第3章 3 变压器（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册（教科版）

该高中物理课件围绕变压器展开，系统涵盖构造原理、理想变压器关系、互感器应用及动态分析等核心知识点，通过知识辨析（如直流电源能否输出电压）衔接交流电知识，搭建从基础到应用的学习支架。 其亮点在于结合物理观念与科学思维，通过典例分析（如用电器正常工作时的参数计算）和动态问题思路（电压电流制约关系）培养模型建构与科学推理能力，助力学生深化理解，也为教师提供系统教学资源提升效率。

1.变压器的构造 　　最简单的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。   3　变压器 知识 清单破 知识点1 变压器的结构与原理 第三章　交流电 高中同步 (1)原线圈:一个线圈与交流电电源连接,叫作原线圈,也叫初级线圈。 (2)副线圈:一个线圈与负载连接,叫作副线圈,也叫次级线圈。 (3)输入电压:原线圈两端的电压,用符号U1表示。 (4)输出电压:副线圈两端的电压,用符号U2表示。 2.原理:变压器的变压原理是电磁感应,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场,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。原、副线圈虽然不相连,电能却可以通过磁场从原线圈 传递到副线圈。这种现象称为互感。 3.作用:改变交变电流的电压。 4.注意 (1)变压器不改变交变电流的周期和频率。 第三章　交流电 高中同步 (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。 第三章　交流电 高中同步 1.理想变压器 (1)定义:没有能量损失的变压器。 (2)特点 ①忽略漏磁。 ②忽略一切能量损耗。 2.基本关系(只有一个副线圈时) (1)电压关系 知识点2 变压器的电压、电流与匝数的关系 第三章　交流电 高中同步 (2)电流关系: = 。 (3)功率关系:P1=P2(即U1I1=U2I2)。 3.两类变压器 (1)降压变压器:副线圈两端电压比原线圈两端电压低的变压器。 (2)升压变压器:副线圈两端电压比原线圈两端电压高的变压器。 第三章　交流电 高中同步 1.电压互感器 (1)本质:降压变压器。 知识点3 电压互感器和电流互感器 (2)原理:如图所示,初级线圈并联在高压交流线路上,次级线圈与交流电压表相连,根据交流电 压表测得的电压和铭牌上的变压比(原、副线圈匝数比)就可以算出高压线两端的电压值。 (3)变压比:初级输入电压与次级输出电压之比。 (4)安全防护:为防止高低压线圈间以及高压线圈与铁芯间的绝缘部分被击穿而造成触电事 故,副线圈必须接地。 第三章　交流电 高中同步 (3)安全防护 ①使用时副线圈必须接地; ②使用时不许将副线圈开路。 2.电流互感器 (1)本质:升压变压器。 (2)原理:如图所示,原线圈串联在被测交流电路中,副线圈与交流电流表相连,根据交流电流表 测得的电流和铭牌上标注的变流比(原、副线圈匝数比的倒数)就可以算出被测电路中的电流。 第三章　交流电 高中同步 知识辨析 1.如果将变压器的原线圈接到稳恒直流电源上,在副线圈上还能输出电压吗? 2. = 适用于任何理想变压器吗? 3.观察如图所示的两个变压器,哪一个是降压变压器?   甲       乙 第三章　交流电 高中同步 一语破的 1.不能。变压器的工作原理是互感现象,在原线圈上接稳恒直流电源,在铁芯中不会形成变化 的磁场,所以在副线圈上不会有感应电动势产生。 2.不是。 = 适用于仅有一个副线圈的理想变压器。 3.图乙所示的是降压变压器。当n2>n1时,U2>U1,变压器为升压变压器;当n2<n1时,U2<U1,变压器 为降压变压器。 第三章　交流电 高中同步 1.工作原理   关键能力 定点破 定点 1 理想变压器的基本原理及规律 第三章　交流电 高中同步 (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U 2=E2,所以 = 。当有多个副线圈时,则有 = = =…。 (3)功率关系:对于理想变压器,不考虑能量损失,P1=P出。 (4)电流关系:由功率关系可知,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+…。 2.基本规律 第三章　交流电 高中同步 典例　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交变电源上。闭 合开关S后,用电器正常工作【1】,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【2】。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   B D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=3∶11 第三章　交流电 高中同步 信息提取    【1】副线圈两端电压为60 V。 【2】原线圈两端电压有效值为220 V,副线圈中电流有效值为2.2 A。 思路点拨    理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率,即用电器消耗的功率【3】。利 用 = 【4】和 = 【5】计算原、副线圈的匝数比和通过原线圈的电流。 解析    变压器的输入功率P1=P2=I2U2=2.2×60 W=132 W(由【1】【2】和【3】得到),选项A 错误;由 = 得 = = = (由【1】【2】和【4】得到),选项D错误;由 = 得I1=  I2= ×2.2 A=0.6 A(由【2】【5】得到),选项B正确;根据I= 得通过副线圈的电流的最大 值I2m= I2=   A,选项C错误。 第三章　交流电 高中同步 1.制约关系 (1)电压制约 　　输入电压U1决定输出电压U2。当变压器原、副线圈的匝数比 一定时,输出电压U2由 输入电压U1决定,即U2= 。 (2)电流制约 输出电流I2决定输入电流I1。当变压器原、副线圈的匝数比 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= 。而变压器副线圈中的电流I2由负载 及电压U2确定。 定点 2 变压器的动态分析问题 第三章　交流电 高中同步 (3)功率制约 ①变压器副线圈中的功率P2由负载决定,P2= + +…。 ②输入功率P1=P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。 2.匝数比不变的情况(原线圈两端电压不变,如图所示)   (1)根据 = 可知,不论负载电阻R如何变化,U2都不变; (2)因输出电流I2决定输入电流I1,当I2变化时,I1将发生变化; 第三章　交流电 高中同步 (3)I2变化引起P2变化,因P1=P2,P1随之发生变化。 3.负载电阻不变的情况(原线圈两端电压不变,匝数比发生变化,如图所示)   (1)根据 = 可知,U2将随匝数比发生变化; (2)R不变,U2改变,则I2发生变化; (3)根据P2= 知P2发生变化,根据P1=P2知,P1随之发生变化,因P1=U1I1且U1不变,故I1随之发生 变化。 第三章　交流电 高中同步 4.动态问题的分析思路 U1 U2 I2 I1 第三章　交流电 高中同步 典例 (多选)如图所示为一理想变压器,原线圈接有电压为U1的稳压交流电【1】,K为单刀双掷 开关【2】,P为滑动变阻器R的滑片【3】,则 (　    )   A.开关K合在a处,滑片P上滑时,原线圈中的电流将减小 B.开关K合在b处,滑片P下滑时,变压器输入功率将减小 C.保持滑片P的位置不变,开关K由b合到a时,R消耗的功率将减小 D.保持滑片P的位置不变,开关K由a合到b时,原线圈中的电流将减小  AC 第三章　交流电 高中同步 信息提取       第三章　交流电 高中同步 思路点拨    解此题可按以下思路: 开关K在某一位置,原、副线圈匝数比不变,滑片P的位置改变,副线圈回路中的电阻变化, 原、副线圈中电流变化;滑片P的位置不变,开关K位置变化,引起原、副线圈匝数比变化, 原、副线圈中电流变化。 第三章　交流电 高中同步 解析    开关K合在a处,滑片P上滑时,副线圈回路中的电阻增大,副线圈中的电流减小,由原线 圈与副线圈中电流的关系可知,原线圈中的电流也将减小,A正确;开关K合在b处,滑片P下滑 时,副线圈回路中的电阻减小,副线圈中的电流变大,而副线圈两端的电压不变,所以输出功率 将变大,由于输入功率等于输出功率,所以变压器输入功率将增大,B错误;保持滑片P的位置 不变,开关K由b合到a时,由 = 可知,副线圈两端的电压将减小,所以R消耗的功率将减小,C 正确;保持滑片P的位置不变,开关K由a合到b时,由 = 可知,副线圈两端的电压增大,副线 圈中的电流增大,由U1I1=U2I2可知,原线圈中的电流将增大,D错误。 第三章　交流电 高中同步   　　分析理想变压器原线圈接有负载的问题,要明确原线圈所在电路的结构。 　　如图(a),电阻R与原线圈串联。原线圈两端的电压U1=U-UR,流过R的电流等于原线圈中 的电流,有 = , = 。   定点 3 原线圈接有负载的理想变压器问题 图(a) 第三章　交流电 高中同步 　　如图(b),电阻R与原线圈并联。原线圈两端的电压U1=U,原线圈中的电流I1=I-IR,有 =  , = 。   图(b) 第三章　交流电 高中同步 典例 (多选)在如图(a)所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈 的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为定值电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表【1】。已知 电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示【2】,下列说法正确的是 (　    )   图(a) AD   图(b) A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数【3】为100 V C.电流表的示数为1.0 A D.变压器传输的电功率【4】为15.0 W 第三章　交流电 高中同步 信息提取    【1】读数为有效值; 【2】读出流过R2的电流的最大值为  A、周期为2×10-2 s; 【3】电压表的示数+原线圈两端电压=电源电压; 【4】等于原线圈的输入功率,也等于副线圈的输出功率,即负载消耗的功率。 思路点拨    根据i2-t图像获取流过R2的电流的最大值和周期,计算出其有效值和频率;分析电 路结构,搞清串、并联关系,根据部分电路欧姆定律和变压器的基本规律计算原、副线圈中 的电流及电压表的读数。 第三章　交流电 高中同步 解析    根据i2-t图像可知T=0.02 s,则所用交流电的频率f= =50 Hz,故A正确;副线圈两端电压 U2=I2R2= ×10 V=10 V,由 = 得原线圈两端电压U1=100 V,电压表的示数U=220 V-100 V =120 V(由【3】得到),故B错误;电流表的示数I= =  A=0.5 A,故C错误;变压器传输的电 功率P= R2+I2R3=15.0 W(由【4】得到),故D正确。   第三章　交流电 高中同步 $