3.3 变压器-【重难点手册】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）浙江专用

第三章 交变电流么型 第3节 变压器 重点和难点 课标要求 1.知道变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工 作原理 重点：理想变压器的原、副线圈中电压与匝 2.通过实验，探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的 数的关系，电流与匝数的关系 关系，电流与匝数的关系.了解理想化模型在物理学研究中的重 难点：变压器的原理 要性。 3.了解变压器在生活中的应用. 01必备知识梳理。 基础梳理 知识点1变压器的原理 1.变压器的构造 卫划重点7 变压器由一个闭合的铁芯、原线圈、副线圈组成. 变压器的作用 跟交流电源连接的线圈叫原线圈，也叫初级线圈.跟负载连 1.变压器工作的基础是 接的线圈叫副线圈，也叫次级线圈.两个线圈都是由绝缘导线绕 互感现象，故变压器只对变化 制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，是用来改变交 的电流起作用，对恒定电流不 流电压的装置（单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别 起作用。 2.变压器只改变交变电 如图甲、乙中所示) 流的电压，不改变交变电流的 周期和频率 2.变压器的工作原理 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 的磁通量，在原、副线圈中同样要产生感应电动势.由于这种互相 感应的互感现象，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。 95 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 原线圈 副线圈 铁芯 知识点2电压与匝数的关系 1.理想变压器 刀划重点7 (1)变压器铁芯内无漏磁，磁通量全部集中在铁芯内，即无 1,由}=2知，对于只有 I2 n “磁损”；原、副线圈不计电阻，即线圈不产生焦耳热，即无“铜损”； 一个副线圈的变压器，电流与 闭合铁芯中的涡流为0，即无“铁损” 匝数成反比，因变压器高压线 (2)因不计一切电磁能量损失，所以理想变压器的输入功率 圈匝数多而通过的电流小，应 等于输出功率.实际变压器（特别是大型变压器）一般都可以看成 用较细的导线绕制；低压线圈 理想变压器 匝数少而通过的电流大，应用 2.电动势关系 较粗的导线绕制. 由于互感现象，且没有漏磁，所以穿过原、副线圈的磁通量的 2.变压器的输入功率取 决于输出功率，即用多少给多 变化率相同，即原、刷线周中每一亚线陶都具有相同的公是由达 少.同理，输入电流取决于输 出电流，若副线圈空载，输出 △Φ 拉第电磁感应定律得E=:是，E,=n:,所以 △Φ E1= E2 n2 电流为0，输出功率为0，则输 入电流为0，输入功率为0. 3.电压关系 3.变压器能改变交流电 由于理想变压器不计原、副线圈的电阻，因此线圈两端的电 压、交变电流，但不能改变功 压U,=E,心，=E,所号%同理，当有几组副线圈时则有 率和交变电流的频率.输入功 率总等于输出功率，副线圈中 U1 U2 U3 交变电流的频率总等于原线 nI n2 n3 圈中交变电流的频率， 4.功率关系 4.变压器的电流关系是 对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入=P出· 有效值（或最大值）间的关系 5.电流关系 联系知当只有个发圈时心匹，得光 当有多个副线圈时，I1U1=I2U2十I3U3十…，得I1n1=I2n2 +I3n3+… 重难拓展 重难点1几种常用的变压器 1.自耦变压器 特点：只有一个线圈，三个抽头，可升压，也可降压.调压变压 96 第三章 交变电流么超 器属于自耦变压器，但电压可连续调节. 卫划重点7 2.互感器 交流电压表和交流电流 互感器是一种变压器，它可以把不能直接测量的高电压、大 表都有一定的测量范围，不能 电流变换成低电压、小电流后再进行测量（如图所示）. 直接测量高电压和大电流.互 感器是利用变压器的原理将 不能直接测量的高电压和大 电流转换成低电压、小电流后 再进行测量。 (1)电压互感器(n1>n2):把高电压变换成低电压，并联在被 测电路中 (2)电流互感器(n1<n2):把大电流变换成小电流，串联在被 同敲黑板司 测电路中 使用互感器时，一定要将 3.几种常见变压器的比较及应用 外壳和副线圈接地. 示意图 工作原理 应用 通过自耦变压，可以从0至 最大值连续调节所需电压， 交变电压的连续 自耦 与分压器比较相似，如图 调节：较大范围变 变压器 所示 压的实现 把高电压变为低电压，用电 压表测得低电压U2,再根 电压 应用于实际测量 互感器 据铭牌上变压比之，算出高电压的器材 被测高电压 把大电流变成小电流，用电 流表测得小电流I2,再根 电流 测量大电流的 互感器 据铭牌上变流比，算出种器材 被测大电流 例①(2025·湖南师大附中一模)如图所示，一理想自耦变 压器线圈AB绕在一个圆环形闭合铁芯上，左端输入正弦交流电 压u=220√2sin100πtV,L、L2为相同的灯泡，其电阻均为 R=110Q且恒定不变，定值电阻的阻值R,为灯泡阻值的).当 97 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 滑片P处于如图所示位置时，AB端与PB端匝数比为3：1，S、 P刘重点7 S2闭合时，两灯泡均正常发光.下列说法正确的是() 变压器与分压器的异同点 变压器 分压器 电路 符号 相同点 都能改变电压 A.灯泡正常发光的电流为1A ·种电阻装 一种电感装 工作 置，根据电阻 B.灯泡正常发光的电功率为55W 置，利用电磁 原理 串联分压原 感应原理工作 C.S1、S2均闭合时，将P沿顺时针方向转动，L1一定变暗 理工作 改变 D.断开S,闭合S2,将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有 只改变交变电交变电压、恒 电压 压，不能改变 定电压均可 损坏)，定值电阻消耗的电功率一定变大 的种 恒定电压 改变 类 R.R 电压 不能使电压 3则 调节 可使交变电压 升高，只能使 解析S1、S2闭合时，副线圈电路的阻值R剩= 升高或降低 范围 电压降低 UA随gh间 受负Ua不随cd 所接负载阻 同 载影所接负载的改 AB的等效电阻RAB=（ R剥=3R,那么此时流过灯泡的电流 的 值的增大而 变而改变 增大 遵循遵循法拉第电遵循欧姆定 V整=0.5A,故A错误；灯泡正常发光的功率为P=IR I=R+十RAB 规律 磁感应定律 举 理想变压器输 输入功率与 入功率随输出输出功率不 =27.5W,故B错误；P顺时针转动，n2减少，则变大，RB变 功率变化，两相等，空载时 179 功率 者保持相等，输入功率不 大，则流过灯泡的电流变小，灯泡L1一定变暗，故C正确；断开 空载时输入功为0，P入 闭合S则有R。一（份R=)尽，P造时特转动，增 率为0 I'Rof n2/ 因焦耳热发 能量理想变压器无 生能耗，用在 损耗能耗 多，则变小，R内号R可减小到R,讨论R。的功率变化时， 小功率电路中 可将灯泡L1的电阻R看作电源的等效内阻，当RAB=R时，R。 的电功率最大，故D错误。 [答案C 重难点2变压器动态问题的分析 理想变压器的几个重要制约关系： 分析变压器动态电路，首先要弄清电压、电流、匝数、负载电 阻及功率等物理量中谁是变量，并明确各物理量间的制约关系. (1)电压制约 当变压器原、副线圈的匝数比( 一定时，输出电压U2由输 n 98 第三章 交变电流么出 i 入电压决定，即U2=n2 可简述为“原制约副”. 卫记方法 变压器动态问题分类 (2)电流制约 1.匝数比不变的情况（如 图所示) 当变压器原、副线圈的匝数比 定时，且输人电压U1确 n2 定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即 1,=",13可简述为“剧制约原”， 1)U不变，根据 U, (3)负载制约 ①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1十 ,输入电压U1决定输出电 n2 压U2,不论负载电阻R如何 P负2十… 变化，U2都不变. ②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定， (2)当负载电阻发生变化 P2 12一U2 时，I2变化，输出电流I2决定 输入电流I1,故I1发生变化. ③总功率P人=P出，即变压器的输入功率是由输出功率决定的. (3)I2变化引起P2变 例②降压变压器（图甲）给用户供电的电路示意图如图乙所 化，P1=P2,故P1发生变化. 示，R。表示输电线的总电阻，假设用户端的用电器均为纯电阻器 2.负载电阻不变的情况 件，总电阻为R.若将变压器视为理想变压器，输入电压恒定，电 (如图所示) 表可视为理想电表，当用户使用的用电器减少时，则( (1)U1不变，”发生变 n2 化，故U2变化. 甲 (2)R不变，U2改变，故 A.电压表V2示数增大 B.电流表A2示数保持不变 I2发生变化 C.用电器R两端电压升高D.电流表A1示数保持不变 [解析]输出电压由输入电压决定，输入电压恒定，则电压表 ③)报报A二装A戈 V2示数不变，A错误；当用户使用的用电器减少时，输出端总电 生变化，再根据P1=P2,故 P1变化，P1=U1I1,U1不变， U2 阻增大，根据L,一R,电流表A示数减小，B错误：用电器R两 故I1发生变化. R。,用电器R两端电压升高 =”2可知，电流表A1示数减小，D错误. n1 [答案C 99 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 门-02关键能力提升。一 题型1对理想变压器规律的理解与应用 解析(1)由于两灯泡均正常发光，所以有 例1(2025·江西师大附中高二期中)如 U2=6V,U3=12V,根据原、副线圈电压与匝 图所示为某变压器的工作示意图，额定电压为 -n=,得m=ng U 数的关系，由 3V的灯泡正常发光，电阻R的阻值跟灯泡正 U2 n2'U3 n3' 常发光时的阻值一样，理想变压器原、副线圈 m=12×36= 20×36=1320匝，m=U:=61 匝数之比为3：1，则输入电压U为( 72匝. (2)由于P入=P出，P出=P2十P3,所以P入= P+P,即I,U=P,+P,则1，=P+P_ U A.9V B.10V C.1V D.11V 9+12 解析根据原、副线圈电压比等于匝数比可 220 A=0.095A. 得U-U,-×3V=9V,根据原、副线图电 题型3自耦变压器的分析与求解 n2 例③(2025·湖北宜昌一中期中)如图为 流与匝数关系可得原线圈电流为11=12= 可调压式自耦变压器，在电压U1保持不变的 n ,则电但R上的包压为U。一IR专R 情况下，滑片P顺时针转过适当角度，滑片P 向上移动适当距离，则( =1V,则输入电压为U=U+U,号 10V. 答案B 题型2多个副线圈的分析与求解 AU2将增大 例2如图所示，理想变压器的交流输入电 B.U2将不变 压U1=220V,有两组副线圈，其中n2=36匝， C.定值电阻R。的热功率减小 标有“6V9W”、“12V12W”的电灯分别 D.流经定值电阻R。的电流不变 接在两副线圈上均正常发光.求： 解析由题意可知，滑片P顺时针转过适 ☒6V9W 当角度，则副线圈的匝教2减小，由-”可 U2 n2 n 知，副线圈输出电压U2减小，副线圈两端电压 ☒12V12w 与原线圈两端电压及匝数比有关，与副线圈电 (1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝 路的总电阻的大小无关，A、B错误；副线圈两 数n3; 端电压U2减小，滑片P'向上移动适当距离，则 (2)原线圈中电流I1. 滑动变阻器接入电路的电阻增大，副线圈回路 100 第三章交变电流么出组 的总电阻增大，副线圈回路中电流减小，流经定 D.当单刀双掷开关由a拔向b后，副线圈 值电阻R。的电流减小，由P=R。可知，定值 输出电压的频率增大 电阻R。的热功率减小，C正确，D错误 解析由图像可知，电压的最大值为Um= 答案C 311V,交流电的周期为T=2×10-2s,所以交 题型4变压器电路中动态变化问题的分析 1 流电的频率为f==50Hz,当单刀双掷开关 例④(2025·安徽合肥一中一模)如图甲 所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为22：1， 与a连接时，原线圈输入电压为U=311 V≈ 2 b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的 220V,根据电压与匝数成正比可知，副线圈的 交流电表，定值电阻R=102,其余电阻均不 计.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图 电医为-V=10V,则电压表的示教为 乙所示的正弦交变电压，则下列说法中正确的 10V,故A错误；当单刀双掷开关与a连接时， 是( 副线圈电压为10V,所以副线圈电流为I2= u/V 31 R -1A,电流表示数为电流的有效位，不随时 R t/(×102s) 间的变化而变化，所以当t=0.02s时，电流表 示数为1A,故B错误；当单刀双掷开关由a拔 甲 A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的 向b时，原线圈的匝数变小，所以副线圈输出 示数为14.14V 的电压会变大，电阻R上消耗的功率变大，原 B.当单刀双掷开关与a连接且t=0.02s 线圈的输入功率也会变大，故C正确；变压器 不会改变电流的频率，所以输出电压的频率不 时，电流表示数为0 变，故D错误。 C.当单刀双掷开关由a拨向b后，原线圈 的输入功率变大 答案C 03核心素养聚焦。 考向1理想变压器的工作原理 例①(2025·安徽卷)某理想变压器的实 验电路如图所示，原、副线圈总匝数之比1： n2=1:3,①为理想交流电流表.初始时，输入 A 端a、b间接入电压u=122sin(100πt)V的 A.电阻箱R的阻值调为182 正弦式交流电，变压器的滑动触头P位于副线 B.副线圈接入电路的匝数调为其总匝数 圈的正中间，电阻箱R的阻值调为62.要使 电流表的示数变为2.0A,下列操作正确的是 的马 C.输入端电压调为u=12√2sin(50πt)V 101 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） D.输入端电压调为u=6√2sin(l00πt)V 墨原线圈与单匝线圈的匝效比为”-，解 解析 得原线圈匝数为2200匝，A错误；根据题图可 R=182I=1A,A错 知，当原线圈输入220V时，B、C间的电压应 →I=2A,B对 U=12yI=3A,C错 该为12V,故B.C间的线图匝效关系有”平- nR U1=6VI=1.5A,D错 12V 0.1V120,B、C间的线圈匝数为120匝，流 答案B P 12W 过R的电流为Ic一一12V-1A,B错 命题意图 考查理想变压器的工作原理 误；若将R接在AB端，根据题图可知，当原线 核心素养 物理观念、科学思维素养水平水平3 圈输入220V时，A、B间的电压应该为18V, 考向2理想变压器的电压、电流与匝数的 根据交流电原线圈电压的表达式可知，交流电 关系 例②（经典·山东卷）如图所示的变压 的频率为了-一公-50H,C错误：若将R 器，输入电压为220V,可输出12V、18V、 接在AC端，根据题图可知，当原线圈输入 30V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间 220V时，A、C间的电压应该为30V,根据欧 变化为u=U cos100πt.单匝线圈绕过铁芯连 UAC 姆定律可知，流过电阻R的电流为IAc一尺 接交流电压表，电压表的示数为0.1V.将阻值 12A=2.5A,交流电的周期为T==2m 30 为122的电阻R接在BC两端时，功率为 f 12W.下列说法正确的是( =0.02S,D正确. 答案D 命题意图考查理想变压器的电压、电流与匝数的关系 核心素养 物理观念、科学思维素养水平水平4 考向3理想变压器的动态变化 A.n1为1100匝，Um为220V 例③(2025·湖南卷)如图甲，某小组设 B.B、C间线圈匝数为120匝，流过R的 计了灯泡亮度可调的电路，a、b、c为固定的三 电流为1.4A 个触点，理想变压器原、副线圈匝数比为，灯 C.若将R接在AB两端，R两端的电压为 泡L和三个电阻的阻值均恒为R,交变电源输 18V,频率为100Hz 出电压的有效值恒为U.开关S与不同触点相 D.若将R接在AC两端，流过R的电流 连，下列说法正确的是( ) 为2.5A,周期为0.02s [解析变压器的输入电压为220V,原线圈 交流电的电压与时间呈余弦函数关系，故输入 交流电压的最大值为220√2V,根据理想变压 102 第三章 交蛮电流客超 A.S与a相连，灯泡的电功率最大 U1 U B.S与a相连，灯泡两端的电压为十3 kU 3十B正确；当S与b相连时，等效 U C.S与b相连，流过灯泡的电流为 电路中的电流1一2+R,则流过灯泡的 U kU (k2+2)R 电流1，=L121RC错误：当S与c相 D.S与c相连，灯泡的电功率为（十1）R U U 连时，等效电路中的电流11=1十R,则R' 解析将理想变压器与副线圈电路等效为 k2U2 的电功率P1=IR'= (1+)2R,即灯泡的电 一个电阻R',则有R'-,根据理想变压器的 Ui 功率为P2= 2U2 (1+k2)2R ,D错误. 工作原理可知，U,=2 ,=2=1, U1一n1=k,。=,6，叉 R,联立解得R=R,等效电路如图卫 所示，又R'的电功率等于灯泡的电功率，S与c 相连时回路中电流最大，R'的电功率最大，灯 泡的电功率最大，A错误；当S与a相连时，根 答案B 据串联分压规律可知，R'两端的电压U1= 命题意图 考查理想变压器的动态变化 2U一，U,则灯泡两端的电压 核心素养 物理观念、科学思维素养水平水平4 3R+2R 103