3.3 变压器 课后提升作业设计 -2026-2027高二下学期物理人教版选择性必修第二册

一、作品基础信息 项目 填写内容 作品名称 《3.3 变压器》课后提升作业设计 学段学科 高中 物理 适用年级 高二 教材版本 人教版（2019）选择性必修第二册 对应内容 第三章第3节 变压器 作业类型 课后作业 完成时长 总时长40分钟 设计者 陈何 二、设计背景与意图 1. 课标与教材分析 · 课标要求：本作业对应的学科核心素养是物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，需达成能运用电磁感应规律分析理想变压器工作原理，掌握电压、电流、功率关系，能处理变压器动态电路、多线圈、含二极管、原线圈串电阻等复杂情境学业质量标准。 · 教材地位：变压器是交变电流一章的核心应用，承接电磁感应、交变电流产生、有效值计算，是联系理论与生活输电、充电桩、调压设备的重要载体；承载模型建构、等效思想、能量守恒的物理方法，体会电磁技术对社会发展的价值。 · 教学重难点：本作业聚焦的重难点：①理想变压器电压、电流、功率规律；②变压器动态电路分析；③原线圈串联电阻、多副线圈、二极管单向导电、等效电源思想综合应用。 2. 学情分析 维度 具体描述 已有基础 学生已经掌握法拉第电磁感应定律、交变电流有效值、闭合电路欧姆定律；课堂学习变压器基本构造、电压匝数关系，了解理想变压器功率守恒。 现有困惑 容易混淆：原线圈串联电阻时，原线圈输入电压不等于电源电压；分不清“匝数比制约电压、功率制约电流”；二极管、多副线圈、自耦变压器情境不会处理；等效电源思想不熟练。 差异分析 班级内中等学生可以处理基础变压器题型；优生需要复杂综合情境训练；部分学生对动态电路逻辑推理薄弱，容易凭直觉判断电路变化。 3. 设计意图 本作业立足课堂所学变压器基础知识，由基础辨析进阶到综合复杂情境，覆盖自耦变压器、充电桩多副线圈、二极管整流、原线圈串联电阻、等效电源极值问题，分层训练学生模型建构与科学推理能力，对接高考常见命题情境，落实物理学科核心素养，同时兼顾不同层次学生训练需求。 三、作业目标 目标维度 编号 具体目标 对应核心素养 评价证据 知识理解 A 复述、辨别理想变压器电压、电流、功率关系，区分理想与实际变压器，掌握有效值、周期不变规律 物理观念 选择题正确率、概念辨析作答 能力运用 B 运用变压器规律解决动态电路、多副线圈、二极管、原线圈串联电阻的电路计算问题 科学思维 计算题步骤、方程列式、结果 思维发展 C 能运用等效电源、等效电阻思想分析功率极值；推理复杂变压器电路中电表示数变化；辨析易错干扰条件 科学思维 论证思路、选择理由、计算题逻辑推导 情感态度 D 结合充电桩、调压设备真实情境，体会变压器在生产生活中的应用价值 科学态度与责任 解题过程对实际情境的理解 四、作业内容与目标对应表 题号 题型 题目概要 对应作业目标编号 设计意图 参考答案/评价要点 1 选择题（B级） 自耦变压器，原线圈串联灯泡，双开关切换负载，分析灯泡亮度、功率、滑片转动带来电路变化 A、B 考查自耦变压器，原线圈串联负载，动态电路变化，易错点：原线圈不等于电源电压 答案C；要点：分清等效电阻，匝数变化对电压电流连锁影响 2 选择题（B级） 多抽头副线圈，串联定值电阻，切换接线柱，功率不变条件求电阻，周期辨析 A、B 多挡位变压器，变压器不改变交变电流周期；功率不变约束条件列式 答案C；注意周期由电源决定，变压器不能改变周期 3 选择题（B级） 磁场正弦变化给原线圈供电，副线圈接二极管，判断感应电流方向、电荷量、能量计算 A、C 结合交变电流产生+变压器+二极管单向导电；电荷量、能量计算 答案C；二极管半个周期导通，能量按有效值分周期计算 4 选择题（C级） 两种调压方案（副线圈滑动变阻器、原线圈侧滑动变阻器），灯泡正常发光，比较电阻、功率关系 B、C 对比两种变压器调压模型，训练原副线圈电路转换、功率计算 答案B；分清两种电路变量关系，列式对比 5 选择题（B级） 充电桩双副线圈理想变压器，电压匝数、功率关系判断 A、D 真实情境充电桩，多副线圈电压功率规律，区分有效值、最大值 答案BC；输入功率等于全部副线圈功率之和 6 选择题（C级） 副线圈侧滑片分割滑动变阻器，总电阻先增后减，分析电压电流变化量关系 B、C 滑动变阻器特殊接法，总电阻变化趋势，ΔU、ΔI比例推导 答案AC；数学分析并联总电阻，推导电压变化量比例关系 7 选择题（C级） 副线圈并联滑动变阻器，多电表，滑片下滑动态分析 B、C 副线圈总电阻变化，电表变化，推导电流比值不变的结论 答案BCD；副线圈电压由匝数电源决定保持不变 8 计算题（C级） 交变发电机接外电阻、滑动变阻器、变压器四种电路，求电压表示数，功率最大条件下电压；等效电源、等效变压器综合 A、B、C 综合交变电流产生、等效电源、变压器等效电阻，功率极值，本道题对思维综合度要求高 见解析；（1）电动势有效值求法；（2）等效内阻；（4）变压器等效电阻匹配 五、作业评价 维度 A（优秀） B（良好） C（待改进） 权重 得分 知识理解 基础题全对，变压器电压功率概念精确，分清变压器不能改变周期频率 少量细节错误，概念基本掌握，个别选项误判 较多基础错误，混淆电压电流功率关系 20% 能力运用 方程列式规范，电路模型选取恰当，计算过程清晰，结果准确 方法基本正确，少量计算失误，模型无重大错误 模型选用错误，缺少关键公式，计算大量错误 30% 思维发展 复杂情境能抓住约束条件，等效思想运用到位，极值、动态推理逻辑完整严谨 可以完成推理，但缺少深度，部分临界条件忽略 思路混乱，凭直觉做题，不会逻辑推导 30% 情感态度 主动完成全部习题，复杂计算题书写完整，愿意梳理错题反思错因 态度端正，按要求完成，书写基本完整 被动完成，跳过大题，书写潦草，不写过程 20% 6、 试题详情 1．（B）如图所示，一理想自耦变压器线圈AB绕在一个圆环形闭合铁芯上，左端输入正弦交流电压，、 为相同的灯泡，其电阻均为且恒定不变，定值电阻的阻值为灯泡阻值的。当滑片P处于如图所示位置时，AB端与PB端匝数比为，、闭合时，两灯泡均正常发光。下列说法正确的是（　　） A．灯泡正常发光的电流为 B．灯泡正常发光的电功率为 C．、均闭合时，将P沿顺时针方向转动，一定变暗 D．断开，闭合，将P沿逆时针方向转动（灯泡一直没有损坏），定值电阻消耗的电功率一定变大 2．（B）如图所示，变压器原线圈中电压随时间变化规律为，可输出11V、22V、33V电压，灯L的阻值为11Ω，当C接B时，灯消耗的功率为11W，已知AB间线圈匝数为300匝，下列说法正确的是（　　） A．原线圈的匝数为4241匝 B．流过灯泡的电流为 C．若C接A时，灯泡消耗功率不变，则R的阻值为22Ω D．C接A时，流过灯泡的电流变化周期为0.01s 3．（B）如图甲所示，一圆形线圈面积，匝数，电阻不计，处于匀强磁场中，磁感应强度B随时间t正弦变化的图像如图乙所示（取垂直纸面向里为正方向）。导线框右边与理想变压器的原线圈连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为，与副线圈连接的电阻，，D为理想二极管，下列说法正确的是（　　） A．时，圆形线圈中有逆时针方向的电流 B．时，原线圈中电势差为 C．内，流过的电荷量为 D．内原线圈输入的能量为 4．（C）如图甲、乙所示，学习小组设计了两种灯泡亮度调节电路。理想变压器原、副线圈匝数比，交流电源输出电压的有效值U与灯泡额定电压UL的关系为，调节滑动变阻器滑片，接入电路的阻值分别为R₁、R₂时，两相同的灯泡均正常发光。下列说法正确的是（　　） A．接入电路的电阻满足 B．接入电路的电阻满足 C．图甲、乙中滑动变阻器消耗功率之比为3:1 D．图甲、乙中电源输出总功率之比为3:1 5．（B）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，输入电压；两副线圈的匝数分别为和，输出电压。当I、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为和，下列说法正确的是（　　） A． B． C．变压器的输入功率为 D．两副线圈输出电压最大值均为 6．（B）如图所示的理想变压器，其原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1，a、b间接入电压有效值不变的交变电流。定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为，滑动变阻器R4的最大值为，电压表电流表均为理想电表，电压表V1、电压表V2、电流表A的示数分别为、、I，示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2，ΔI。将滑动变阻器R4的滑片P从最左端移动至最右端过程中，下列说法中正确的是（　　） A．电压表V1的示数将先增大后减小 B．电压表V2的示数将先减小后增大 C． D．副线圈所在闭合回路中的总电阻将先减小后增大 7．（C）如图所示，原线圈接入交流电源，电源电压保持不变。副线圈电路中、为定值电阻，R是滑动变阻器，和是交流电压表，示数分别用和表示；和是交流电流表，示数分别用和表示；忽略电表和变压器非理想化引起的误差，则在滑片P向下滑动过程中，下列说法正确的是（　　） A．和均保持不变 B．增大，变小 C．电源的输出功率变大 D．保持不变 8．（B）一边长为L的N匝正方形金属线框abcd，其总电阻为r，线框在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以转速n（单位r/s）做匀速圆周运动。金属线框外接电阻为R的电热器，如图甲所示，v为理想交流电压表。 （1）求图甲中电压表的示数； （2）若在电路中串联一滑动变阻器，如图乙所示，当滑动变阻器消耗的电功率最大时，求图乙中电压表的示数； （3）若在外电路中并联一滑动变阻器，如图丙所示，当滑动变阻器消耗的电功率最大时，求图丙中电压表的示数； （4）若在电刷与电压表间接入一理想变压器，如图丁所示，当电阻R消耗的电功率最大时，求图丁中电压表的示数。 7、 答案与解析 1．【答案】C 【解析】A．S1、S2闭合时，副线圈电路的阻值 则AB的等效电阻 那么此时流过灯泡的电流 故A错误； B．灯泡正常发光的功率为 故B错误； C．P顺时针转动，减少，则变大，变大，则流过灯泡的电流变小，灯泡一定变暗，故C正确； D．断开，闭合，则有 P逆时针转动，增多，则变小，由可减小到，讨论的功率变化时，可将灯泡的电阻R看作电源的“等效内阻”，当时，的电功率最大，故D错误。 故选C。 2．【答案】C 【解析】A．由题意得，当C接B时，灯消耗的功率为11W，即灯泡两端电压为 则由题意可知，AB间输出电压为22V，又因为原线圈两端的电压为 由 可得 故A错误； B．由得，流过灯泡的电流为 故B错误； C．若C接A时，副线圈电压为33V，要使灯泡消耗功率不变，则R两端电压为22V，则R的阻值为 故C正确； D．因为变压器不改变电源的周期，则C接A时，流过灯泡的电流变化周期为 故D错误。 故选C。 3．【答案】C 【解析】A．在 t = 0.01 s 时，磁感应强度 B = 0，但磁通量的变化率最大。根据B-t图像，此时图像的斜率为负，表示穿过线圈向里（正方向）的磁通量在减小。根据楞次定律，感应电流产生的磁场方向应为向里，以阻碍磁通量的减小。再根据安培定则，可知感应电流方向为顺时针，A错误； B．在 t = 0.005 s 时，磁感应强度B达到最大值，B-t 图像的切线斜率为零，此时线圈中产生的感应电动势为零，原线圈两端的电势差为零，B错误； C．在 0 ~ 0.005 s 时间内，根据法拉第电磁感应定律，原线圈中的平均感应电动势为 副线圈的平均电动势为 流过 R₁ 的平均电流为 流过 R₁ 的电荷量为 ，C正确； D．原线圈中电动势的最大值为 有效值为 副线圈两端电压的有效值为 电阻 R₁ 消耗的功率为 由于理想二极管 D 的单向导电性，电阻 R₂ 只在半个周期内有电流通过，其消耗的功率是正常工作时的一半，即 副线圈的总输出功率为 输入功率 在 1 s 内原线圈输入的能量为 ，D错误。 故选C。 4．【答案】B 【解析】AB．设灯泡电阻为r，图甲中，对副线圈电路有， 根据原副线圈的关系可得， 对R₁根据欧姆定律有 又因为 联立解得 图乙中，对原、副线圈电路有， 对R2根据欧姆定律有 又因为 联立解得 则，故A错误，B正确； C．图甲中滑动变阻器消耗功率为 图乙中滑动变阻器消耗功率为 则，故C错误； D．图甲中电源输出功率为 图乙中电源输出功率为 则，故D错误。 故选B。 5．【答案】BC 【解析】AB．根据理想变压器的电压比等于匝数比，可得，，故A错误，B正确； C．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，故C正确； D．输出电压为交流电的有效值，根据正弦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，故D错误。 故选BC。 6．【答案】AC 【解析】D．根据串联和并联的知识，设滑动变阻器R4滑片左边的电阻为，右边的电阻为，则副线圈所在回路的总电阻 整理可得 根据数学知识可得时，取最大值，且从减小到0的过程中，先增大后减小，可知副线圈所在闭合回路中的总电阻将先增大后减小，故D错误； AB．设副线圈所在回路的总电阻为，根据电压关系 其中满足，满足 电流关系 联立可得 副线圈所在闭合回路中的总电阻将先增大后减小，可知原线圈电流先减小后增大，可知电压表V1的示数将先增大后减小；电压表V2的示数也是将先增大后减小，故A正确，B错误； C．根据 可知 根据， 可得 可得，故C正确。 故选AC。 7．【答案】BCD 【解析】A．当滑片P向下端滑动过程中，电阻减小，副线圈电路的总电阻减小，由于匝数比不变，所以副线圈电压不变，副线圈电流变大，的电压变大，电压表的示数变小，故A错误； BC．由上可知电阻两端的电压减小，根据可知变小，原线圈、副线圈的匝数比不变，原线圈、副线圈两端的电压都不变，当滑片P向下端滑动过程中，电阻减小，副线圈电路的总电阻减小，根据，输出功率变大，输入功率也变大，,输入电压不变，所以变大，故BC正确； D．先根据原、副线圈中的电流与匝数的成反比，得副线圈中的电流 再根据电压比等于匝数比可知 整理得   所以是定值，故D正确。 故选BCD。 8．【答案】（1）；（2）；（3）；（4） 【解析】（1）线框在匀强磁场中匀速转动，回路中产生正弦式交变电流，设电动势的峰值为，则有 解得 （2）将电阻R等效为电源的内阻，则当时，滑动变阻器消耗的电功率最大，有 解得 （3）此电路可等效为电动势为、内阻为的电源外接滑动变阻器，当 时，滑动变阻器消耗的电功率最大，有 解得 （4）把外电路（变压器和电阻R）等效为一个电阻R＇，当等效电阻R＇＝r时电阻R消耗的电功率最大，设变压器原、副线圈的电压分别为、，电流分别为、，则有 解得 此时有 解得 学科网（北京）股份有限公司 $