3.3变压器 导学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦变压器知识，涵盖构造、互感原理、理想变压器的电压电流功率关系及动态变化，通过联系电磁感应知识导入，以互感现象为支架衔接前后内容，帮助学生构建知识脉络。 资料亮点在于结合典例解析与动态变化规律总结，通过理想变压器模型建构培养科学思维，当堂达标练习强化知识应用，助力学生提升科学推理能力与问题解决能力，适合教学使用。

第3节 变压器 学案 核心素养目标 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解互感现象和变压器的工作原理。 2.理解理想变压器的匝数与电压和电流的关系，并能用其解决基本问题。 3.理解理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系。 基础知识： 知识点一　变压器的原理 1．变压器的构造 变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。 (1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。 2．变压器的工作原理 变压器工作的基础是互感现象。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。 3．作用 改变交变电流的电压。 4．理想变压器 没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。 知识点二　电压与匝数的关系 1．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＝。 2．两类变压器 副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。 3．变压器的效率 变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。 重难点理解： 一、理想变压器的特点及规律 1．工作原理 2．基本规律 (1)电压关系：＝。当有n组线圈时，则有 ＝＝＝…。 (2)功率关系：对于理想变压器，P入＝P出。 (3)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得＝＝。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。 (1)变压器只能改变交变电流的电压，不能在直流电路中使用。 (2)原、副线圈的电压、电流发生变化，而频率不变。　　 典例1：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．变压器输入功率为6 W 解析　根据u1＝12sin 100πt(V)及U1＝知U1＝12 V，f＝＝50 Hz，选项A错误；根据＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即的读数为6 V，选项B错误；I2＝＝ A＝1 A，即的读数为1 A，选项C错误；理想变压器没有能量损失，则输入功率P1＝P2＝＝ W＝6 W，选项D正确。答案　D 二　理想变压器的动态变化 1．理想变压器的制约关系 电压制约 当变压器原、副线圈的匝数之比一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝。 电流制约 当变压器原、副线圈的匝数之比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝。 功率制约 理想变压器的功率P入＝P出，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。 2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数之比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1； (2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝数之比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。 理想变压器动态问题的处理方法 (1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。 (2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化。 (3)根据闭合电路的欧姆定律，判断副线圈电流的变化、功率的变化。 (4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判断原线圈电流的变化及输入功率的变化。 (5)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压。　　　　 典例2：如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是(　　) A．L1先变暗后变亮，L2一直变亮 B．L1先变亮后变暗，L2一直变亮 C．L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗 D．L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗 解析　设副线圈连接的电路的总电阻为R2，滑动变阻器的滑片与电阻线触点为P，则＝＋，解得R2＝＝，则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，副线圈的总电阻先增大后减小，则副线圈总电流I2先变小后变大，得原线圈电流I1先变小后变大，则L1先变暗后变亮。根据U1＝U－I1R0(U为C、D间电压)，U2＝U1，由于I1先减小后增大，则副线圈的电压U2先增大后减小；通过L2的电流为IL2＝，滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中Rpb逐渐减小，则副线圈的电压U2增大过程中IL2增大；在副线圈的电压U2减小过程中，I2逐渐变大，通过R0的电流为IR0＝，Rap逐渐增大，则IR0越来越小，通过L2的电流IL2＝I2－IR0越来越大，则L2一直变亮。故选A。答案　A 三　两类常用的变压器 1．自耦变压器 图甲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，副线圈只取原线圈的一部分，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。线圈绕在一个圆环形的铁芯上，A、B之间加上输入电压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 电压互 感器 n1>n2，把高电压变为低电压，并联在被测电路中，用电压表测得低电压U2，再根据铭牌上变压之比，算出被测高电压 应用于实际测量高电压的器材 电流互 感器 n1<n2，把大电流变成小电流，串联在被测电路中，用电流表测得小电流I2，再根据铭牌上变流之比，算出被测大电流 测量大电流的一种方法 典例3：如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V，M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D间接4 V交流，P、Q间接4 V直流，下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压(　　) A．10 V　10 V B．10 V　4 V C．4 V　10 V D．10 V　0 解析　对于题图甲，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，相当于一个降压变压器，两边电压之比等于两边线圈的匝数之比，当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，相当于一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流时，A、B间将得到10 V交流。题图乙是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上、下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比。但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流，两端也就没有电势差，即M、P两点的电势相等。所以当P、Q接4 V直流时，M、N两端的电压也是4 V。故B正确答案　B 当堂达标： 1．某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压(　　) A．降低2 V B．增加2 V C．降低200 V D．增加200 V 2．电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上，则电流互感器(　　) A．是一种降压变压器 B．能测量直流电路的电流 C．原、副线圈电流的频率不同 D．副线圈的电流小于原线圈的电流 3.自耦变压器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，且变压器是理想的，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 4.(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式交流电源上。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。以下判断正确的是(　　) 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、副线圈匝数之比n1∶n2＝11∶3 参考答案： 1.解析：D　假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，由变压器的工作原理可知＝，则变压器副线圈的输出电压U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U1＋20 V时，变压器的输出电压U2′＝10(U1＋20 V)，则输出电压的增加量ΔU＝U2′－U2＝10U1＋200 V－10U1＝200 V。故A、B、C错误，D正确。 2.解析：D　变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，不能改变交变电流的频率，B、C错误；根据变压器匝数与电压的关系＝，可得副线圈的电压U2＝U1，由于原线圈匝数少而副线圈的匝数多，即n1＜n2，因此有U2＞U1，电流互感器是一种升压变压器，A错误；根据变压器匝数与电流的关系＝，可得副线圈的电流I2＝I1，由于n1＜n2，因此有I2＜I1，D正确。 3.解析：B　对理想变压器，原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流I1＝＝ A≈9.1 A，负载两端电压即为副线圈两端的电压，由＝得＝，解得U2＝380 V，故选项B正确。 4.解析：BD　理想变压器的输入功率等于输出功率，P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，选项A错误；由＝得＝＝＝，选项D正确；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，选项B正确；根据I＝得通过副线圈的电流的最大值I2m＝I2＝ A≈3.1 A，选项C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $