3.3 变压器 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦变压器的构造、互感原理及理想变压器的电压、电流、功率关系，通过生产生活中变压器实例设问导入，结合线圈接交直流电源的实验引出互感现象，搭建从现象观察到理论分析再到实验验证的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过可拆变压器实验（控制变量法、数据表格及误差分析）培养学生证据收集与解释能力，结合理想模型建构（忽略铜损、铁损）强化科学思维，联系充电桩、无线充电等应用渗透能量观念。学生能提升探究与建模能力，教师可高效落实重点知识。

第三章 交变电流 3　变压器 High school physics 通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。 了解变压器的构造及工作原理。 02 01 掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。 03 重点 重难点 重点 01 变压器的原理 生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。 变压器是如何改变电压的呢? 变电站的大型变压器 各式变压器 输出：5V 街头变压器 情境导入 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上，如图所示。小灯泡可能发光吗？写出你的理由；如果把线圈与学生电源的直流输出端相连，小灯泡可能发光吗？ 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，如果小灯泡两端电压合适，小灯泡就会发光。如果线圈与学生电源的直流输出端相连，小灯泡不发光。 变压器的基本结构 可拆式变压器 变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。 变压器的示意图 原线圈 （初级线圈） 副线圈 （次级线圈） 铁芯 电路图中变压器符号 接交流电源 输入电压 接负载 输出电压 涂有绝缘漆的硅钢片叠合 匝数用n1表示 匝数用n2表示 核心知识 变压器的原理： U2 R U1 n1 n2 交流 互感现象（电磁感应） 原线圈 接 交流电 原线圈中的磁场发生改变 在铁芯中产生变化 的磁通量 副线圈产生感应电动势 副线圈的 磁通量 发生改变 副线圈 有 感应电流 Ф变 核心知识 原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是： 若不考虑原副线圈的内阻有 ： U1=E1 U2=E2 理论分析： U2 R U1 n1 n2 说明：变压器不改变交变电流的周期和频率 变压器中的能量转化 原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了 电场的能量。 理想变压器： 没有能量损耗的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型。 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”。 (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。 (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。 1.(多选)关于理想变压器的工作原理，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.变压器不改变交变电流的频率 D.当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出 √ √ 例题 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，故A正确； 铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，故B错误； 变压器原、副线圈交变电流的频率相同，故C正确； 变压器对恒定电流不起作用，故D错误。 在输入交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不一样。 变压器原、副线圈两端的电压与线圈的匝数有什么关系呢？ 02 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验思路： 利用可拆变压器进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。 实验方法： 控制变量法 保持原线圈输入的电压一定，改变原、副线圈的匝数，测量副线圈上的电压。 核心知识 数据分析： 在误差允许的范围内，原副线圈电压之比是等于它们的匝数。 实验结论： 发现的数值和 的数值总是相差那么一点，这是为什么？ 核心知识 误差分析： 误差产生原因： ①变压器线圈通过电流时会发热（铜损）； ②铁芯在交变磁场的作用下也会发热（铁损） ； ③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯呢（磁损） 。 我们把没有能量损失的变压器叫做理想变压器，那么这样的变压器有什么规律？ 能量损耗 核心知识 6.注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。  (3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程 挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 核心知识 2.(2024·绍兴会稽联盟高二期末)某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。 (1)下列说法正确的是　　　。  A.变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能 转化为电能 C.理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失 D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 BC 例题 (2)实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则可推断原线圈的输入电压可能为　　　　。  A.3.0 V　 B.5.5 V　 C.6.0 V　 D.6.5 V D (1)变压器是通过互感原理工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误； 变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，故B正确； 理想变压器忽略能量损失及漏磁，原线圈输入功率等于副线圈输出功率，故C正确； 变压器的原线圈两端电压由电源提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端电压不变，不为0，故D错误。 (2)若是理想变压器，则由变压器原、副线圈电压与匝数的关系， 知当变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱之间，副线圈接“0”和“4”两个接线柱时，可知原、副线圈匝数比为2∶1，副线圈电压为3.0 V，则原线圈电压应该为6.0 V；实际操作中，变压器不是理想变压器，需要考虑能量损失及漏磁部分，则原线圈所接电压大于6.0 V，故选D。 03 理想变压器的基本关系 U2 U1 n1 n2 电压与匝数的关系 理想变压器： ① 升压变压器 ② 降压变压器 原线圈电能 副线圈电能 磁场能 理想变压器的能量转化： 不计能量损耗，线圈电阻 (U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2) 核心知识 理想变压器 功率制约： P入 = P出 原线圈电能全部转化为副线圈电能 电压制约： “一原一副” 的电流制约： U1 I1 = U2 I2 原副线圈的电流跟匝数成反比 I1 I2 U2 n1 n2 R U1 此式只适用于一个副线圈的变压器 理想变压器的电流规律 核心知识 多个副线圈情况下的电压、功率和电流关系 I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 任意两线圈两端电压之比等于匝数之比 “一原多副”的理想变压器 由 P入 =P出 得：I1U1= I2U2+ I3U3+ ……，即， I1n1=I2n2 + I3n3+ …… 原线圈电能全部转化为副线圈电能 核心知识 → U1决定 U2 → I2 决定 I1 ①电压关系： → P出决定P入 ③功率关系： P入=P出 ②电流关系： 理想变压器的三个决定关系 I1 I2 U2 n1 n2 R U1 I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 总结提升 (来自教材)变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？ 答案　降压变压器的副线圈两端电压低，匝数少，通过的电流大，为减小产生的热量，减小线圈导线的电阻，应该用较粗的导线。 说明　变压器高压线圈匝数多而导线细，低压线圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的方法之一。 思考与讨论 3.(2024·北京卷)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 √ 例题 由题图乙知，理想变压器原线圈电压最大值为Um＝24 V，则有效值 为U1＝＝24 V，故A错误； 灯泡正常发光，由P＝UI得，副线圈中电流有效值为I＝＝0.5 A， 故B正确； 由理想变压器原、副线圈电压与匝数关系可知＝4，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P1＝PL＝3 W，故D错误。 4.(多选)(2025·云南卷)电动汽车充电桩的供电变压器(视为理想变压器)示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1，输入电压U1＝1.1 kV；两副线圈的匝数分别为n2和n3，输出电压U2＝U3＝220 V。当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW，下列说法正确的是  A.n1∶n2＝5∶1 B.n1∶n3＝1∶5 C.变压器的输入功率为10.5 kW D.两副线圈输出电压最大值均为220 V √ √ 根据理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比可得n1∶n2＝U1∶U2＝5∶1，n1∶n3＝U1∶U3＝5∶1，故A正确，B错误； 根据能量守恒可知变压器的输入功率等于总的输出功率，故P输入＝P输出＝7.0 kW＋3.5 kW＝10.5 kW，故C正确； 输出电压为交流电的有效值，根据正弦式交流电的最大值与有效值的关系可知，两副线圈输出电压最大值均为Um＝220 V，故D错误。 几种常用变压器 1.自耦变压器 自耦变压器的原副线圈共用一个线圈 电压互感器与电流互感器 V 地线 火线 n2 n1 U1 U2 电压互感器 并联 接地 电流互感器 地线 火线 A n2 n1 I2 I1 串联 接地 钳式电流表 初级线圈 次级线圈 输入 交流电 手机开始充电时，底座同时亮起了一圈呼吸灯，互感。 输出 感应电流 科学漫步 无线充电技术 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 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.29.100 $