3.3 变压器 课件-2026-2027学年高二下学期物理粤教版选择性必修第二册

该高中物理课件围绕变压器展开，涵盖构造、工作原理、理想变压器规律及应用。通过生活用电器额定电压与家庭电路220V的差异问题导入，衔接交变电流知识，以构造-原理-模型-规律-应用为学习支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于结合科学探究与科学思维，通过“讨论与交流”引导问题提出，实验数据表格与理论推导（如电压电流关系推导）培养科学推理能力，理想变压器模型建构体现模型思维。应用实例（电压互感器、电流互感器）联系实际，小结系统梳理规律，助力学生深化物理观念，教师可高效开展结构化教学。

第三章 交变电流 粤教版 选择性必修二 第三节 变压器 1 新课导入 用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压 手提电脑 19.5V 机床上的照明灯 36V 扫描仪 12V 防身器 3000V 手机充电器 4.2V 4.4V 5.3V 彩色电视机显像管 几万伏 家庭电路的电压是220V，如何使各种额定电压不同的用电器正常工作呢？ 变压器就是一种用于改变交流电压的设备。 Part 01 认识变压器 3 形形色色的变压器 城乡街头的变压器 各式变压器 可拆式变压器 变电站的大型变压器 一、变压器的构造 铁芯 原线圈 副线圈 铁芯与线圈互相绝缘 电路图中符号 原线圈 副线圈 输入电压 输出电压 n1 n2 一、认识变压器 —— 构造 6 小灯泡为什么会发光？ —— 副线圈有电压产生 讨论与交流 副线圈的电压是怎么产生的？ 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗？ 一、认识变压器 —— 工作原理 原线圈加 交变电压 副线圈中磁通量发生变化 在铁芯中产生交变磁场 电磁感应 副线圈中产生感应电动势 原线圈产生交变电流 U1 U2 原理：互感现象（电磁感应） 从能量角度分析(如何传递能量？) 原线圈：输入的电能 磁场能 副线圈： 磁场能 输出的电能 哪些地方有能量损耗呢？ 磁损：漏磁损失能量 铁损：涡流现象发热 铜损：线圈电阻发热 主要 一、认识变压器 —— 工作原理 磁感线经过铁芯构成磁回路，使整个磁路的磁场强度达到最大。 （由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率） 磁损：漏磁损失能量 铁损(主要)：涡流现象发热 铜损：线圈电阻发热 能量损耗 铁芯用彼此绝缘的多层硅钢片制成 闭合铁芯 一、认识变压器 —— 工作原理 不计能量损耗——理想变压器 变电站中的大型变压器 变压器的能量损耗很小，效率很高，特别是大型变压器效率可达95%以上，所以实际计算中常把损耗的能量忽略不计。 理想化模型！ 理想变压器的能量转化过程： 原线圈电能 (U1、I1) 磁场能 (变化的磁场) 副线圈电能 (U2、I2) P入＝P出 一、认识变压器 —— 理想变压器 推导1：理想变压器原、副线圈电压之比与原、副线圈匝数的关系 理想变压器模型 讨论与交流 U2 R U1 n1 n2 由法拉第电磁感应定律，得： 不考虑原副线圈的电阻的理想变压器原、副线圈的电压： 二、变压器原、副线圈电压与匝数的关系 变压器线圈两端电压与匝数的关系： （适用于理想变压器） U2 R B2 =Bmsinωt U1 n1 n2 e0 =Em sinωt B1 =Bmsinωt 变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率 14 二、变压器原、副线圈电压与匝数的关系 变压器线圈两端电压与匝数的关系： 1、n2 >n1 U2>U1——升压变压器 2、n2 <n1 U2 <U1——降压变压器 （适用于理想变压器） U1 U2 n1 n2 升压变压器 n1 n2 U1 U2 降压变压器 15 推导2：单个副线圈理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系 理想变压器模型 讨论与交流 U2 R U1 n1 n2 对于理想变压器，不考虑能量损耗，故输出功率P2与输入功率P1相等 P1=P2 即 I1 U1=I2 U2 又 可得 此公式只适用于一个副线圈的变压器 推导3：多个副线圈的理想变压器线圈电压、电流与匝数的关系 讨论与交流 n2 U2 I1 n1 U1 n3 U3 “一原多副”的理想变压器 任意两线圈两端电压之比等于匝数之比 由 P入 =P出 得 原线圈电能全部转化为两副线圈电能 I2 I3 理想变压器的变压、变流规律： n2 U2 I1 n1 U1 n3 U3 “一原多副”的理想变压器 U2 R U1 n1 n2 I1 I2 “一原一副”的理想变压器 变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率 以上关系适用是于有效值、最大值，但对某时刻的瞬时值其关系不成立。 (1)理想变压器只传输能量，本身不是用电器。 (2)变压器只能改变交变电流，若初级线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为0. 以上关系是有效值间的关系，对最大值也适用，但对某时刻的瞬时值其关系不成立。 课堂小结 一、变压器的构造 1.示意图 2.符号 二、变压器的工作原理： 1.电磁感应现象：变压器只能改变交流电的电压和电流 2.能量转化：电能→磁场能→电能 3.理想变压器： 三、理想变压器的变压、变流规律： P入＝P出 一个副线圈的变压器 n1 n2 U1 U2 多个副线圈的变压器 Part 01 电压互感器与电流互感器 21 交流电压表有一定的量度范围，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 交流电流表有一定的量度范围，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 项目 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 串联在待测高流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 小型降压变压器 将大电流变成小电流 小型升压变压器 利用的关系式 练习：(多选)如图所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V和10A，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则(　　 ) A．甲图中的电表是电压表，输电电压为22000 V B．甲图是电流互感器，输电电流是100 A C．乙图中的电表是电压表，输电电压为22000 V D．乙图是电流互感器，输电电流是100 A AD Part 02 理想变压器的制约关系 26 【典例】 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比＝2∶1，Ⓥ和Ⓐ均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB两端电压u1＝12sin 100πt(V)． 下列说法正确的是(　　) A．电流频率为100 Hz B．Ⓥ的读数为24 V C．Ⓐ的读数为0.5 A D．变压器输入功率为6 W D U1 U2 I2 P2 P1 I1 27 U1 U2 I2 P2 P1 I1 变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少。 输出电流 I2 →输入电流 I1 输出功率 P2 →输入功率 P1 理想变压器输入输出电压、电流、功率之间的关系： 输入电压U1 → 输出电压U2 负载 →输出电流 I2 课本P79 3.如图所示是一理想变压器示意图．原线圈 n1=1100 匝，其中一副线圈n2=500匝，两端接阻值R=250 Ω的电阻；另一副线圈n3 =150匝，两端接有额定值为“30V 15W”的灯泡 L． 原线圈接入交变电压后，灯泡 L 恰能正常发光． 求电阻 R 的电功率和原线圈中的电流． 练习　如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1 =1 000匝，两个副线圈的匝数分别为n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6 V　2 W”的小灯泡，L2是“12 V　4 W”的小灯泡。当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为（ ） C 1．理想变压器动态变化的两种情况 (1)原、副线圈的匝数比不变，分析各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。 (2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈的匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。 2．动态问题的分析思路可表示为 U1 U2 I2 P2 P1 I1。 考点突破1：理想变压器的动态变化问题 (1)原、副线圈的匝数比不变，分析各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。 若Q位置不变，将P向上滑动 考点突破1：理想变压器的动态变化问题 练习1：如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　) A．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，R1消耗的功率变大 B．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，电压表 示数变大 C．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，电流表 示数变大 D. 若闭合开关S，则电流表 示数变大， 示数变大 B 练习2：如图甲所示，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流经理想变压器给负载供电，原线圈两端的交变电压随时间变化的图像如图乙所示，电压表和电流表均为理想电表，Rt为阻值随温度升高而变小的热敏电阻，R1为定值电阻．则(　　) A．金属线框的转速为25 r/s B．t＝0.005 s时，电压表读数为0 C．Rt温度升高时，电流表的示数变大 D．Rt温度升高时，变压器的输入功率变小 C 含有变压器的动态电路问题的解题思路 (2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈的匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。 若P位置不变，将Q向上滑动 考点突破1：理想变压器的动态变化问题 特点：铁芯上只绕有一个线圈 自耦变压器 U2 U1 A B P 调压变压器 U1 U2 n1 n2 升压变压器 n1 n2 U1 U2 降压变压器 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。 把整个线圈作原线圈， 副线圈只取线圈的一部分 把线圈的一部分作原线圈， 整个线圈作副线圈 例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 C U1 ～ M N c a b d U2 ～ 例2：如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos 100πt．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V．将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W．下列说法正确的是(　　) A．n1为1 100匝，Um为220 V B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s D 考点突破2：“等效法”处理变压器问题 已知交变电源电压有效值为E，内阻为r 负载为R，理想变压器的匝数比为 k (n1:n2) 求I1、U1、I2、U2 U2 R I1 U1 I2 E, r 考点突破2：“等效法”处理变压器问题 练习：两彼此正对的相同金属圆环竖直放置在竖直向下、磁感应强度为0.8 T的匀强磁场中，圆环半径为0.2 m、相距0.5 m，用导线将环与匝数比为4∶1的理想变压器相连，变压器输出端接一阻值为1 Ω的灯泡，让导体杆沿两环内侧做角速度为50 rad/s的匀速圆周运动，圆环电阻不计，杆长为0.5 m，电阻为4 Ω，则灯泡(　　) A．两端电压为0.8 V B．两端电压为1.0 V C．两端电压为1.5 V D．两端电压为2.0 V A 练习：如图所示，手摇发电机产生的正弦交流电经理想变压器给灯泡L供电，当线圈以角速度ω匀速转动时，灯泡L正常发光，电压表示数为U．已知理想变压器原线圈与副线圈的匝数之比为k，发电机线圈的电阻为r，灯泡L正常发光时的电阻为R，其他电阻忽略不计，则(　　) A．手摇发电机输出电流为 B．灯泡L电压的最大值为 C．灯泡L的额定功率为 D．若在灯泡L两端并联一个相同的灯泡，则灯泡L的亮度不变 C 理想变压器的规律 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)＝… 基 本 关 系 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) $