第3章 专题强化3 变压器的综合应用（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

第三章　交变电流 专题强化3　变压器的综合应用 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 目录 contents 课堂探究 核心突破 Part 01 课堂达标 素养提升 Part 02 课时作业（十四） Part 03 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 课堂探究 核心突破 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 课堂达标 素养提升 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 课时作业（十四） 点击进入word 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 谢谢观看 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 学习目标 1.了解几种常见的变压器。 2．掌握变压器动态问题的分析方法，会分析变压器的综合问题。 一、负载变化引起的动态变化问题 1．含有变压器动态电路问题的答题模型 (1)构建模型 (2)模型突破：解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。 ①理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。 ②可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。 2．负载变化的两种情况 (1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。 (2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。 　图甲是一理想变压器的电路连接图，图乙是原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图像，已知电压表的示数为10 V，两个定值电阻R的阻值均为5 Ω。求： (1)变压器原、副线圈的匝数比； (2)开关S闭合前，电流表的示数； (3)开关S闭合后，变压器的输入功率。 【解析】　(1)原线圈输入电压有效值U1＝eq \f(Um,\r(2))＝200 V 原副线圈的匝数比eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)，解得eq \f(n1,n2)＝eq \f(20,1) (2)开关闭合前，副线圈电流I2＝eq \f(U2,R)＝2 A 由变压器原副线圈电流关系eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1) 解得电流表示数I1＝0.1 A (3)开关S闭合后，负载电阻 R并＝eq \f(R,2)＝2.5 Ω 负载消耗功率P2＝eq \f(U\o\al(2,2),R并)＝40 W 由理想变压器输入功率等于输出功率得变压器输入功率 P1＝P2＝40 W 【答案】　(1)eq \f(20,1)　(2)0.1 A　(3)40 W 核心素养·思维升华 负载变化引起的动态变化问题的解题思路 变与不变结合，根据答题模型从副线圈向原线圈推进。如果原、副线圈的匝数不变，则副线圈电压不变，根据负载电阻的变化，判断出副线圈电流或功率的变化情况，然后根据输出功率决定输入功率的特点，分析原线圈电流或功率的变化。 ◆针对训练1　如图，理想变压器原线圈输入电压μ＝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(　　) 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 【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。 【答案】　C 二、匝数变化引起的动态变化问题 1．匝数变化的三种情况 (1)原线圈匝数不变，副线圈匝数变化。 (2)副线圈匝数不变，原线圈匝数变化。 (3)原、副线圈的匝数同时变化，且变化后匝数比与之前不同。 2．一般解题思路 根据电压与匝数成正比的特点，判断输出电压如何变化，然后根据答题模型从副线圈向原线圈推进。 　(多选)由于天气原因某小区的供电系统遭到严重破坏。为此，启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示，发电机输出的电压μ＝480 eq \r(2)sin(100πt) V，图中R表示输电线的电阻。滑动触头P置于a处时，用户的用电器恰好正常工作。在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则(　　) A．若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，则原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1 B．若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，则原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2eq \r(2)∶1 C．若发电机的输出电压发生波动V1的示数小于正常值，而用电器不变时，应使滑动触头P向下滑动 D．若V1的示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向上滑动 【解析】　若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，又因为用户的用电器正常工作时电压为220 V，故副线圈两端电压U2＝220 V＋I2R＝240 V，又原线圈两端电压U1＝480 V，故原、副线圈的匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝2∶1，选项A正确，B错误；由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n2,n1)得U2＝eq \f(n2,n1)U1，若U1变小，为保证用电器仍能正常工作，则n2应变大，滑动触头P应向上滑动，选项C错误；当用电器增加时，副线圈中的电流增大，输电线电阻R上的电压增大，为保证用电器仍能正常工作，则副线圈两端的电压应增大，故滑动触头P应向上滑动，选项D正确。 【答案】　AD ◆针对训练2　如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为μ1＝220eq \r(2)sin 100πt(V)，则(　　) A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 V B．当t＝eq \f(1,600) s时，c、d间电压的瞬时值为110 V C．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小 D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小 【解析】　原、副线圈的匝数之比为10∶1，原线圈两端的电压有效值U1＝eq \f(220\r(2),\r(2))V＝220 V，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，代入数据得U2＝22 V，故电压表的示数为22 V，A正确；当t＝eq \f(1,600) s时，c、d间电压的瞬间值u＝220eq \r(2)sin(100π×eq \f(1,600))V＝100eq \r(2) V，故B错误；当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，副 线圈输出电压不变，电流减小，即电压表示数不变，电流表示数减小，故C错误；当单刀双掷开关由a拔向b时，原线圈匝数减小，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)知U2变大，电压表和电流表的示数均变大，故D错误。 【答案】　A 三、两类特殊变压器 1．自耦变压器 如图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。 2．互感器 (1)电压互感器：如图甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。互感器将高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。 (2)电流互感器：如图乙所示，原线圈串联在待测大电流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流。 　(多选)调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上。AB间加上正弦交流电压U，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压。在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q，则(　　) A．保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变大 B．保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变小 C．保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变大 D．保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小 【解析】　当P的位置不动时，U2＝eq \f(n2,n1)U1不变，将Q向下移动时，R接入电路的阻值变大，由I2＝eq \f(U2,R)知I2减小，故选项B正确；保持Q的位置不变，R接入电路的阻值不变；将P逆时针旋转，则n2增大，U2必增大，所以I2也增大，故选项C正确。 【答案】　BC 　如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为(　　) A．2.2×103 W　　　　　 B．2.2×10－2 W C．2.2×108 W D．2.2×104 W 【解析】　根据题图甲可得，高压输电线的送电电压U＝eq \f(n1,n2)U甲＝220 kV；根据题图乙可得，送电电流I＝eq \f(n4,n3)I乙＝1 000 A；所以高压输电线的送电功率P＝UI＝220 kV×1 000 A＝2.2×108 W，C正确。 【答案】　C 核心素养·思维升华 互感器的区分技巧 (1)电压互感器是降压变压器，据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，知n1>n2.　 电流互感器是升压变压器，据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，知n1<n2. (2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志： ①测量仪器不同，前者后者。 ②原、副线圈匝数关系不同。 ③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上。 ◆针对训练3　自耦变压器的铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900 匝，原线圈为1 100 匝，接在电压有效值为220 V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0 kW，设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想变压器，则U2和I1分别约为(　　) A．380 V和5.3 A B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A 【解析】　由理想变压器原、副线圈中电压及功率关系可得：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，U1I1＝U2I2＝P2，所以，当变压器输出电压调至最大时，副线圈的匝数也最大，为n2＝1 900 匝，负载R上的功率也最大，为2.0 kW，则U2＝eq \f(n2,n1)U1＝eq \f(1 900,1 100)×220 V＝380 V，I1＝eq \f(P2,U1)＝eq \f(2.0×103,220) A≈9.1 A，故选项B正确。 【答案】　B 四、原线圈含电阻的变压器问题 对于一组原、副线圈电路，电流与匝数成反比的规律成立，即eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)；但要注意电压与匝数成正比关系成立的条件，原线圈接有用电器时，eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)中U1指的是原线圈两端电压而不是电源电压。原线圈两端电压和与原线圈串联的用电器两端电压之和等于电源电压。 　(多选)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是(　　) A．所用交流电的频率为50 Hz B．电压表的示数为100 V C．电流表的示数为1.0 A D．变压器传输的电功率为15.0 W 【解析】　由变压器不会使交流电的周期改变和题图(b)可知所用交流电的周期为2×10－2 s，可求得所用交流电的频率为50 Hz，A正确；由题图(b)可知通过R2的电流的有效值为1 A，由串并联特点可知通过R3的电流(即通过电流表的电流)为0.5 A，故副线圈的电流为I2＝1.5 A，由欧姆定律可得副线圈两端的电压U2＝1×10 V＝10 V，由变压器原、副线圈两端电压 比与原、副线圈匝数比的关系可得，原线圈两端的电压U1＝eq \f(U2,n2)n1＝100 V，再根据原线圈电路的串联关系可得R1两端的电压为UV＝220 V－100 V＝120 V，B、C错误；根据变压器原理可得变压器传输的电功率为P＝U2I2＝10×1.5 W＝15.0 W，D正确。 【答案】　AD 1．如图所示为原、副线圈的匝数均可调节的理想变压器，原线圈两端接一正弦式交变电流，一小灯泡L和滑动变阻器串联于副线圈两端，滑动触头P置于中间，小灯泡正常发光。为了使小灯泡亮度变暗，可以采取的措施有(　　) A．仅减少原线圈的匝数n1 B．仅增加副线圈的匝数n2 C．仅改变R接入电路的电阻，将滑动触头P向B端滑动 D．仅增大原线圈中交流电的电压 【解析】　仅减少原线圈的匝数使得副线圈中的电压增大，输出功率增大，小灯泡亮度变亮，A错误；仅增加副线圈的匝数，输出电压增加，故输出功率增大，小灯泡亮度变亮，B错误；仅改变R接入电路的电阻，将滑动触头P向B端滑动的过程中滑动变阻器接入电路的阻值增大，所以副线圈上的电流减小，通过灯泡的电流减小，所以灯泡亮度变暗，C正确；仅增大原线圈中交流电的电压，则副线圈中的电压增大，输出功率增大，小灯泡亮度变亮，故D错误。 【答案】　C 2．如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　) A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D．若闭合开关S则电流表A1示数变大，A2示数变大 【答案】　B 3.(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　) A．原、副线圈匝数之比为9∶1 B．原、副线圈匝数之比为1∶9 C．此时a和b的电功率之比为9∶1 D．此时a和b的电功率之比为1∶9 【解析】　因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为9∶1，A正确，B错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C错误，D正确。 【答案】　AD 4．调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图甲所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间输入交变电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压。图甲中两电表均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器。现在C、D两端输入图乙所示的正弦式交流电，变压器视为理想变压器，那么(　　) A．由乙图可知C、D两端输入交流电压u的表达式为u＝36eq \r(2)sin 100t(V) B．当滑动触头P逆时针转动时，M、N之间输出交流电压的频率变大 C．当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数也变大 D．当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电阻R2消耗的电功率变小 【解析】　由题图乙可知u＝36 eq \r(2)sin 100πt(V)，A错误；M、N之间输出交流电压的频率由输入交流电压的频率决定，B错误，滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，R3减小，由“串反并同”可知电压表读数减小，电流表读数增大，R2消耗的电功率P2＝eq \f(U2,R2)减小，C错误，D正确。 【答案】　D 5．普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图所示。电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iad；cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd。为了使交流电流表能正常工作，则(　　) A．ab接MN、cd接PQ，Iab<Icd B．ab接MN、cd接PQ，Iab>Icd C．ab接PQ、cd接MN，Iab<Icd D．ab接PQ、cd接MN，Iab>Icd 【解析】　电流互感器ab一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，根据电流关系I1n1＝I2n2知Iab>Icd，交流电流表应接在电流较小的一侧，故选项B正确。 【答案】　B $$