第43讲 变压器（复习讲义）（上海专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

第43讲 变压器 目录 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 知●识●解●构 知识点01 互感原理 知识点02 变压器原理 知识点03 理想变压器 知识点04 远距离高压输电 考●向●破●译 考向01 理想变压器的电流、电压和功率关系 考向02 含有变压器的动态电路分析 考向03 高压输电线上的损失 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 选择题 × √ × 填空题 × × √ 计算题 × × × 实验题 × × × 综合题 × × × 考情分析 1．变压器的知识点是电磁感应应用的主要知识点之一，高考中单独考查或结合电功率的知识点进行综合考查的可能性都存在，但分值不会太高。 2．从题型上看，填空和计算的可能性较大。 3．从命题场景上看，可能是以物理模型和远距离输电的生活中应用为背景。 复习目标 1. 了解理想变压器原副线圈的电压、电流、电功率的关系。 2. 了解远距离输电中功率损耗和电压损耗的原因，并能进行相关计算。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 知●识●解●构 知识点01 互感原理 1. 互感现象： 下图中两个线圈缠绕在环形铁圈上，之间没有导线相连，但当左边电流开关闭合时，右边线路中的电流计指针发生偏转，即产生了电流。 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，从而产生感应电流，这种现象称为互感。 2. 互感电动势：互感产生的感应电动势叫互感电动势。 互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。 互感现象本质上是一种电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 知识点02 变压器原理 1．变压器原理： 变压器就是利用互感原理制成的，也可以说是利用电磁感应原理制成的。 2．变压器构造： 变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如下图所示。 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通量，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，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势，也引起电压的升降。 【注意点】： (1)变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中。 (2)闭合铁芯可以将更多的磁感线限制在其内，形成一个闭合的磁路，尽量减小磁场能的散失。 (3)变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小。 3．能量转换： 由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能。 知识点03 理想变压器 1．理想变压器定义 没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器，是理想化模型。 2. 电压关系 根据知识点一图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为，原线圈两端加交变电压，通过闭合铁芯的磁通量发生改变。由于穿过原、副线圈的磁通量变化率相同，在原、副线圈两端分别产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律得，，于是有。 对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电压损失，则，，即。 同理，当有几组副线圈时，则有 注意：(1) ，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。 (2) 据知，当时，，这种变压器称为升压变压器； 当时，，这种变压器称为降压变压器。 (3) 变压器的电动势关系、电压关系是有效值（或最大值）间的关系。 3. 功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，。 当有多个副线圈时： 4. 电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时：，得； 当有多个副线圈时： 【注意】： (1)低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制。 (2)电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系要分副线圈有一个还是多个两种情形。 (3)变压器能改变交流电压、交变电流，但不改变功率和交变电流的频率。 (4)变压器的电流关系也是有效值（或最大值）间的关系。 5．变压器的能量损失 (1)铁损：涡流现象发热，是变压器的主要能量损失。 (2)铜损：线圈电阻产生焦耳热。 (3)磁损：漏磁损失能量，原副线圈中磁通量不可能严格相等。 6．实验：探究变压器的原副线圈的电压与匝数的关系 器材：可拆变压器，低压交流电源，多用电表。 方法：控制变量法。 结论：在误差范围内，原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比。 7．变压器原理的应用 (1)手机电磁感应无线充电 (2) 自耦变压器 知识点04 远距离高压输电 输电示意图和原理图如下： 1. 功率关系 (1) P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3 (2) P损= 所以U2增加，I2减小，P损减小。 2. 降低损耗的方法 电能的输送相较于常规能源输送相对比较快捷，但输电过程中会产生电能的损耗（输电线的电热）。 根据P损=I2r，降低输电损耗的两个途径： (1)减小输电线电阻r (2)减小输电电流I 因为很难降低输电导线的电阻。输送的电功率一定，电压越高，电流越小，所以常常采用高压输电。 考●向●破●译 考向01 理想变压器的电流、电压和功率关系 例1. （25-26高二下·上海松江·期末）下列示意图中的变压器能给电灯供电，且副线圈中电流比原线圈大的是哪一种（     ） A． B． C． D． 【变式训练1】（25-26高二下·上海杨浦·阶段检测）如图所示，一理想变压器原线圈的匝数匝，副线圈的匝数匝，交流电源的电压为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是（　　） A．交流电的频率为100Hz B．变压器的输入功率大于输出功率 C．电流表的示数大于电流表的示数 D．电压表的示数为44V 考向03 高压输电 例1. （25-26高二下·上海松江·期末）在图中发电机输出功率为，输出电压为，每一根输电线阻值为。若输电时输电线上损失的电功率恰好为，并向用户输送的电压，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为多少？ 【变式训练1】（24-25高二下·上海·期中）新能源汽车的电池组安装在车辆底盘上为汽车提供动力来源，用正弦交流充电桩为动力电池充电的供电电路如图所示。配电设施的输出电压U1＝250V，升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶9，降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4＝10∶1，变压器均视为理想变压器。若给汽车充电时，充电桩获得的电压U4＝220V，功率为11kW。 （1）流经充电桩的电流有效值I4=__________A。 （2）升压变压器副线圈两端的电压U2=__________V。 （3）输电线的总电阻r为__________Ω。 （4）配电设施的输出功率为__________kW。 考向02 变压器的综合应用 例1. （25-26高二下·上海宝山·期末）现在越来越多的人开始使用电动牙刷。某同学拆解了一支电动牙刷，发现它内部的主要部件除了电路板之外，还有电动机、（直流）充电电池、线圈等，如图所示。该电动牙刷使用了无线充电技术，充电座中的线圈接入交流电，牙刷内的线圈两端获得一定的电压，再通过控制电路对牙刷内的直流电池充电。某段时间内充电底座线圈有如图所示方向正在增大的电流，从俯视的角度看，在牙刷内置线圈会产生________（选“A顺时针”或“B逆时针”）方向的感应电流。用多用电表测得充电时内置线圈两端的电压为4V，已知底座线圈接220V交流电，两线圈可视为理想变压器，则充电底座线圈与内置线圈的匝数之比为________。 【变式训练1】（25-26高二下·上海浦东新·期中）如图为某学生模仿家用漏电保护器制作的一个简易漏电报警装置。闭合铁芯上绕有三组线圈，其中A、B两组线圈匝数都为匝，但绕向相反。线圈匝数为匝，并在ab两端接有一个报警灯L。火线通过线圈A连接开关和用电器，经线圈B连接零线。图中单刀双掷开关S接到1端时，表示电路正常工作；接到2时，表示线路有漏电，火线直接和零线接通，指示灯L会发光。假设铁芯和线圈中均无能量损耗。没有发生漏电时，指示灯为何不会发光，请简单解释原理_____________。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1.（2025年高考真题）利用理想变压器将发电机输出电压变压后对标有“24V，6W”的灯泡供电，使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数比，该变压器原线圈两端的电压为______V。 4．（25-26高三上·上海宝山·期中）随着新能源汽车的普及，无线充电技术得到进一步应用。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，由地面供电装置（主要装置是线圈，并连接家庭电路）将电能传送至汽车底部的感应装置（主要装置是线圈，并连接锂电池），利用产生的磁场传递能量。已知锂电池的充电电压为384V，下列说法正确的是（     ） A．供电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．只增大供电线圈匝数，可增大充电电流 C．感应线圈匝数大于供电线圈匝数 D．感应装置和供电装置无需导线连接，这样传递能量没有损失 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第43讲 变压器 目录 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 知●识●解●构 知识点01 互感原理 知识点02 变压器原理 知识点03 理想变压器 知识点04 远距离高压输电 考●向●破●译 考向01 理想变压器的电流、电压和功率关系 考向02 含有变压器的动态电路分析 考向03 高压输电线上的损失 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 选择题 × √ × 填空题 × × √ 计算题 × × × 实验题 × × × 综合题 × × × 考情分析 1．变压器的知识点是电磁感应应用的主要知识点之一，高考中单独考查或结合电功率的知识点进行综合考查的可能性都存在，但分值不会太高。 2．从题型上看，填空和计算的可能性较大。 3．从命题场景上看，可能是以物理模型和远距离输电的生活中应用为背景。 复习目标 1. 了解理想变压器原副线圈的电压、电流、电功率的关系。 2. 了解远距离输电中功率损耗和电压损耗的原因，并能进行相关计算。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 知●识●解●构 知识点01 互感原理 1. 互感现象： 下图中两个线圈缠绕在环形铁圈上，之间没有导线相连，但当左边电流开关闭合时，右边线路中的电流计指针发生偏转，即产生了电流。 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，从而产生感应电流，这种现象称为互感。 2. 互感电动势：互感产生的感应电动势叫互感电动势。 互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。 互感现象本质上是一种电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 知识点02 变压器原理 1．变压器原理： 变压器就是利用互感原理制成的，也可以说是利用电磁感应原理制成的。 2．变压器构造： 变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如下图所示。 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通量，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，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势，也引起电压的升降。 【注意点】： (1)变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中。 (2)闭合铁芯可以将更多的磁感线限制在其内，形成一个闭合的磁路，尽量减小磁场能的散失。 (3)变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小。 3．能量转换： 由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能。 知识点03 理想变压器 1．理想变压器定义 没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器，是理想化模型。 2. 电压关系 根据知识点一图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为，原线圈两端加交变电压，通过闭合铁芯的磁通量发生改变。由于穿过原、副线圈的磁通量变化率相同，在原、副线圈两端分别产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律得，，于是有。 对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电压损失，则，，即。 同理，当有几组副线圈时，则有 注意：(1) ，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。 (2) 据知，当时，，这种变压器称为升压变压器； 当时，，这种变压器称为降压变压器。 (3) 变压器的电动势关系、电压关系是有效值（或最大值）间的关系。 3. 功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，。 当有多个副线圈时： 4. 电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时：，得； 当有多个副线圈时： 【注意】： (1)低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制。 (2)电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系要分副线圈有一个还是多个两种情形。 (3)变压器能改变交流电压、交变电流，但不改变功率和交变电流的频率。 (4)变压器的电流关系也是有效值（或最大值）间的关系。 5．变压器的能量损失 (1)铁损：涡流现象发热，是变压器的主要能量损失。 (2)铜损：线圈电阻产生焦耳热。 (3)磁损：漏磁损失能量，原副线圈中磁通量不可能严格相等。 6．实验：探究变压器的原副线圈的电压与匝数的关系 器材：可拆变压器，低压交流电源，多用电表。 方法：控制变量法。 结论：在误差范围内，原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比。 7．变压器原理的应用 (1)手机电磁感应无线充电 (2) 自耦变压器 知识点04 远距离高压输电 输电示意图和原理图如下： 1. 功率关系 (1) P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3 (2) P损= 所以U2增加，I2减小，P损减小。 2. 降低损耗的方法 电能的输送相较于常规能源输送相对比较快捷，但输电过程中会产生电能的损耗（输电线的电热）。 根据P损=I2r，降低输电损耗的两个途径： (1)减小输电线电阻r (2)减小输电电流I 因为很难降低输电导线的电阻。输送的电功率一定，电压越高，电流越小，所以常常采用高压输电。 考●向●破●译 考向01 理想变压器的电流、电压和功率关系 例1. （25-26高二下·上海松江·期末）下列示意图中的变压器能给电灯供电，且副线圈中电流比原线圈大的是哪一种（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】AC．图中原线圈接入直流电源，电流恒定，穿过副线圈的磁通量不变，不产生感应电流，电灯不亮，故AC错误； B．图中原线圈接入交流电源，变压器能工作。由图可知原线圈匝数大于副线圈匝数，根据理想变压器电流与匝数的关系 可知 ，即副线圈电流比原线圈大，故B正确； D．图中原线圈接入交流电源，变压器能工作。由图可知原线圈匝数 小于副线圈匝数 ， 根据 可知 ，即副线圈电流比原线圈小，故D错误。 故选B。 【变式训练1】（25-26高二下·上海杨浦·阶段检测）如图所示，一理想变压器原线圈的匝数匝，副线圈的匝数匝，交流电源的电压为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是（　　） A．交流电的频率为100Hz B．变压器的输入功率大于输出功率 C．电流表的示数大于电流表的示数 D．电压表的示数为44V 【答案】 D 【解析】A．根据题中表达式，可知交流电的频率为，故A错误； B．理想变压器不消耗功率，则变压器的输入功率等于输出功率，故B错误； C．根据电流匝数关系有 可知，即电流表的示数小于电流表的示数，C错误； D．原线圈电压有效值 电压表示数等于副线圈电压的有效值，即，故D正确。 故选D。 考向03 高压输电 例1. （25-26高二下·上海松江·期末）在图中发电机输出功率为，输出电压为，每一根输电线阻值为。若输电时输电线上损失的电功率恰好为，并向用户输送的电压，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为多少？ 【答案】， 【详解】输电线总电阻 允许损失功率 由得输电线上电流 发电机输出电流 升压变压器副线圈电流等于输电线电流 由理想变压器功率守恒，得副线圈电压 匝数比 输电线电压损失 降压变压器原线圈电压 用户端电压，匝数比 【变式训练1】（24-25高二下·上海·期中）新能源汽车的电池组安装在车辆底盘上为汽车提供动力来源，用正弦交流充电桩为动力电池充电的供电电路如图所示。配电设施的输出电压U1＝250V，升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶9，降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4＝10∶1，变压器均视为理想变压器。若给汽车充电时，充电桩获得的电压U4＝220V，功率为11kW。 （1）流经充电桩的电流有效值I4=__________A。 （2）升压变压器副线圈两端的电压U2=__________V。 （3）输电线的总电阻r为__________Ω。 （4）配电设施的输出功率为__________kW。 【答案】 50 2250 10 11.25 【详解】（1）[1]充电桩获得的电压U4＝220V，功率为11kW。根据 解得流经充电桩的电流有效值 （2）[2]升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶9，根据 解得升压变压器副线圈两端的电压 （3）[3]降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4＝10∶1，根据 解得降压变压器原线圈两端的电压 根据 解得降压变压器原线圈的电流 根据输电线的电压 解得输电线的总电阻 （4）[4]配电设施的输出功率 解得 考向02 变压器的综合应用 例1. （25-26高二下·上海宝山·期末）现在越来越多的人开始使用电动牙刷。某同学拆解了一支电动牙刷，发现它内部的主要部件除了电路板之外，还有电动机、（直流）充电电池、线圈等，如图所示。该电动牙刷使用了无线充电技术，充电座中的线圈接入交流电，牙刷内的线圈两端获得一定的电压，再通过控制电路对牙刷内的直流电池充电。某段时间内充电底座线圈有如图所示方向正在增大的电流，从俯视的角度看，在牙刷内置线圈会产生________（选“A顺时针”或“B逆时针”）方向的感应电流。用多用电表测得充电时内置线圈两端的电压为4V，已知底座线圈接220V交流电，两线圈可视为理想变压器，则充电底座线圈与内置线圈的匝数之比为________。 【答案】 逆时针 55：1 【详解】[1]感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 由此可判断“增反减同”，感应电流方向与引起感应电流方向相反。所以从俯视的角度看，在牙刷内置线圈会产生逆时针方向感应电流。 [2]由变压器电压关系知，则 【变式训练1】（25-26高二下·上海浦东新·期中）如图为某学生模仿家用漏电保护器制作的一个简易漏电报警装置。闭合铁芯上绕有三组线圈，其中A、B两组线圈匝数都为匝，但绕向相反。线圈匝数为匝，并在ab两端接有一个报警灯L。火线通过线圈A连接开关和用电器，经线圈B连接零线。图中单刀双掷开关S接到1端时，表示电路正常工作；接到2时，表示线路有漏电，火线直接和零线接通，指示灯L会发光。假设铁芯和线圈中均无能量损耗。没有发生漏电时，指示灯为何不会发光，请简单解释原理_____________。 【答案】见解析 【详解】没有发生漏电时，火线电流和零线电流大小相等。线圈A和B匝数相同、绕向相反，串联在电路中，流过它们的电流大小相等。它们在铁芯中产生的磁场方向相反、大小相等，相互抵消，铁芯中总磁通量为零。因此，穿过线圈C的磁通量不变化，线圈C中无感应电动势和感应电流，指示灯L不发光。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1.（2025年高考真题）利用理想变压器将发电机输出电压变压后对标有“24V，6W”的灯泡供电，使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数比，该变压器原线圈两端的电压为______V。 【答案】12V 【解析】U2=24V，根据电压与线圈匝数比U1:U2=n1:n2，得U1=12V 4．（25-26高三上·上海宝山·期中）随着新能源汽车的普及，无线充电技术得到进一步应用。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，由地面供电装置（主要装置是线圈，并连接家庭电路）将电能传送至汽车底部的感应装置（主要装置是线圈，并连接锂电池），利用产生的磁场传递能量。已知锂电池的充电电压为384V，下列说法正确的是（     ） A．供电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．只增大供电线圈匝数，可增大充电电流 C．感应线圈匝数大于供电线圈匝数 D．感应装置和供电装置无需导线连接，这样传递能量没有损失 【答案】AC 【详解】A．供电装置接入家庭交流电路，供电线圈中的电流大小和方向均周期性变化，线圈产生的磁场随电流周期性变化，故A正确； B．设供电线圈和感应线圈的匝数分别为、，根据法拉第电磁感应定律分别有， 解得，在及输入电压不变时，仅增大反而会使感应电压减小，充电电流还与负载电阻、线圈电阻和耦合程度等因素有关，故B错误； C．家庭电路电压为，锂电池电压为，根据变压器电压与匝数关系有 代入数据解得 因此感应线圈的匝数大于供电线圈的匝数，故C正确； D．无线充电过程中存在供电线圈和感应线圈的电阻发热、漏磁及电路元件损耗，因此能量传递效率不可能达到100%，故D错误。 故选AC。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $