第三章 3 变压器-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等， 且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O 点的条形磁体，绕O点在该平面内匀速转动 时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈 电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说 3.变 知识梳理 川知识点1变压器的工作原理 1.变压器的构成：变压器由 和绕在铁芯上的两个线圈组成。 2.变压器的结构示意图和符号。 原线圈」 副线圈 ●入 铁芯 变压器示意图 工 变压器符号 3.变压器工作原理：在变压器原、副线圈中 由于有交变电流而发生 铁芯的作用：使绝大部分磁感线集中在 铁芯内部，提高变压器的效率。 4.理想变压器：忽略变压器原、副线圈的电 阻和各种电磁能量损失的变压器，磁通量 全部集中在铁芯内，称为理想变压器。理想 变压器的输入功率等于 即 第三章交变电流。 法正确的是() A.两线圈产生的电动势的有效值相等 B.两线圈产生的交变电流频率相等 C.两线圈产生的电动势同时达到最大值 D.两电阻消耗的电功率相等 压 器 知识点2理想变压器原、副线圈基本 关系的应用 1.P=P2或P人=PHo 2.=心=A亚，有多个副线圈时，仍然成 U22△U2 立，U===…。 ni n2 n3 3.4==丛，电流与匝数成反比，只对 I2n1△L2 一个副线圈的变压器适用，有多个副线圈 时，由输入功率和输出功率相等确定电流 关系，nl=nl+n3l+…。 4.原、副线圈的每一匝的 都相等， 磁通量变化率也相同，频率也就相同。 川知识点3互感器 电压互感器和电流互感器，比较如下： 比较项目 电压互感器 电流互感器 原理图 1④ 原线圈 并联在高压 串联在待测 的连接 电路中 高流电路中 副线圈 的连接 连接电压表 连接电流表 学 39 高中物理选择性必修第二册（人教版） 续表 比较项目 电压互感器 电流互感器 互感器 将高电压变 将大电流 的作用 为低电压 变成小电流 利用的 U1=4 公式 U,n2 nd=nk 要点突破 川要点1关于理想变压器的四点说明 1.变压器不能改变直流电压。 2.变压器只能用交变电流，可以改变电压和 电流，但不改变频率。 3.理想变压器本身不消耗能量。 4.理想变压器基本关系中的U1、U2、I、2 均为有效值。 例1一台理想变压器原、副线圈匝数比 为22：1，当原线圈两端输入u1=220V2· sin314t(V)的交变电压时，下列说法正确 的是() A.副线圈两端电压为10V2V B.副线圈接一个102电阻时，原线圈中的 电流为1A C.副线圈接一个10Ω电阻时，原线圈中输 入功率为10W D.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是 220V2V 思路点拨 理解理想变压器的工作原理，原、 副线圈中每匝线圈的磁通量变化率相 同，原、副线圈的电功率相等。 40)学 B变式训练① 一台理想变压器，当原线圈接220V交 流电源时，副线圈的输出电压是11V。如 果保持原线圈的电压不变，将副线圈拆去 18匝后，副线圈两电压降为8V,则原线圈 的匝数为多少？ 川要点2变压器问题的解题思路 思路1：电压思路 变压器原、副线圈的电压之比为少三 U. ,当变压器有多个副线圈时U=巫=U n2 n n2 n3 =…0 思路2：功率思路 理想变压器的输入、输出功率关系为P入= P",即P=P2,当变压器有多个副线圈时P= P2+P3+…o 思路3：电流思路 由1=知，对只有一个副线圈的变压 器有=2，当变压器有多个副线圈时l= 1 n n2l2+n3l3t·o 思路4：制约思路 1.电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比 L一定时，输出电压由输入电压决定， n 即U,=n2U n 2.电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定，且输入电压U确定时，原线 ,n2 圈中的电流1由副线圈中的输出电流12决 定，即1=丛。 n 3.负载制约：①变压器副线圈中的功率P2 由用户负载决定，P=P负+P2+;②变压 器副线圈中的电流2由用户负载及电压 确定，长：③总功率Pe-PR: 思路5：原理思路 变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯 中△Φ相等。 △t 例2如图所示，理想变 压器原线圈匝数为1，两 个副线圈匝数分别为2和 3,且n1:n2:n3=4:2:1, 例2题图 输入电压U=16V,R=R2=102,则输入的 电流1大小是（) A.0.4A B.0.1A C.0.5A D.0.6A P变式训练2 如图所示，有一 理想变压器，原、副 线圈匝数比为n:1, 原线圈正弦交流电压 变式训练2题图 U,输出端有一个交流 电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为 第三章交变电流。 R。当输入端接通电源后，电流表读数为I, 电动机带动一重物匀速上升，下列判断正确 的是() A.电动机两端电压为IR B.电动机消耗功率为PR C.原线圈中电流为nl D.变压器的输入功率为U山 川要点3理想变压器的动态分析 1.分清不变量和变量，弄清理想变压器中电 压、电流、功率之间的联系和相互制约关 系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电 路特点进行分析判定。 2.分析该类问题的一般思维流程 U_n 定天宽 R负我 P=P (IU=lU2) →2 决定 P=hU 决定一P。 例3（多选）如图所示电路中要使电流表 读数变大，可采用的方法有() A.将R上的滑片向上移动 B.将R上的滑片向下移动 C.将开关S由1掷向2 -(A) D.将开关S由1掷向3 例3题图 思路点拨 找准两种情况下不变的物理量和变 化的物理量，结合理想变压器原、副线 圈电压与匝数的关系进行判断。 B变式训练③ 如图所示电路中，变压器为理想变压器， 41 高中物理选择性必修第二册（人教版） a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，：压器原、副线圈的匝数分别为n1、2。当两 R。为定值电阻，R为滑动变阻器。现将滑动： 点火针间电压大于5000V就会产生电火花， 变阻器的滑片从一个位置滑动到另一个位置， 进而点燃燃气，闭合S,下列说法正确的是 观察到电流表A的示数增大了0.2A,电流表 () A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的 是() 点火针 A 甲 UN 0 变式训练3题图 3t/×10-2s 50 A.电压表V示数增大 B.电压表V2、V,示数均增大 A.电压表的示数为50V2V C.该变压器起升压作用 B.在正常点燃燃气的情况下，两点火针间 D.滑动变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 电压的有效值一定大于5000V 情境拓展 C.当2>100时，才能点燃燃气 n 图甲为家用燃气灶点火装置的电路原理 D.某正弦式交流发电机要产生与图乙相同 图，转换器将直流电转换为图乙所示的正弦 频率的交流电，其线圈在磁场中的转速 式交流电加在理想变压器的原线圈上，设变 为100转/秒 4. 电能的输送 材料一定的情况下，只能增加导线的横 知识梳理 截面积。这会导致导线过粗，耗费太多 川知识点1远距离输电 的金属材料，而且给铺设工作带来困难。 (2) 输电导线中的输电电流：在 1.输电的基本要求：可靠、保质、经济。 一定的情况下，根据P=U, 2.输电导线上的能量损失：主要是由输电线 要减小电流，必须 0 的电阻 产生的，表达式为Q= (3)综合实际因素，远距离输电必须采用变 压输电。 3.降低输电损耗的途径 (1) 输电线的电阻：在输电距离和： 42)学高中物理选择性必修第二册（人教版） >"2.交变电流的描述 知识梳理 知识点1 1.一次周期性变化2.周期性变化的次数 知识点2 1.某一时刻3.恒定电流 0.707Em 1/2 50.70muU。0701.4.A9 v2 V2 △t 要点突破 例1AD【解析】由图像可知该交变电流的电压 最大值为Um=10V,周期T-0.04s,所以瞬时值的表达 式为u=10sin50mt(V),A正确；0.01s末线圈电压最 大，处于与中性面垂直的位置，B错误；该交流电电压 的有效值为=。=5V2V,C错误；电阻消耗的功 V2 率为上代-5W,D正确。 变式训练1B 例2C【解析】电流方向随着时间周期性变化的 电流就是交流电，图甲、图乙均表示交流电，故A正 确；图甲中电压的最大值为20V,周期为0.02s,故表 达式为u=Usin2π1=20sin100mt(V),故B正确；图 T 乙所示电压的最大值为20V,根据有效值的定义，有 /2012 -V2T +0,解得U=10V,故C错误，D R R -× 2 正确。 变式训练2D 情境拓展 B【解析】根据E=nBwS,因n1>,故两线圈内电 动势的最大值不相等，电动势的有效值不相等，两电阻 消耗的电功率不相等，A、D错误；条形磁体转动的周 期即为线圈内交变电流的周期，故两线圈内交变电流的 频率相等，B正确；题图所示位置，匝数为的线圈磁 通量最大，感应电动势最小，匝数为2的线圈磁通量最 小，感应电动势最大，C错误。 >m3.变压器 知识梳理 知识点1 1.闭合铁芯3.互感4.输出功率P=P 34 知识点2 4.磁通量 要点突破 例1C【解析】原线圈两端的电压为U=220V,由 变压器的变压比=得副线圈两端电压为U,=10V, U22 副线圈接一个102电阻，副线圈中电流I2=1A,电功率 P=U1=10W,原线圈输人功率也为10W;由变压器的 变流比片光得立A,铁芯中磁通量的变化幸最大值 12 n1 为△中-E,由于具体的匝数未知，所以磁通量变化率 △tn 的最大值未知，所以答案是C 变式训练11320匝 例2C【解析】原线圈和副线圈电压与匝数的关 系为丛=凸=凸，解得=8V,=4V,由欧姆定律解 n n2 n3 得副线圈中的电流分别为1=0.8A,1=0.4A,输出功率 为PH=U以+U,1=8W,因为P=P人，所以输入电流1= 0.5A,故C正确。 变式训练2D 例3BC【解析】在输人电压和匝数比一定的情 况下，输出电压，是一定的，当R被小时，由上冬可 知电流表读数变大，故应向下移动，B正确；=，凸， n 在输人电压山一定的条件下，减小匝数比，则输出 2 电压2增大，故电流强度增大，应掷向2，C正确。 变式训练3D 情境拓展 C【解析】根据图乙得到原线圈电压的最大值为 50V,加在变压器原线圈上正弦式交流电压的有效值为 U=Um=25V2V,故电压表的示数为U=25V2V, V/2 故A错误；两点火针间的瞬时电压大于5000V即可产 生电火花，所以有效值一定大于5000V=25V2V, /2 而不一定大于5000V,故B错误；原、副线圈的电压 关系为盟=，由于原线圈最大电压为50V,副线圈 最大电压要大于5000V,所以必=>100，故C正 nI Ui 确；根据电压的图像可读出周期为T=0.02s,则相同频 率的交流电，转速为m=7=50转秒，故D错误。