第3章 3 第2课时 理想变压器的基本关系-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

096 (1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡(×1)先后测量了A、B线圈中“0,14”“0,4”的电阻值， 指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为 2,由此可推断 (选填“A”或“B”)线圈的总匝数较多。 (2)如果把它看作理想变压器，现要测量A线圈的总匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘 导线、一只多用电表和低压交流电源，请完成实验步骤的填空： ①用绝缘导线在B线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈； ②将 (选填“A”或“B”)全部线圈与低压交流电源相连接； ③用多用电表的 挡分别测量A线圈中“0,14”间的电压U和绕制线圈的电压U。 ④则A线圈的总匝数为 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[20] 第2课时 理想变压器的基本关系 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 掌握理想变压器原、副线圈的电压与匝数，电流与 物理观念 匝数的关系。 （1)5===…的应用 n n2 n3 1.能应用法拉第电磁感应定律导出理想变压器电 (2)11n1=In2+In3+…的应用 压与匝数的关系。 (3)1,U1=12U2+1,U+…的应用 科学思维 2.能应用理想变压器的功率关系分析电流关系并 (4)原线圈接有电阻时，变压器 解决基本问题。 问题的分析与计算 探究点理想变压器的基本关系 电动势关系：由于互感现象。日没有漏磷原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的根据法 拉第电磁感应定律有E,=n1 马=所以片 △Φ yE= E n2 2.电压关系 只有一个副线圈时 (1)由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1=E,,副线圈两端的电压U,=E2,所 (2)两类变压器 当n2<n1时，U2<U,副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作 变压器；当n2> 1时，U2>U1,副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作 变压器。 (3)当有n组线圈时，则有 0_4-0 n n2 n3 097 3.功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P人=P出。 4.电流关系 [拓展] (1)变压器的电压 关系，当织有一个副线图时，有化U,得 和电流关系可用有效 值表示，也可用峰值 (2)当有多个副线圈时，I1U1=12U2+I3U3+…,得I1n1=12n2+I3n3+… 表示。 (2)变压器高压线 >[拓展] 圈匝数多而导线细， [判断正误] 低压线圈匝数少而导 (1)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。 线粗，这是实际中区 (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。 ( )别高、低压线圈的 (3)理想变压器不能改变交变电流的频率。 ( ) 方法。 (4)理想变压器副线圈电流与原线圈电流成反比。 P[注意] [注意]变压器空载 或副线圈短路时出 类型一：对非理想变压器的考查 交流电 直流电 现的情况 例1：（多选）(2022·湖北卷)近 整流 接收线圈、 电池 当变压器空载时，无 电路 年来，基于变压器原理的无 电流、电功奉输出， 线充电技术得到了广泛应 发射线圈 所以输入功奉也为 用，其简化的充电原理图如 零；当副线圈短路 图所示。发射线圈的输入电 交流电 时，副线圈中电流 B 压为220V、匝数为1100 无穷大，则原线圈中 电流I,也无穷大，会 匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约 把变压器烧坏。 为发射线圈的80%，忽略其他损耗，下列说法正确的是 A接收线圈的输出电压约为8V B.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22：1 C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同 D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同 类型二：理想变压器只有一个副线圈时 例2：(2025·福建卷)某理想变压器如图甲，原副线圈匝数比4：1，输入电压 随时间的变化图像如图乙，R1的阻值为R2的2倍，则 A U/V 482 0.25 甲 A.交流电的周期为2.5s B.电压表示数为12V C.副线圈干路的电流为R1电流的2倍 D.原副线圈功率之比为4：1 098 跟踪训练1：(2025·河北卷)2024年底，世界装 机容量最大的抽水蓄能电站一河北丰宁抽水蓄能。 电站全面投产发电。如图，若该电站通过理想变压 器调节输出电压U2时，输入电压U,保持不变。已 知副线圈总匝数为n,分接头1、2间和2、3间的线圈 匝数n。==0,开关s接3时输出电压的瞬时值=ina以，则S接2 时山2-t的图像为 2 0 [规律方法]多个副 线圈问题分析方法 当有多个副线圈时， 电压比等于匝数比仍 类型三：理想变压器有多个副线圈时 然成立，但电流不再 例3：一台理想变压器如图所示。原线圈m,=1100匝；？1 与匝数成反比，而要 其一副线圈n2=500匝，两端接阻值R=2502的 (n2 R 根据原、副线圈功率 U 用电器；另一副线圈n3=150匝，两端接有“30V 相等去推导。 15W”的灯泡L。原线圈接入正弦式交流电压后， n L 灯泡L恰能正常发光。求用电器R的电功率和原 线圈中的电流。 ●[规律方法] 099 跟踪训练2：如图所示，理想变压器原线圈匝 数为1100匝，接有一阻值为R的电阻，电压表V, 示数为110.0V。副线圈接有一个阻值恒为R的 灯泡，绕过铁芯的单匝线圈接有一理想电压表V2, 示数为0.10V。已知R:R=4:1,则副线圈的 匝数为 A.225 B.550 C.2200 D.4400 素养能力提升 拓展整合·启智培优 变压器原线圈接有负载的两种情况 1.原线圈与负载串联，如图甲所示。 负载会分担一部分电压，原线圈两端的电压U,= U-U,流过负载的电流等于原线圈中的电流，有 U-Ue=几1_ U2n2'12n19 甲 2.原线圈与负载并联，如图乙所示。 负载会分流，原线圈两端的电压U,=U,流过原线圈的电流I1=I-I,有 U_n1I-k_凸 U2n2'’I2n1 例4：（多选）如图为由理想变压器、电阻和 灯泡组成的电路，电路输入的电压为U, 电阻R的阻值是1.5Ω，小灯泡L,上标有& [规律方法] “4V2W”,变压器副线圈回路中接入两 个均标有“12V3W”的小灯泡L2、L?说明小灯泡两端的电压为额定电压 变压器原线圈接有负 小灯泡L、L2L均正常发光下列说法中正确的是 载时，不要把电源电 A.理想变压器的原、副线圈匝数比为1：n2=1:6原线圈两端电压等于L1 压与原线圈两端电压 B.通过电阻R的电流是1.5A 两端电压，副线图两端 搞混，而要把原线圈 C.电阻R的功率为6W>用P=1R求电阻R的功幸 电压等于L2,L,两端电 看成一非纯电阻用电 D.电路输入的电压U=15V→U=U+U 压之和，用女9 器，其两端电压与副 求原、副线圈匝数比 线圈两端电压的比值 V通过R的电流等于通过L,和原线圈电流之和 等于匝数比。 用=无六表通过L,领定电流，用m,=:表通过原线圈电无 [规律方法] 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[21]素养能力提升 例4：AC原线圈与L1并联，由小灯泡L1、L2、L均正常发光，可 得原线圈电压U,=4V,副线圈电压U,=24V,理想变压器的 原、副线圈匝数比为n1:n2=U1:U2=1:6,故A正确；由 原、副线圈的功率相等，即P,=P,,可得P=UI1=P,=2× 3V=6W,解得1=1.5A,小灯泡L中的电流I'== P' 子A=05A,通过电阻R的电流1=1+？=20A,放B错 误；电阻R的功率为PR=R=2.0×1.5W=6.0W,故C正 确；电阻R两端的电压UR=R=2.0×1.5V=3V,电路输入 的电压U=Us+U1=7V,故D错误。 专题强化9理想变压器的几种典型问题 提升点1理想变压器的动态分析 例1：D仅将滑片P,上移时，副线圈匝数增大，根据理想变压器 电压与线圈匝数的关系有光=可知副线圈电压增大，则 副线圈电功率增大，原线圈电功率也增大，根据P=Ⅲ可知电 流表A的示数增大，故A错误；仅将滑片P2下移时，滑动变阻 器电阻减小，电压表V的示数变小，故B错误：由上述分析可 知滑片P,下移、P,上移时，副线圈电压减小，滑动变阻器电阻 增大，则副线圈电流减小，电阻R,的功率减小，故C错误；只 断开开关S,总电阻增大，则副线圈电流减小，根据理想变压 器电流与匝数的关系可知原线圈电流减小，即电流表A示数 变小，R2两端电压增大，则电压表示数变大，故D正确。 跟踪训练1：AC原线圈接正弦式交流电，由题知角速度ω= 100mad/s,所以f=%=100mHz=50Hz,故A正确：由表达 2π 2π 式知输入电压有效值为20V,根据兰=知，副线圈电压有 元， 效值即电压表V2的示数为22V,故B错误；光敏电阻R受到 的光照增强时，阻值减小，但不会影响变压器的输入电压及输 出电压，则副线圈电路总电流变大，原线圈电流也变大，定值 电阻分压增大，灯泡两端电压减小，灯泡变暗，故C正确，D 错误。 提升点2两类特殊变压器 例2：B由电压的表达式可知0=2严=100mad/s,T=2五= T Q.02s,测颜率f=7=0z=50,自耦变压器不改变交 1 流电的频率，所以接人风扇的交流电频率为50Hz,故A错误； 交流电源电压的有效值为U=-220巨V=220V,此电压 加在线圈的A、B两端，所以触头P转到线圈中间位置时，风扇 所加电压为110V,故B正确：触头P顺时针旋转时，B、C间的 线圈匝数减少，电压减小，给风扇所加电压减小，风扇电流减 小，自耦变压器的输出功率减小，风扇的转速减慢；输入功率 减小，输人电压有效值不变，A、B间输人电流减小，故C、D 错误。 22 例3：AC电表A是电压表，电表B是电流表：由电流互感器知 高压输电线中电流I=1000A,由电压互感器知高压输电线 输电电压0=2.2×105V,则高压输电线功率P=UM=2.2× 108W。 提升点3变压器与交流发电机综合的问题 例4：AD闭合导线框产生的最大感应电动势为E。=nBSw= 10√2V,有效值为E= =10V,故理想变压器原线圈、副线 2 圈的匝数比为n1:n2=E:U=10V:2.5V=4:1,A正确； 流过灯泡的电流为1，-先-A=06A,根据理想变压器 原、副线圈电流规律可知流过线框的电流有效值为1=·1 n =0.15A,B错误；图示位置为中性面位置，故以该位置为计 时起点，线框中产生的感应电动势的表达式为e= 10√2sin100t(V),C错误；如果在小灯泡两端再并联一盏相同 的小灯泡，由于原线圈两端电压不变，故副线圈两端电压不 变，仍等于灯泡的额定电压，所以两盏灯泡均正常发光，D 正确。 4.电能的输送 探究点1降低输电损耗的两个途径 要点归纳 P 2.3.r 4.（1)减小输电线的电阻r(2)减小输电线中的电流I 判断正误 (1)V(2)V(3)× 例1：BC在功率不变时，电压升高9倍，则传输电流变为原来的 号，若输电线不变，则输电线上损失电压△=，即变为原来 1 ,A错误；输电线损失功率△P=,因此输电线损失功率变 为原先的，B正确：如果损失功率不变（号）广，= 2 (品)7，=p专，如果相同输电线，则电阻率不变，传输距 离不变时，所需导线横截面只有原先的7，C正确：如果损失 功率不变，相同材料、粗细的输电线传输距离是原先的81倍， D错误。故选BC。 跟踪训练1：A在正常供电时有△P=PR,除冰时有9△P= 2R,联立两式解得'=3，由P=U可知，在输电功率不变的 情况下，电流变为原来的3倍时，电压降低为原来的子，即U =号，A正确。 探究点2电网供电 1.升压降压 3.（1)经济效益 4.(2)U41△U+U3U4L4