3.3.2 专题：变压器的综合问题 课件 -2025-2026学年高二下学期人教版物理选择性必修第二册

变压器 互感现象 变压器的规律 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。 变压器的原理 U2 R U1 n1 n2 理想变压器特点：没有能量损耗 P入= P出 几种常用变压器: 升压变压器、降压变压器、互感器、自耦变压器 复习巩固 一、理想变压器的制约关系和动态分析 U1 U2 I2 I1 1.电压、电流、功率之间的因果关系 ①U1由电源决定 ②U2由U1和匝数比决定： ③I2由U2和负载决定： ④I1由I2和匝数比决定： ⑤输入功率P1由输出功率P2决定： P1＝P2 P1 一、理想变压器的制约关系和动态分析 2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是: (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是: R→I2→P出→P入→I1。 n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 一、理想变压器的制约关系和动态分析 1、 (2025·天津市红桥区高二期末)如图所示，T为理想变压器，A1、A2为交流电流表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑动变阻器的滑片向下滑动时（ ） A.A1的读数不变，A2的读数变大 B.A1的读数变大，A2的读数变大 C.A1的读数不变，A2的读数变小 D.A1的读数变小，A2的读数变小 B 一、理想变压器的制约关系和动态分析 (2024·吉林市高二期末)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，变压器可视为理想变压器，所有电表视为理想电表，原线圈输入有效值恒定的交流电压，图中R为输电线的总电阻。在用电高峰期，住户使用的用电器增加时，下列说法正确的是( ) A.电流表A示数不变 B.电压表V1示数增大 C.电压表V2示数增大 D.发电机的输出功率增大 D 一、理想变压器的制约关系和动态分析 (2)负载与原线圈并联，如图乙所示。 负载会分流，原线圈两端的电压U1＝U，流过原线 圈的电流I1＝ ，有 ， 。 分析理想变压器原线圈接有负载的问题时，要明确原线圈所在的电路结构，从而确定各物理量之间的关系。 (1)负载与原线圈串联，如图甲所示。 负载会分担一部分电压，原线圈两端的电压U1＝ ，流过负载的电流等于 原线圈中的电流，有 ＝，＝ 。 U-UR I-IR 二、变压器原线圈有负载的电路分析 等效电阻模型 在只有一个副线圈的理想变压器电路中,设原线圈、副线圈的匝数之比 =k,负载电阻为R,则变压器和负载电阻整体可以等效为一个新电阻,其阻值R'=k2R。 证明:如图甲所示,设原线圈两端的电压为U1,通过它的电流为I1,副线圈两端的电压为U2,通过它的电流为I2,副线圈负载电阻为R,变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。设原线圈、副线圈的匝数之比 =k,根据变压器规律可知 = =k, = =k,由欧姆定律可知 =R,联立解得 =k2R,如图乙所示,可以将变压器和负载电阻整体看成大小为k2R的等效负载电阻直接连在原线圈一侧。 二、变压器原线圈有负载的电路分析 1、 (来自教材)如图所示，理想变压器的原、 副线圈的匝数比为3∶1，在原、 副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，求： (1)副线圈回路中电阻两端的电压。 设副线圈回路中电阻两端的电压为U， 由题意知，副线圈中的电流为I2＝ 则原线圈中的电流为I1＝I2＝ 与原线圈串联的电阻两端的电压为 UR＝I1R＝ 由理想变压器的变压规律可知，原线圈两端的电压为3U， 所以有 ＋3U＝220 V，解得U＝66 V 例题精选 (2)原、 副线圈回路中电阻消耗的功率之比。 原线圈回路中电阻消耗的功率为 P1＝R＝ 副线圈回路中电阻消耗的功率为P2＝ 所以原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比为P1∶P2＝1∶9。 例题精选 2、 (2025·张家口市高二期末)如图所示，理想变压器接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光，则交流电源的电压与灯泡的额定电压之比为( ) A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.4∶1 C 设灯泡正常发光的电压为UL，电流为IL，原线圈输入电压为U1，根据理想变压器原、副线圈功率相等，可得U1IL＝UL·2IL，可得U1＝2UL，则交流电源的电压为U＝UL＋U1＝3UL，交流电源的电压与灯泡的额定电压之比为U∶UL＝3∶1，故选C。 例题精选 如图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原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 U2 U1 A B P 自耦变压器 U1 U2 n1 n2 升压变压器 n1 n2 U1 U2 降压变压器 1、自耦变压器 三、几种常见的变压器 2、电压互感器 交流电压表的有一定的量度范围，不能直接并联到高压电测量其电压值。那么如何用交流电压表间接地测量出高压电的电压值？ V 地线 火线 n2 n1 U1 U2 电压互感器 三、几种常见的变压器 3、电流互感器 交流电流表的有一定的量度范围，不能直接串联到在大电流电路中的电流值。那么如何用交流电流表间接地测量出大电流电路中的电流值？ 电流互感器 地线 火线 A n2 n1 I2 I1 钳形电流表是一种电流互感器 三、几种常见的变压器 1、调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB间加上正弦交流电压u，移动滑动触头P，就可调节输出电压。在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q。 (1)保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数如何变化？为什么？ 电流表的读数变小。保持P的位置不动，即保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，则滑动变阻器R两端的电压不变，将Q向下移动时，连入电路的电阻的阻值变大，输出电路中的电流减小，故电流表的读数变小。 例题精选 (2)保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数如何变化？为什么？ 电流表的读数变大。保持Q的位置不动，即保持滑动变阻器R连入电路的阻值不变，将P沿逆时针方向移动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数增多，滑动变阻器R两端的电压将增大，输出电路中的电流增大，故电流表的读数变大。 例题精选 2、 (多选)互感器主要与交流测量仪表配合使用，它也是一种变压器，常用的有电压互感器和电流互感器。如图，在电路中接入互感器A、B，原、副线圈的匝数比分别为kA、kB，甲、乙为交流电表。下列说法正确的是（ ） A.kA<kB B.甲为电流表 C.B为电流互感器 D.互感器可以用来测量直流电路的电流和电压 AB 例题精选 理想变压器 ①无铜损 　②无铁损 ③无磁损 基 本 关 系 功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入＝P出 电压关系 ①只有一个副线圈时：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2) ②有多个副线圈时：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝… 电流关系 ①只有一个副线圈时：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1) ②有多个副线圈时：由P入＝P出得n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 频率关系 f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率) $