3.3 第1课时 变压器(课件PPT)-【优化指导】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

交流电 第3节　变压器 第1课时　变压器 第三章 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 　　了解理想变压器的概念，解释自然现象，解决实际问题。 　　通过实验探究电压、电流与匝数的关系。 　　让学生体会通过实验得出的结论在实际问题中的应用，并由此激发学生学习物理的兴趣。 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 一、变压器的结构与原理 1．变压器的构造 由____________和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。 闭合铁芯 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 (1)原线圈：一个线圈与_______________连接，叫作原线圈，也叫____________。 (2)副线圈：一个线圈与______连接，叫作副线圈，也叫_______ _____。 2．原理：______现象是变压器工作的基础。原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的______，交变的_________穿过原、副线圈，在原、副线圈中都产生_______________。 3．作用：改变交变电流的______，不改变交变电流的______和______。 交流电电源 初级线圈 负载 次级线 圈 互感 磁场 磁感线 感应电动势 电压 周期 频率 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 4 4．注意 (1)变压器不改变交变电流的周期和频率。 (2)变压器只对变化的电流起作用，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。 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 二、变压器的电压与匝数的关系 1．理想变压器——一种理想模型 (1)定义：没有______和______损失的变压器。 (2)特点 ①忽略______，即认为交变电流产生的磁场的磁感线全部都在铁芯内。 ②忽略一切____________。 漏磁 能量 漏磁 能量损耗 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 正比 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 三、电压互感器和电流互感器 1．电压互感器 (1)特点：降压变压器。 (2)原理：初级______在高压交流线路上，次级与交流______表相连，根据匝数比就可以算出高压线两端的电压值。 (3)变压比：初级输入电压与次级输出电压之比。 (4)安全防护：为了防止高低压线圈间以及高压线圈与______间的绝缘部分被击穿造成触电事故，_________必须接地。 并联 电压 铁芯 副线圈 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 2．电流互感器 (1)特点：将大电流变成小电流，是一种______变压器。 (2)原理：原线圈______在被测交流电路中，副线圈与___________相连，根据_________就可以算出被测电路中的电流。 (3)安全防护 ①使用时___线圈必须接地； ②使用时不允许将副线圈______。 升压 串联 交流电流表 变流比 副 开路 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 1．情境思考 如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？   答案：不能。变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生。 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 √ × × √ 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 如图所示，一个蓄电池连接在低压交流变压器上。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 [问题设计] 闭合开关会观察到灯泡瞬间发光，然后熄灭，你能解释这种现象吗？ 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 1．理想变压器的特点 (1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。 (2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。 (3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。 (4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 2．工作原理 变压器的变压原理是电磁感应，如图所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 C 【例1】 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 (　　　) A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈的磁通量的变化使副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 理想变压器的三点注意 (1)变压器不能改变直流电压。 (2)变压器只能改变交流电的电压和电流，不能改变交流电的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 [练1] 下列关于变压器的说法正确的是 (　　　) A．变压器工作的基础是自感现象 B．在原线圈中，电能转化为磁场能 C．电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起 D．变压器对恒定电流也能变压 B 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 变压器工作的基础是原、副线圈的互感现象，并不是自感现象，在原线圈中电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，变压器只能对变化的电流有变压作用，综上所述，B正确。 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 学生电源(低压交流12 V)，可拆变压器，多用表(交流电压挡)，电路图如图所示。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 [问题设计] 对于理想变压器只有一组副线圈的情况下，如何判定原线圈和副线圈的电流跟它们的匝数的关系？ 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 D 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 [练2] (多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。下列说法正确的是 (　　　) A．变压器输入功率为484 W B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 BD 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 [问题设计] (1)当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率为多少？它们之间是什么关系？ (2)在一个副线圈的情况下，为什么电流与匝数成反比？ 提示：(1)零；输出功率决定输入功率。 (2)因为电压与匝数成正比，而输入功率与输出功率相等，所以电流与匝数成反比。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 C 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 A．I1和I2表示电流的瞬时值 B．U1和U2表示电压的最大值 C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值，A、B错误；由于输入端电压U1和理想变压器匝数比不变，所以U2不变，滑片P向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路的电阻变小，电流I2变大，输出功率变大，则输入功率变大，电流I1变大，C正确，D错误。 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 (1)对于输出电压的大小，条件充分时只需根据原线圈电压和原、副线圈匝数比确定。 (2)P1、P2、I1、I2的判断，往往都与R的大小有关，对P1、I1的确定需从P2、I2入手。 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 [练3] (多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则 (　　　) BC 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 关键能力 互动探究 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 1．无线充电技术已经在新能源汽车等领域得到应用。地下铺设供电的送电线圈，车上的受电线圈与蓄电池相连，如图所示。送电线圈和受电线圈匝数比为n1∶n2＝4∶1。当送电线圈接上图中的正弦交流电后，受电线圈中的电流为2 A。不考虑线圈的自感，忽略电能传输的损耗，下列说法正确的是 (　　　) B 素养训练 学业评价 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 素养训练 学业评价 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 2．有4个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中，电源输出电压的有效值U恒定不变，如图所示。若将该线路与交流电源接通，且开关S接在位置1时，4个灯泡发光亮度相同；若将开关S接在位置2时，灯泡均未烧坏。则下列可能的是 (　　　) C 素养训练 学业评价 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 A．该变压器是降压变压器，原、副线圈匝数比为4∶1 B．该变压器是升压变压器，原、副线圈匝数比为1∶4 C．当接位置2时副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变亮 D．当接位置2时副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变暗 素养训练 学业评价 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 3．心电仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压U1会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电仪与一理想变压器的初级线圈相连接，扬声器(等效为一个定值电阻)与一滑动变阻器连接在该变压器的次级线圈。则 (　　　) B 素养训练 学业评价 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 A．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，扬声器的功率变大 B．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，原线圈电流I1变小 C．若保持U1不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，扬声器获得的功率增大 D．若保持U1不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，副线圈的电流I2增大 素养训练 学业评价 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 解 析 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 课时梯级训练(15) 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 谢谢观看 必备知识 自主学习 高中物理 选择性必修 第二册 J 返回导航 2．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。 (　　　) (2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。 (　　　) (3)理想变压器是客观存在的。 (　　　) 【例2】 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1， 和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B两端电压u1＝12sin 100πt(V)。下列说法正确的是 (　　　) A.电流频率为100 Hz B．的读数为24 V C．的读数为0.5 A D．变压器的输入功率为6 W 根据u1＝12sin 100πt(V)及U＝知，U1＝12 V，f＝＝50 Hz，A错误；根据＝得，U2＝U1＝×12 V＝6 V，即的读数为6 V，B错误；又I2＝＝ A＝1 A，即的读数为1 A，C错误；P1＝P2＝＝ W＝6 W，D正确。 变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，A错误；由＝得＝＝＝，D正确；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，B正确；根据I2＝得通过副线圈的电流的最大值I2m＝I2＝ A，C错误。 【例3】 如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsin ωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是 (　　　) $$