第3章 第3节 第1课时 变压器（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版 福建专用）

第3节　科学探究：变压器 课标要求 学习目标 1.观察常见的变压器，了解其作用。 2.了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 1.掌握理想变压器的概念。 2.会用理想化方法构建变压器模型。 3.会探究变压器电压与匝数的关系。 4.了解变压器的应用。 第1课时 变压器(赋能课—精细培优科学思维) 一、变压器的工作原理 1．变压器的结构 (1)如图甲所示，变压器由闭合的　　　　和绕在铁芯上的两个或两个以上的　　　　组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的　　　　叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制。在电路中，两绕组变压器的符号如图乙所示。 (2)原线圈：与电源相连的线圈，也叫　　　　　　　，其两端电压叫　　　　　　，用符号 　　　　表示。 副线圈：与　　　　相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫　　　　　　，用符号　　　　表示。 2．变压器工作原理 (1)原线圈中有交变电流通过时，铁芯中的　　　　　发生变化。 (2)铁芯中　　　　　的变化会在副线圈上产生感应电动势，如果副线圈两端连接负载构成闭合回路，副线圈中就会产生感应电流。 3．拓展一步：互感现象 在两绕组变压器中，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生　　　　　的现象。产生的感应电动势称为互感电动势。 4．理想变压器 (1)变压器线圈的　　　　忽略不计，即无“铜损”。 (2)闭合铁芯的“　　　　”忽略不计，即无漏磁。 (3)闭合铁芯中产生的　　　　为零，即无“铁损”。 即没有能量损失的变压器称为理想变压器。 1.变压器应用了电磁感应互感原理。 2.变压器只适用于交变电流。 [质疑辨析]　观察如图所示的可拆变压器，判断下列说法正误： (1)变压器的原、副线圈没有导线连接，副线圈不能输出电流。(　　) (2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的，两个线圈间是绝缘的。(　　) (3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。(　　) 二、理想变压器的电压与匝数的关系 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两个线圈的　　　　　之比，即：＝　　　　。 2．两类变压器 (1)降压变压器：　　　　　的电压比　　　　　电压低的变压器。 (2)升压变压器：　　　　　　　的电压比　　　　　电压高的变压器。 3．拓展一步：理想变压器功率、电流与匝数的关系 (1)输入功率为P1，输出功率为P2，对于理想变压器，输入功率　　　　输出功率，则　　　　　。 (2)原线圈电流为I1，副线圈电流为I2，则　　　　。 [质疑辨析]　利用控制变量法，在原线圈输入电压U1一定，原线圈匝数n1不变时，研究副线圈上的电压U2与对应匝数n2的关系；再研究在副线圈匝数n2不变时，副线圈上的电压U2与对应原线圈匝数n1的关系。 判断下列说法的正误： (1)U1、n1一定时，若n2增大，U2也一定增大。(　　) (2)U1、n2一定时，若n1增大，U2也一定增大。(　　) (3)n1、n2一定时，若U1增大，则U2一定减小。(　　) 强化点(一)　理想变压器的工作原理 任务驱动　 变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，如图所示是一个变压器通过降压给用户供电的示意图。 (1)理想变压器实际存在吗？为什么？ (2)变压器的原、副线圈连在一起吗？ (3)是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗？ [要点释解明] 1．变压器原理图解 2．三点注意 (1)变压器不改变交变电流的周期和频率。 (2)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。 (3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 [题点全练清] 1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈的磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 2．(双选)关于变压器的构造和工作原理，以下说法正确的是(　　) A．原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能 B．铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险 C．变压器改变正弦式交变电流的频率 D．当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出 强化点(二)　理想变压器的基本关系 任务驱动　 如图是变压器的结构图： (1)原线圈的输入功率与副线圈的输出功率满足什么关系？ (2)原、副线圈的电压与匝数的正比关系始终成立吗？ [要点释解明] 1．电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，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E1＝n1，E2＝n2，所以＝。 2．电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。 当有n组线圈时，则有＝＝... 3．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。 4．电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得＝＝。 [典例]　(2025·福建高考)某理想变压器如图甲所示，原、副线圈匝数比为4∶1，输入电压随时间的变化图像如图乙所示，R1的阻值为R2的2倍，则(　　) A．交流电的周期为2.5 s B．电压表示数为12 V 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 听课记录： [题点全练清] 1．(2025·广西高考)某变压器输入正弦交流电的电压有效值为220 V，输出电压最大值为11 V，该变压器视为理想变压器，其原、副线圈匝数之比为(　　) A．20∶ B．20∶1 C．20∶1 D．1∶20 2．(2023·北京高考)自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈接12 V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8 V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5 V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是(　　) A．仅增加原线圈匝数 B．仅增加副线圈匝数 C．将原、副线圈匝数都增为原来的两倍 D．将两个3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈 强化点(三)　三种特殊变压器 [要点释解明] 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。如果把整个线圈作为原线圈，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为原线圈，整个线圈作为副线圈，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。 2．两类互感器 类型 项目　　 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在待测高压电路中 串联在待测大电流电路中 副线圈的连接 连接交流电压表 连接交流电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压，测量高电压 将大电流变成小电流，测量大电流 利用的公式 ＝ ＝ 3．多个副线圈的变压器：计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系： (1)电压关系：＝＝＝… (2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋… (3)功率关系：P1＝P2＋P3＋… [典例]　如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间的电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为100 V，交流电流表的示数为1 A，则(　　) A．b是交流电压表 B．T2的原、副线圈匝数比为100∶1 C．高压线路输送的电流为1 A D．高压线路输送的电功率为220 kW 听课记录： (1)电压互感器是降压变压器，根据＝，知n1>n2。 电流互感器是升压变压器，根据＝，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。　　 [题点全练清] 1.一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈，通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　) A．U2＞U1，U2降低　 B．U2＞U1，U2升高 C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高 2.如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6 V　2W”的小灯泡，L2是“12 V　4 W”的小灯泡，当原线圈接入交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为(　　) A. A B. A C. A D. A 课下请完成课时跟踪检测(十四) 第3节　科学探究：变压器 第1课时　变压器 一、1.(1)铁芯　线圈　硅钢片　(2)初级线圈　输入电压　U1　负载　输出电压　U2　2.(1)磁通量　(2)磁通量 3．感应电动势　4.(1)电阻　(2)漏磁　(3)涡流 [质疑辨析] (1)×　(2)√　(3)√ 二、1.匝数　　2.(1)副线圈　原线圈　(2)副线圈　原线圈　3.(1)等于　P1＝P2　(2)＝ [质疑辨析] (1)√　(2)×　(3)× 强化点(一)　 [任务驱动]　提示：(1)理想变压器实际不存在，因为原、副线圈中的电流产生电热、变压器铁芯中的涡流产生电热、变压器铁芯漏磁等引起的能量损失均不可避免。 (2)变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的。 (3)变压器是利用互感现象在副线圈上感应出电流的，并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了。 [题点全练清] 1．选C　通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，故磁通量Φ变化，A错误；理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量相等，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，电流不通过铁芯，故D错误。 2．选AD　闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈缠绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁场很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈中，故A正确；若用整块金属做成铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生涡流，导致铁芯发热，可能烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故B错误；变压器不改变正弦式交变电流的频率，故C错误；由法拉第电磁感应定律可知，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故D正确。 强化点(二)　 [任务驱动]　提示：(1)由能量守恒定律知，输入功率等于输出功率。 (2)原、副线圈间电压与匝数的正比关系始终成立。 [典例]　选B　由题图乙可知，交流电的周期为2.25 s，故A错误；根据题图乙可知，输入电压的最大值Um＝48 V，则输入电压的有效值为U1＝＝48 V，根据变压比可知，副线圈电压U2＝U1＝12 V，则电压表示数为12 V，故B正确；根据并联规律可知，两电阻两端的电压相同，R1的阻值为R2的2倍，根据欧姆定律可知，流经R1和R2的电流之比为1∶2，副线圈干路电流等于流经两电阻的电流之和，则副线圈干路的电流为R1电流的3倍，故C错误；根据变压器的原理可知，原、副线圈功率相同，故D错误。 [题点全练清] 1．选C　变压器输出电压有效值为U2＝ V＝11 V，则变压器原、副线圈的匝数比为＝＝＝，故选C。 2．选B　由＝知，仅增加原线圈匝数，副线圈的输出电压U2减小，不能使小灯泡正常发光，故A错误；由＝知，仅增加副线圈匝数，副线圈的输出电压U2增大，有可能使小灯泡正常发光，故B正确；由题意知，该变压器不是理想变压器，将原、副线圈匝数都增为原来的两倍，原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压小于3.8 V，不能使小灯泡正常发光，故C错误；将两个3.8 V小灯泡并联，但由于原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压U2不变，不能使小灯泡正常发光，故D错误。 强化点(三)　 [典例]　选A　T2的互感器原线圈并联在高压线上，b是交流电压表，故A正确；高压输电线间的电压为220 kV，副线圈交流电压表的示数为100 V，根据变压器变压公式，T2的原、副线圈匝数之比为2 200∶1，故B错误；T1的原、副线圈匝数之比为1∶100，a是交流电流表，交流电流表的示数为1 A，根据变压器变流公式，高压线路输送的电流为100 A，故C错误；高压线路输送的电功率为P＝UI＝220 kV×100 A＝22 000 kW，故D错误。 [题点全练清] 1．选C　a、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数，在滑动触头由M点移动到N点的过程中，副线圈的匝数进一步减小，由变压器工作原理＝知，U2＜U1，且U2降低，C正确。 2．选C　两灯泡正常发光，则U2＝6 V，原线圈两端电压U1＝U2＝×6 V＝120 V，副线圈上总的输出功率P出＝PL1＋PL2＝2 W＋4 W＝6 W，原线圈上输入功率P入＝P出＝6 W，原线圈中的电流I1＝＝ A＝ A，故C正确。 2 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $