第3章 第3节 第1课时 变压器的工作原理及应用（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

本高中物理讲义聚焦变压器核心知识点，系统梳理从构造（闭合铁芯、原副线圈）到工作原理（互感现象），再到理想变压器电压与匝数关系（U1/U2=n1/n2）、电流与匝数关系（单副线圈I1/I2=n2/n1）及特殊变压器（自耦变压器、互感器）的知识脉络，搭建完整学习支架。 该资料通过情境思考、任务驱动引导科学探究，如分析“原线圈接直流电灯泡是否发光”培养科学思维，结合无线充电、燃气灶点火等实例强化物理观念。课中助力教师高效授课，课后通过题点全练清帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第3节　变压器 课标要求 学习目标 通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 1.知道理想变压器的概念和规律。 2.掌握变压器的动态变化问题的分析。 3.通过实验探究总结电压与匝数的关系。 第1课时　变压器的工作原理及应用(赋能课——精细培优科学思维) 一、变压器的原理 1.变压器的构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。一个线圈与交流电源连接,叫作原线圈,也叫初级线圈;另一个线圈与负载连接,叫作副线圈,也叫次级线圈。 2.变压器的原理:互感现象是变压器工作的基础,原线圈中的电流的大小、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,所以副线圈能够输出电流。 [微点拨] (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。 [情境思考] 如图所示,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈(原线圈)通过开关连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。接通电源,小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光? (2)若将原线圈接在恒定的直流电源上,小灯泡发光吗?为什么? 提示:(1)当左边线圈加上交流电压时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律可知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光。 (2)不发光。因为原线圈接恒定的直流电源时无法在副线圈中产生感应电动势。 二、电压与匝数的关系 1.理想变压器 (1)实际变压器的能量损耗: ①变压器线圈通过电流时发热; ②变压器铁芯在交变磁场作用下因涡流产生热量; ③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内。 (2)理想变压器:没有能量损耗的变压器,是一种理想化模型。 2.原、副线圈电压和电流与匝数的关系 对理想变压器:= 当只有一个副线圈时,P1=P2, 又P1=I1U1,P2=I2U2,可推出:=。 3.变压器的分类 (1)降压变压器:副线圈电压比原线圈电压低的变压器。 (2)升压变压器:副线圈电压比原线圈电压高的变压器。 [微点拨] 　　电流关系=只适用于一个副线圈的情况,而=既适用于一个副线圈的情况,也适用于多个副线圈的情况。 [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与对应副线圈匝数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? 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。 [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 解析: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.(2025·浙江舟山阶段练习)无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈两端通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中产生感应电动势,最终实现为手机电池充电。则关于受电线圈中产生的感应电动势情况,下列说法正确的是 (　　) A.受电线圈中的感应电动势恒定不变 B.受电线圈中的感应电动势周期性变化 C.受电线圈中的感应电动势大小不变、极性不断变化 D.受电线圈中的感应电动势极性不变、大小不断变化 解析:选B　由于送电线圈中通入正弦式交变电流,根据麦克斯韦电磁场理论可知送电线圈中电流产生的磁场按正弦规律周期性变化,所以受电线圈中感应电流仍是正弦式交变电流,可知受电线圈中的感应电动势周期性变化。故选B。 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? 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。 [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 [解析]　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。 [答案]　B [题点全练清] 1.(2025·天津期末)理想变压器原线圈匝数为1 400匝,副线圈匝数为700匝并接有电阻R,当变压器工作时原、副线圈中 (　　) A.电流的频率之比为2∶1 B.电功率之比为2∶1 C.电流之比为2∶1 D.电压之比为2∶1 解析:选D　理想变压器可以改变电压、电流,但不能改变电流的频率,则原、副线圈中电流的频率之比为1∶1,故A错误;理想变压器没有能量损失,因此P入=P出,即原、副线圈中电功率之比为1∶1,故B错误;根据理想变压器原、副线圈的电流与匝数的关系可得,===,故C错误;根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系可得,===,故D正确。 2.(2024·北京高考)如图甲所示,理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上,输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示,副线圈接规格为“6 V　3 W”的灯泡。若灯泡正常发光,下列说法正确的是 (　　) A.原线圈两端电压的有效值为24 V B.副线圈中电流的有效值为0.5 A C.原、副线圈匝数之比为1∶4 D.原线圈的输入功率为12 W 解析:选B　由题图乙知,原线圈两端电压的最大值为Um=24 V,则原线圈两端电压的有效值为U1==24 V,故A错误;灯泡正常发光,副线圈中电流的有效值为I===0.5 A,故B正确;由理想变压器电压与匝数关系可知,==,故C错误;理想变压器没有能量损失,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,则原线圈的输入功率为P1=PL=3 W,故D错误。 3.如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u=5sin 100πt V的交流电,经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV,就会在打火针和金属板间引发电火花,实现点火。下列正确的是 (　　) A.< B.< C.用电压表测原线圈两端电压,示数为5 V D.副线圈输出交流电压的频率是100 Hz 解析:选B　原线圈两端电压的有效值为U1= V= V,根据电压与匝数的关系有=,变压器副线圈两端电压的峰值为U2max=U2,根据题意有U2max>10×103 V,解得>2 000,<,故A错误,B正确;用电压表测原线圈两端电压,电压表测的是有效值,则示数为U1= V= V,故C错误;根据ω=2πf=100π rad/s,解得f=50 Hz,变压器不改变频率,则副线圈输出交流电压的频率是50 Hz,故D错误。 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 分类 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈 的连接 并联在高压电路中,接在火线和零线间 串联在待测电路中,接在火线上 副线圈 的连接 连接电压表 连接电流表 互感器 的作用 测高电压,将高电压变为低电压(降压变压器) 测大电流,将大电流变成小电流(升压变压器) 利用的 关系式 =(n1>n2) I1n1=I2n2(n1<n2) 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,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,当原线圈接入交流电压时,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 [解析]　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。 [答案]　C [题点全练清] 1.(2025·山东泰安期末)如图所示为钳形电流表的结构图和外形图,据图判断下列说法正确的是 (　　) A.钳形电流表的变压器是一个降压变压器 B.通过钳形电流表的导线增加为两圈,所测得的电流将会加倍 C.读数时要使铁芯保持张开 D.载流导线中的电流在铁芯中产生了稳定的磁场 解析:选B　钳形电流表的变压器的作用是“降流”,属于升压变压器,故A错误;根据n1I1=n2I2,通过钳形电流表的导线增加为两圈,即n1加倍,因I1和n2不变,则所测得的电流I2将会加倍,故B正确;若钳形部分铁芯没有完全闭合,则铁芯漏磁增多,在二次绕组磁通量变化率减小,产生的感应电动势减小,感应电流减小,则测量出的电流将小于实际电流,故C错误;载流导线中的电流为周期性变化的电流,在铁芯中产生了周期性变化的磁场,故D错误。 2.(2025·福建福州期末)如图所示为理想自耦变压器,其中P为变压器上的滑动触头,Q为滑动变阻器上的滑片,则以下说法正确的是 (　　) A.适当调节变压器上的滑动触头P,该自耦变压器既可升压也可降压 B.滑片Q不动,滑动触头P逆时针转动,电流表读数变大 C.图示位置,U2>U1 D.滑动触头P不动,滑片Q缓慢向下滑动时,U2一直在减小 解析:选B　调节变压器上的滑动触头P,可改变副线圈的匝数,但副线圈匝数一直不大于原线圈匝数,故该自耦变压器只能降压不能升压,A错误;滑片Q不动,滑动触头P逆时针转动,副线圈匝数增大,根据=,可知副线圈两端电压增大,则电流增大,电流表读数变大,B正确;题图所示位置,原线圈匝数大于副线圈匝数,则有U1>U2,C错误;滑动触头P不动,副线圈匝数不变,则U2不变,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $