)自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反．( × ) (3)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关．(

正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息： (1)周期(T)、频率(f)和角速度(ω)：线圈转动的频率f＝，角速度ω＝＝2πf. (2)峰值(Em、Im)：图像上的最大值．可计算出有效值E＝、I＝. (3)瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值． (4)可确定线圈平面位于中性面的时刻，也可确定线圈平面平行于磁感线的时刻． (5)可判断线圈中磁通量Φ 及磁通量变化率的变化情况． (多选)图1 表示一交变电流随时间变化的图像，由图可知( 75×10－2 s 时，线圈位于中性面处 D．在t＝(T 为该交变电流的周期)时刻，该电流大小与其有效值相等 答案 BD 解析 由题图可知，电流的最大值为10 A，周期为0.01 s，则频率为100 Hz，电流有效值为 A＝10 A，因为电流表测的是有效值，故电流表的示数为10 A，A 错误，B 正确；在t＝ 0.25×10－2 s 和t＝0.75×10－2 s 时电流最大，此时线圈平面与中性面垂直，C 磁场可视为水平方向的匀强磁场， 为交流电流表．线圈绕垂直于磁场且与线圈共面的水 平轴OO′匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示． 以下判断正确的是( ) 图2 A．线圈转动的转速为25 r/s B．理想电流表的示数为10 A C．1 s 内线圈中电流的方向改变50 次 D．t＝0.01 s 时线圈平面与中性面重合 答案 B 解析 由题图乙可知，线圈转动的周期T＝0.02

1.变压器原线圈接有负载R 时，原、副线圈的制约关系依然成立，但电路 输入的总电压U 不再等于变压器原线圈的电压U1，而是U＝U1＋U 负载，显 然U≠U1.变压器原、副线圈两端的功率也始终相等，但电路输入的电功率P 也不等于原线圈两端的功率P1，而是P＝P1＋P 负载． 2.等效负载电阻法 变压器等效负载电阻公式的推导： 设理想变压器原副线圈的匝数之比为n1：n2，原线圈输入电压为U1，副线圈负载电阻为 1，副线圈负载电阻为 R，如图1（1）所示，在变压器正常工作时，求a、b 间的等效电阻。 先画出等效电路图如图1（2）所示，设变压器等效负载电阻为R' 在（1）中由变压器的分压规律： U 1 U 2 =n1 n2 得： U 2=n2 n1 U 1，所以负载电阻R 消耗的功率为： 在（2）中等效电阻消耗的功率为：P'=U 1 2 R' 因 P=P' ，所以等效电阻为：R'= 为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出 电压的有效值恒定。当开关S 断开时，电流表的示数为I；当S 闭合时，电 流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】B 【解析】解法一：能量守恒法： 设原副线圈匝数比为k S 断开P1=IU=I 2 R1+(kI )2( R2+R3)① S 闭合 P2=4 IU=(4 I )2 R1+(4 kI

1.变压器原线圈接有负载R 时，原、副线圈的制约关系依然成立，但电路 输入的总电压U 不再等于变压器原线圈的电压U1，而是U＝U1＋U 负载，显 然U≠U1.变压器原、副线圈两端的功率也始终相等，但电路输入的电功率P 也不等于原线圈两端的功率P1，而是P＝P1＋P 负载． 2.等效负载电阻法 变压器等效负载电阻公式的推导： 设理想变压器原副线圈的匝数之比为n1：n2，原线圈输入电压为U1，副线圈负载电阻为 1，副线圈负载电阻为 R，如图1（1）所示，在变压器正常工作时，求a、b 间的等效电阻。 先画出等效电路图如图1（2）所示，设变压器等效负载电阻为R' 在（1）中由变压器的分压规律： U 1 U 2 =n1 n2 得： U 2=n2 n1 U 1，所以负载电阻R 消耗的功率为： 在（2）中等效电阻消耗的功率为：P'=U 1 2 R' 因 P=P' ，所以等效电阻为：R'= 为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出 电压的有效值恒定。当开关S 断开时，电流表的示数为I；当S 闭合时，电 流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】B 【解析】解法一：能量守恒法： 设原副线圈匝数比为k S 断开P1=IU=I 2 R1+(kI )2( R2+R3)① S 闭合 P2=4 IU=(4 I )2 R1+(4 kI

如图所示，一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A 和B．线圈A 跟电源连接，线圈B 两端连在 一起构成一个闭合回路。在断开开关S 的时候，弹簧K 并不会立刻将衔铁D 拉起使触头C 离开，而是过一 小段时间才执行这个动作。下列说法正确的是（ ） A. 线圈B 不闭合，仍会产生延时效应 B. 将衔铁D 换成铜片，延时效果更好 C. 保持开关S 闭合，线圈B 中磁通量为零 D. 断开开关S 的瞬间，线圈B 中的电流从上往下看为顺时针方向 【解析】 【详解】A．线圈B 不闭合时，当S 断开后，在线圈B 中不会产生感应电流，铁芯上不会有磁性，则不会 产生延时效应，选项A 错误； B．因铜不是磁性材料，则将衔铁D 换成铜片，会将失去延时效果，选项B 错误； C．保持开关S 闭合，线圈B 中磁通量不变，但不为零，选项C 错误； D．断开开关S 的瞬间，穿过线圈B 的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，线圈B 中的电流从上往下看 为顺时针方向，选项D 故选D。 7. 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 ，原线圈两端接有阻值 的定值电阻，副线圈 上接有阻值 的定值电阻。当原线圈接有 的交变电压时，理想交变电流表 的示数为（ ） A. B. C. D. 【7 题答案】 【答案】B 【解析】 【详解】由 （V）可知交流电压的有效值 由 可知副线圈两端的电压 由 得通过原线圈的电流 所以理想交变电流表的示数 故选B。

2．探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向 (1)按图2 连接电路，明确螺线管的绕线方向． (2)按照控制变量的方法分别进行N 极(S 极)向下插入线圈和N 极(S 极)向下时抽出线圈的实 验． 图2 (3)观察并记录磁场方向、电流方向、磁通量大小变化情况，并将结果填入表格． 甲 乙 丙 丁 条形磁体运动的情 况 N 极向下 插入线圈 S 极向下 插入线圈 N 极朝下 时拔出线 时拔出线 圈 S 极朝下 时拔出线 圈 原磁场方向(“向上” 或“向下”) 穿过线圈的磁通量 变化情况(“增加”或 “减少”) 感应电流的方向(在 螺线管上方俯视) 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针 感应电流的磁场方 向(“向上”或“向 下”) 原磁场与感应电流 磁场方向的关系 (4)整理器材． 四、实验结果分析 根据上表记录，得到下述结果： 甲、乙两种情况下 2．电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计． 3．实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向． 4．按照控制变量的思想进行实验． 5．进行一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作． 我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和其所遵循的物理 规律．以下是实验探究过程的一部分． (1)如图3 甲所示，当磁体的N 极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生 的感应电流的方向，必须知道电流从正(

正确． 2. (2019·赣州市瑞金三中高二下期中)矩形线圈匝数为50 匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的 轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ 随时间t 的变化规律如图1 所示，则( ) 图1 A．感应电动势的最大值约为157 V B．在t＝0.1 s 和t＝0.3 s 时，感应电动势最大 C．在t＝0.1 s 和t＝0.3 s 时，线圈与中性面垂直 D．t＝0.4 s 时，磁通量变化率最大，其值为157 157 V，A 项正确；在t＝0.1 s 和t＝0.3 s 时，线圈中磁通量最大，线圈处于中性面位置，磁 通量的变化率为零，感应电动势为零，B、C 项错误；t＝0.4 s 时，线圈中磁通量为零，此时 刻磁通量的变化率最大，且此时刻＝＝3.14 Wb/s，D 项错误． 3．如图2 甲所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流 如图乙所示，设沿abcda 方向为电流正方向，则下列说法正确的是( 4.(2017·北京卷)如图3 所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副 线圈接有R＝55 Ω 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电 表．下列说法正确的是( ) 图3 A．原线圈的输入功率为220 W B．电流表的读数为1 A C．电压表的读数为110 V D．副线圈输出交流电的周期为50 s 答案 B 解析 由u＝220sin