3.3 变压器（教学设计）物理人教版选择性必修第二册

第3节 变压器（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 变压器 教学 目标 物理观念 知道变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，理解变压器依靠互感现象工作，明白变压器只能改变交变电流电压，不能改变直流电压；掌握理想变压器的功率关系、电压匝数关系、电流匝数关系；知道升压、降压变压器的区分；建立交变电路中能量传递的观念，能结合上一节交变电流有效值知识，理解变压器铭牌电压均为有效值。 科学思维 能从法拉第电磁感应定律推导电压与匝数的关系式；建立理想变压器模型，忽略漏磁、铜损、铁损；掌握变压器动态电路分析思路（电压由匝数和输入电压决定；负载决定输出电流、输出功率，输出决定输入）；能辨析 “谁决定谁” 的逻辑，区分多副线圈情景，利用能量守恒进行推理计算，提升模型建构、逻辑推理能力。 科学探究 能用可拆变压器开展实验，用控制变量法探究电压与匝数的关系；能测量原、副线圈电压，记录数据，归纳电压匝数规律；能对比有无铁芯时的输出电压，认识铁芯增强磁耦合的作用；会分析实验误差来源（漏磁、线圈电阻发热），理解理想模型是对真实实验的抽象简化。 科学态度 与责任 了解变压器在电网、远距离输电、家用电器电源适配器中的广泛应用，体会变压器对电能输送的重大意义；知道高压输电、变压配电在节约能源、用电安全上的价值；认识真实变压器的损耗、绝缘安全要求，树立安全用电、节约用电的意识，体会电磁规律推动电力工程发展的价值。 教学重难点 教学重点： 理解变压器的工作原理（互感现象）；掌握理想变压器电压与匝数、功率的关系，知道电流与匝数的关系及其适用条件。会根据原线圈输入电压、匝数比，分析、计算副线圈电压、电流、功率；能结合交流电路规律，分析变压器的负载动态变化问题。 教学难点： 理解理想变压器 “谁决定谁” 的制约逻辑；多副线圈情形下功率、电流关系的推导与计算；区分变压器只能改变交变电压，不能改变恒定直流电压。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 展示以下图片： 并提问：输电线输送的是大于100KV的高压，而家庭用电的电压是220V，如何将高压降为220V？在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同， 那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？ 然后展示以下图片： 然后提问：你知道变压器的工作原理吗？ 回答教师提出的问题。 回答变压器的工作原理。 新课讲授 一、变压器的结构和工作原理 （1） 变压器的结构 ①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成 ②原线圈：与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈 ③副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈 （二）变压器的示意图及电路符号 （三）变压器的工作原理 问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？ 变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？ ------互感现象 若给原线圈接恒定电压U1,副线圈电压U2=? （三）变压器的变压规律 若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？ 铁芯可使绝大部分（可近似认为全部）磁感线集中在铁芯上，即： 由法拉第电磁感应定律，得： 变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率。 不考虑原副线圈的电阻的原、副线圈的电压： 此式无论副线圈一端是空载还是负载，都适用。 如何设计实验验证上述结论？ 以下是某个小组实验数据： 从实验数据来看，原副线圈电压之比是否等在误差允许的范围内，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数。 于它们的匝数之比？ 实验数据没有严格遵从这样的规律，是为什么？ 误差分析： 误差产生原因：能量损耗 ①变压器线圈通过电流时会发热； ②铁芯在交变磁场的作用下也会发热； ③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯呢。 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？ 例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 【答案】　AC 【解析】　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。 例2　(2025·儋州市高二检测)小南同学为验证变压器线圈两端电压与匝数的关系，将两个线圈套在一闭合的回形铁芯上，其连接的实验电路如图所示。 回答下列问题： (1)左边铁芯上的线圈应连到学生电源的　　　　(选填“直流”或“交流”)输出端。  (2)仅减少右边铁芯上的线圈匝数，灯泡相比于减少匝数前，将　　　　(选填“变亮”或“变暗”)，这说明灯泡两端的电压　　　　(选填“变大”或“变小”)。  (3)在某次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为1 600和400，测得原线圈两端的电压为36 V，则副线圈两端的电压可能是　　　　。  A.144 V B.101.5 V C.25.4 V D.8.8 V 【答案】　(1)交流　(2)变暗　变小　(3)D 【答案】　(1)变压器利用电磁感应原理传输电能或电信号，需要采用交流电，所以线圈应连到学生电源的交流输出端上。 (2)将与灯泡相连的线圈拆掉部分，其余装置不变，由于=，解得U2=U1 输出电压变小，灯泡两端电压变小，所以灯泡亮度将变暗。 (3)根据理想变压器的电压关系得=，解得U2=9 V，因为变压器存在各种损耗，所以副线圈电压应低于9 V。故选D。 阅读课文并总结归纳变压器的结构。 阅读课文，总结变压器电路符号。 回答变压器的工作原理 借助流程图深刻理解互感现象。 理论分析变压器电压原理。 观看实验并进行实验。 学生回答产生误差原因。 新课讲授 二、理想变压器 （1） 一个副线圈的理想变压器 变压器原副线圈的电压、电流关系满足什么样的规律？ 理想变压器： 电压制约： 线圈两端电压之比等于匝数之比 功率制约：P入 = P出 原线圈电能全部转化为副线圈电能 “一原一副” 的电流制约： 原副线圈的电流跟匝数成反比，此式只适用于一个副线圈的变压器。 （二）多副线圈的理想变压器 电压关系：， 即： 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 （原线圈电能全部转化为两副线圈电能）得 得： （三）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：＝ ②有多个副线圈时：＝＝＝… 电流关系 ①只有一个副线圈时：＝ 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) 例3　(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 【答案】　AC 【解析】　根据理想变压器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。 【例4】(来自教材)有些机床(如图所示) 为了安全， 照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？ 在某次实际工作时输入电压只有220 V， 则输出电压是多少？ 【答案】　136匝　21 V 【解析】　根据理想变压器原、副线圈的电压关系=，可得n2=n1=(匝)≈136(匝)。某次实际工作时输入电压为220 V，有==，则输出电压为U2'≈21 V。 例5　(来自粤教教材)如图所示是一理想变压器示意图。原线圈n1=1 100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“30 V　15 W”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。 【答案】　40 W　0.25 A 【解析】　灯泡L正常发光，说明U3=30 V，P3=15 W。那么根据理想变压器原理==，可得U1=U3=×30 V=220 V，U2=U1=×220 V=100 V，P2== W=40 W。 又P3=15 W， 所以P1=P2+P3=40 W+15 W=55 W， I1== A=0.25 A。 学生按照老师的提示逐步分析回答问题。 学生逐步推导电压电流的关系。 学生填写表格 建立完整的知识概念。 新课讲授 三、理想变压器的动态分析 （1） 技巧总结 1．含有变压器动态电路问题的答题模型 (1)构建模型。 (2)模型突破：解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。 ①理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。 ②可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。 2．负载变化的两种情况 (1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。 (2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。 例6　(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 【答案】　B 【解析】　原线圈两端接恒压交流电源，则原线圈输入电压保持不变，根据理想变压器的原、副线圈电压比等于匝数比可知，副线圈输出电压不变；当滑动变阻器的滑片向下滑动时，R3接入电路的电阻减小，则副线圈电路总电阻减小，根据欧姆定律可知，副线圈电流I2增大，则R1分压增大，R2分压减小，通过R2的电流减小，电流表A2的读数变大；根据理想变压器原、副线圈电流比等于匝数比的倒数可得=，可知原线圈电流增大，则电流表A1的读数变大。故选B。 【例7】　(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 【答案】　D 【解析】　变压器原线圈的输入电压不变﹐根据=可知，变压器副线圈的输出电压不变，电压表V1示数不变；当住户使用的用电器增加时，即用户的总电阻R灯变小，由I1=，可知，副线圈的电流I1变大，根据=可知原线圈电流变大，电流表A示数变大，故A、B错误；而由U2=U1-I1R，可知电压表V2示数减小，故C错误；发电机输出功率P0=U0I0，发电机的输出功率变大，故D正确。 跟这老师总结建构模型。 总结解题的方法。 新课讲授 四、三类特殊变压器 （1） 自耦变压器 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。 例3　(来自鲁科教材)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？ (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？ 【答案】　见解析 【解析】　(1)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。 (2)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。 （二）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？ （2） 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？ 例8　(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 【答案】　AB 【解析】　A与电路串联，为电流互感器，原线圈匝数小于副线圈匝数；B与电路并联，为电压互感器，原线圈匝数大于副线圈匝数，即kA<kB，选项A、B正确，C错误；互感器只能测量交流电路的电压和电流，不可以用来测量直流电路的电流和电压，选项D错误。 学生阅读课文总结，了解几种常见的变压器。 分析感抗的相关知识。 进行实验。 学生根据实验分析容抗的因素。 课 堂 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消耗的功率变小 B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变小 C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D.若闭合开关S，则电流表A1示数变小，A2示数变大 【答案】A 【解析】当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器R接入电路的电阻变大，次级电阻变大，由于次级电压一定，可知次级电流减小，则R1消耗的功率变小，A正确；因R1两端电压减小，则电压表V示数变大，B错误；次级电流减小，根据＝，可知初级电流减小，即电流表A1示数变小，C错误；若闭合开关S，则次级电阻减小，次级电流变大，则初级电流变大，电流表A1示数变大，因R1两端电压变大，则电压表示数变小，通过电阻R2的电流减小，即A2示数变小，D错误。 2.（2025-2026·云南玉溪高二上期末）为实时监测高压输电线的电压和电流，需要测量出输电线上的电压和电流的大小．因高压输电线的电压和电流都很大，可采用互感器进行测量．如图所示，电压互感器和电流互感器的原线圈分别连接在高压线上，根据两个互感器的原、副线圈的匝数比和两个电表的读数就可以算出高压输电线的电压和电流，则关于电压互感器和电流互感器说法正确的是（      ）  A.和都是降压变压器 B.是降压变压器，是升压变压器 C.是升压变压器，是降压变压器 D.和都是升压变压器 【答案】B 【解析】由题意可知，电压互感器次级匝数小于初级匝数，属于降压变压器，电流互感器次级匝数大于初级匝数，属于升压变压器。故选B。 3.（2025-2026·云南普洱高二下期末）随着科技的发展，新能源电动汽车无线充电技术应运而生，如图所示，为受电线圈，为送电线圈，可视为理想变压器。已知送电、受电线圈匝数比，、端输入电压。下列说法正确的是(  ) A.送电线圈的输入功率大于受电线圈的输出功率 B.、端输入的交变电流方向每秒变化100次 C.受电线圈产生的电动势的有效值为22 V D.在时，送电线圈的电动势最大 【答案】BC 【解析】理想变压器无能量损耗，输入功率等于输出功率，所以送电线圈的输入功率等于受电线圈的输出功率，A错误；根据有圆频率，交变电流频率，一个周期内电流方向改变2次，因此每秒电流方向改变次，B正确；送电线圈输入电压的最大值为，所以有效值，根据理想变压器电压比，得：受电线圈电动势有效值，C正确；时，，此时送电线圈电动势是最小值，D错误。故选BC。 4.如图所示，一理想变压器接在一个输出电压有效值不变的正弦式交流电源上，R1为定值电阻，R2为光敏电阻(光照越强阻值越小)，L为阻值不变的灯泡，所有电表均为理想交流电表，下列说法正确的是(　　) A.保持单刀双掷开关K与a连接，增加R2的光照强度，电压表示数变小 B.保持单刀双掷开关K与a连接，增加R2的光照强度，电流表A1示数变小 C.保持R2的光照强度不变，将单刀双掷开关K由a扳向b，灯泡L变亮 D.保持R2的光照强度不变，将单刀双掷开关K由a扳向b，电流表A1示数变小 【答案】AC 【解析】保持单刀双掷开关K与a连接，根据理想变压器原副线圈电压与匝数关系，可知副线圈两端电压不变，增加光照强度，R2阻值减小，灯泡L与R2并联的总电阻减小，由欧姆定律可知副线圈中的电流增大，则原线圈中电流增大，B错误；在副线圈所在回路中，由于电流增大，则R1的分压增大，电压表示数变小，A正确；保持R2的光照强度不变，将单刀双掷开关K由a扳向b，变压器原线圈匝数减小，则副线圈两端电压增大，负载总电阻不变，副线圈所在回路电流增大，则灯泡L与A2电流增大，A1电流增大，C正确，D错误。 5.如图是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P是可移动的滑动触头．输入端A、B接交流电压U，输出端C、D连接了两个相同的灯泡L1和L2，Q为滑动变阻器的滑片．当开关S闭合，P处于如图所示的位置时，两灯均能发光．下列说法正确的是(　　) A.P不动，将Q向右移动，变压器的输入功率变大 B.P不动，将Q向右移动，两灯均变暗 C.Q不动，将P沿逆时针方向移动，变压器的输入功率变小 D.P、Q都不动，断开开关S，L1将变亮 【答案】AD 【解析】P不动，将Q向右移动，副线圈电路电阻变小，电压不变，电流变大，变压器的输入功率变大，故A正确．P不动，将Q向右移动，副线圈电路电阻变小，电流变大，两灯均变亮，故B错误．Q不动，将P沿逆时针方向移动，原线圈匝数减少，副线圈电压变大，输出功率变大，变压器的输入功率变大，故C错误．P、Q都不动，副线圈电压不变，断开开关S，电阻变大，电流变小，R分压变小，L1将变亮，故D正确． 板 书设 计 课 堂小 结 作 业布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学反 思 本节课为人教版选择性必修第二册《变压器》，教学主要围绕变压器的结构与工作原理、理想变压器的电压、功率、电流关系以及动态分析和三类特殊变压器展开，重点引导学生理解互感现象，掌握理想变压器电压与匝数、功率的关系及电流与匝数关系及其适用条件，其中“谁决定谁”的制约逻辑与多副线圈的处理是本节课的教学难点。课堂以高压输电线降压和家用电器额定电压各不相同的现实情境导入，从实际用电场景抛出问题，探讨如何将高压降为220伏并为额定电压不一的电器供电，把课本知识与电力生产、日常生活联系起来，自然引出变压器的结构与工作原理，再逐步过渡到理想变压器三大关系和动态分析，整体教学逻辑链条比较完整，能够调动学生的探究兴趣，落实物理观念以及科学态度与责任的核心素养。在新课讲授环节，没有直接把变压规律灌输给学生，而是依托可拆变压器实验，用控制变量法探究原、副线圈电压与匝数的关系，并对比有无铁芯时的输出电压，让学生直观体会铁芯增强磁耦合的作用，再结合实验误差分析，从能量损耗的角度引出理想变压器的三个前提，借助法拉第电磁感应定律完成电压与匝数关系的推导，帮助学生理解规律不是凭空给出的结论。课堂上借助“一原一副”与“一原多副”两种情形，搭配理想变压器规律总结表格，把功率关系、电压关系、电流关系、频率关系整合呈现，帮助学生辨析容易混淆的概念，同时选用典型例题，训练学生依据“输出决定输入”的思路求解变压器动态问题的解题方法，教学设计中也预设了自耦变压器、电压互感器、电流互感器等特殊变压器的拓展内容，尝试渗透模型建构与等效替代的物理思想，落实科学探究素养。 不过在实际课堂实施的过程中，也暴露出不少问题。互感现象是本节课最抽象的内容，很多学生能够记住“变压器利用电磁感应原理工作”的结论，却难以准确描述原、副线圈并没有导线直接相连、电能是通过交变磁场在铁芯中传递的过程，对铁芯作用的理解停留在死记硬背，遇到“副线圈接恒定电流为何没有电压输出”的追问就说不清楚；这一认识的不到位，直接影响了对“变压器只能改变交变电压、不能改变恒定直流电压”这一限制条件的把握。其次，“谁决定谁”的制约逻辑依旧是学生最难掌握的内容，进行负载动态分析时，不少学生分不清不变量与变量，习惯在副线圈电路里直接套用电压与匝数关系，而忽略副线圈电压由原线圈输入电压和匝数比决定这一前提，导致负载变化时找错分析入口，解题步骤不规范，仅仅依靠机械记忆做题，题型一变就容易出错。再次，电流与匝数成反比的关系只适用于一个副线圈的情形，课堂虽然作了强调，但部分学生在多副线圈情景下仍直接套用简单反比，暴露出缺少能量守恒意识的问题，没有真正掌握“由P入＝P出列方程求解”的根本方法。实验环节受课时和器材条件的限制，学生更多是观察和记录，动手归纳的机会偏少，误差来源多由教师讲解，学生缺少自主分析数据、改进实验方案的真实体验，实验数据的物理意义体会不深。 针对以上课堂当中出现的问题，后续教学可以做出相应调整。教学当中要持续强化互感本质的建构，破除学生只记结论的思维惯性，利用磁感线分布图和动画演示原、副线圈通过交变磁场传递能量的过程，并设计“副线圈接恒定电流为何无输出”的对比讨论，反复强调变压器只能改变交变电压这一限制，扫清认识上的障碍。对于“谁决定谁”的制约逻辑，要为学生建立固定的分析路径，即“电压由原线圈输入电压和匝数比决定、功率由负载决定、电流由功率和电压决定”，配合层层递进的动态电路练习，先让学生找到不变量，再分析变量的变化，规范解题步骤，并针对基础薄弱的学生降低初始难度，从单个负载变化逐步过渡到开关通断、滑动变阻器移动等复杂情形。对于多副线圈的处理，不能只依靠学生背公式，要多创设问题情境，反复强调用能量守恒、由P入＝P出列方程求解的方法，把求电流的常规情形与多副线圈的进阶情形归类对比训练。实验方面要增加学生上台归纳误差来源、改进实验方案的环节，让误差分析从教师讲解走向学生主动参与，必要时借助可拆变压器和仿真演示弥补硬件不足，帮助学生更直观地体会铁芯在减小漏磁、增强磁耦合中的作用。习题设置做好分层处理，先夯实电压、电流、功率基本关系的训练，再过渡到动态分析和多副线圈这类提升题型，预留充足的课堂演算时间，可让学生上台板书推导过程，充分暴露错误思路，进行针对性纠错。同时还要进一步做好新旧知识的衔接，回顾电磁感应和交变电流有效值的相关内容，巩固“有效值”与“瞬时值”的区别，为后续远距离输电的学习打好基础。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 变压器（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 变压器 教学 目标 物理观念 知道变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，理解变压器依靠互感现象工作，明白变压器只能改变交变电流电压，不能改变直流电压；掌握理想变压器的功率关系、电压匝数关系、电流匝数关系；知道升压、降压变压器的区分；建立交变电路中能量传递的观念，能结合上一节交变电流有效值知识，理解变压器铭牌电压均为有效值。 科学思维 能从法拉第电磁感应定律推导电压与匝数的关系式；建立理想变压器模型，忽略漏磁、铜损、铁损；掌握变压器动态电路分析思路（电压由匝数和输入电压决定；负载决定输出电流、输出功率，输出决定输入）；能辨析 “谁决定谁” 的逻辑，区分多副线圈情景，利用能量守恒进行推理计算，提升模型建构、逻辑推理能力。 科学探究 能用可拆变压器开展实验，用控制变量法探究电压与匝数的关系；能测量原、副线圈电压，记录数据，归纳电压匝数规律；能对比有无铁芯时的输出电压，认识铁芯增强磁耦合的作用；会分析实验误差来源（漏磁、线圈电阻发热），理解理想模型是对真实实验的抽象简化。 科学态度 与责任 了解变压器在电网、远距离输电、家用电器电源适配器中的广泛应用，体会变压器对电能输送的重大意义；知道高压输电、变压配电在节约能源、用电安全上的价值；认识真实变压器的损耗、绝缘安全要求，树立安全用电、节约用电的意识，体会电磁规律推动电力工程发展的价值。 教学重难点 教学重点： 理解变压器的工作原理（互感现象）；掌握理想变压器电压与匝数、功率的关系，知道电流与匝数的关系及其适用条件。会根据原线圈输入电压、匝数比，分析、计算副线圈电压、电流、功率；能结合交流电路规律，分析变压器的负载动态变化问题。 教学难点： 理解理想变压器 “谁决定谁” 的制约逻辑；多副线圈情形下功率、电流关系的推导与计算；区分变压器只能改变交变电压，不能改变恒定直流电压。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 展示以下图片： 并提问：输电线输送的是大于100KV的高压，而家庭用电的电压是220V，如何将高压降为220V？在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同， 那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？ 然后展示以下图片： 然后提问：你知道变压器的工作原理吗？ 回答教师提出的问题。 回答变压器的工作原理。 新课讲授 一、变压器的结构和工作原理 （1） 变压器的结构 ①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成 ②原线圈：与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈 ③副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈 （二）变压器的示意图及电路符号 （三）变压器的工作原理 问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？ 变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？ ------互感现象 若给原线圈接恒定电压U1,副线圈电压U2=? （三）变压器的变压规律 若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？ 铁芯可使绝大部分（可近似认为全部）磁感线集中在铁芯上，即： 由法拉第电磁感应定律，得： 变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率。 不考虑原副线圈的电阻的原、副线圈的电压： 此式无论副线圈一端是空载还是负载，都适用。 如何设计实验验证上述结论？ 以下是某个小组实验数据： 从实验数据来看，原副线圈电压之比是否等在误差允许的范围内，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数。 于它们的匝数之比？ 实验数据没有严格遵从这样的规律，是为什么？ 误差分析： 误差产生原因：能量损耗 ①变压器线圈通过电流时会发热； ②铁芯在交变磁场的作用下也会发热； ③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯呢。 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？ 例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2　(2025·儋州市高二检测)小南同学为验证变压器线圈两端电压与匝数的关系，将两个线圈套在一闭合的回形铁芯上，其连接的实验电路如图所示。 回答下列问题： (1)左边铁芯上的线圈应连到学生电源的　　　　(选填“直流”或“交流”)输出端。  (2)仅减少右边铁芯上的线圈匝数，灯泡相比于减少匝数前，将　　　　(选填“变亮”或“变暗”)，这说明灯泡两端的电压　　　　(选填“变大”或“变小”)。  (3)在某次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为1 600和400，测得原线圈两端的电压为36 V，则副线圈两端的电压可能是　　　　。  A.144 V B.101.5 V C.25.4 V D.8.8 V 阅读课文并总结归纳变压器的结构。 阅读课文，总结变压器电路符号。 回答变压器的工作原理 借助流程图深刻理解互感现象。 理论分析变压器电压原理。 观看实验并进行实验。 学生回答产生误差原因。 新课讲授 二、理想变压器 （1） 一个副线圈的理想变压器 变压器原副线圈的电压、电流关系满足什么样的规律？ 理想变压器： 电压制约： 线圈两端电压之比等于匝数之比 功率制约：P入 = P出 原线圈电能全部转化为副线圈电能 “一原一副” 的电流制约： 原副线圈的电流跟匝数成反比，此式只适用于一个副线圈的变压器。 （二）多副线圈的理想变压器 电压关系：， 即： 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 （原线圈电能全部转化为两副线圈电能）得 得： （三）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：＝ ②有多个副线圈时：＝＝＝… 电流关系 ①只有一个副线圈时：＝ 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) 例3　(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 【例4】(来自教材)有些机床(如图所示) 为了安全， 照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？ 在某次实际工作时输入电压只有220 V， 则输出电压是多少？ 例5　(来自粤教教材)如图所示是一理想变压器示意图。原线圈n1=1 100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“30 V　15 W”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。 学生按照老师的提示逐步分析回答问题。 学生逐步推导电压电流的关系。 学生填写表格 建立完整的知识概念。 新课讲授 三、理想变压器的动态分析 （1） 技巧总结 1．含有变压器动态电路问题的答题模型 (1)构建模型。 (2)模型突破：解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。 ①理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。 ②可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。 2．负载变化的两种情况 (1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。 (2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。 例6　(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 【例7】　(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 跟这老师总结建构模型。 总结解题的方法。 新课讲授 四、三类特殊变压器 （1） 自耦变压器 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。 例3　(来自鲁科教材)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？ (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？ （二）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？ （2） 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？ 例8　(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 学生阅读课文总结，了解几种常见的变压器。 分析感抗的相关知识。 进行实验。 学生根据实验分析容抗的因素。 课 堂 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消耗的功率变小 B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变小 C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D.若闭合开关S，则电流表A1示数变小，A2示数变大 2.（2025-2026·云南玉溪高二上期末）为实时监测高压输电线的电压和电流，需要测量出输电线上的电压和电流的大小．因高压输电线的电压和电流都很大，可采用互感器进行测量．如图所示，电压互感器和电流互感器的原线圈分别连接在高压线上，根据两个互感器的原、副线圈的匝数比和两个电表的读数就可以算出高压输电线的电压和电流，则关于电压互感器和电流互感器说法正确的是（      ）  A.和都是降压变压器 B.是降压变压器，是升压变压器 C.是升压变压器，是降压变压器 D.和都是升压变压器 3.（2025-2026·云南普洱高二下期末）随着科技的发展，新能源电动汽车无线充电技术应运而生，如图所示，为受电线圈，为送电线圈，可视为理想变压器。已知送电、受电线圈匝数比，、端输入电压。下列说法正确的是(  ) A.送电线圈的输入功率大于受电线圈的输出功率 B.、端输入的交变电流方向每秒变化100次 C.受电线圈产生的电动势的有效值为22 V D.在时，送电线圈的电动势最大 4.如图所示，一理想变压器接在一个输出电压有效值不变的正弦式交流电源上，R1为定值电阻，R2为光敏电阻(光照越强阻值越小)，L为阻值不变的灯泡，所有电表均为理想交流电表，下列说法正确的是(　　) A.保持单刀双掷开关K与a连接，增加R2的光照强度，电压表示数变小 B.保持单刀双掷开关K与a连接，增加R2的光照强度，电流表A1示数变小 C.保持R2的光照强度不变，将单刀双掷开关K由a扳向b，灯泡L变亮 D.保持R2的光照强度不变，将单刀双掷开关K由a扳向b，电流表A1示数变小 5.如图是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P是可移动的滑动触头．输入端A、B接交流电压U，输出端C、D连接了两个相同的灯泡L1和L2，Q为滑动变阻器的滑片．当开关S闭合，P处于如图所示的位置时，两灯均能发光．下列说法正确的是(　　) A.P不动，将Q向右移动，变压器的输入功率变大 B.P不动，将Q向右移动，两灯均变暗 C.Q不动，将P沿逆时针方向移动，变压器的输入功率变小 D.P、Q都不动，断开开关S，L1将变亮 板 书设 计 课 堂小 结 作 业布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学反 思 本节课为人教版选择性必修第二册《变压器》，教学主要围绕变压器的结构与工作原理、理想变压器的电压、功率、电流关系以及动态分析和三类特殊变压器展开，重点引导学生理解互感现象，掌握理想变压器电压与匝数、功率的关系及电流与匝数关系及其适用条件，其中“谁决定谁”的制约逻辑与多副线圈的处理是本节课的教学难点。课堂以高压输电线降压和家用电器额定电压各不相同的现实情境导入，从实际用电场景抛出问题，探讨如何将高压降为220伏并为额定电压不一的电器供电，把课本知识与电力生产、日常生活联系起来，自然引出变压器的结构与工作原理，再逐步过渡到理想变压器三大关系和动态分析，整体教学逻辑链条比较完整，能够调动学生的探究兴趣，落实物理观念以及科学态度与责任的核心素养。在新课讲授环节，没有直接把变压规律灌输给学生，而是依托可拆变压器实验，用控制变量法探究原、副线圈电压与匝数的关系，并对比有无铁芯时的输出电压，让学生直观体会铁芯增强磁耦合的作用，再结合实验误差分析，从能量损耗的角度引出理想变压器的三个前提，借助法拉第电磁感应定律完成电压与匝数关系的推导，帮助学生理解规律不是凭空给出的结论。课堂上借助“一原一副”与“一原多副”两种情形，搭配理想变压器规律总结表格，把功率关系、电压关系、电流关系、频率关系整合呈现，帮助学生辨析容易混淆的概念，同时选用典型例题，训练学生依据“输出决定输入”的思路求解变压器动态问题的解题方法，教学设计中也预设了自耦变压器、电压互感器、电流互感器等特殊变压器的拓展内容，尝试渗透模型建构与等效替代的物理思想，落实科学探究素养。 不过在实际课堂实施的过程中，也暴露出不少问题。互感现象是本节课最抽象的内容，很多学生能够记住“变压器利用电磁感应原理工作”的结论，却难以准确描述原、副线圈并没有导线直接相连、电能是通过交变磁场在铁芯中传递的过程，对铁芯作用的理解停留在死记硬背，遇到“副线圈接恒定电流为何没有电压输出”的追问就说不清楚；这一认识的不到位，直接影响了对“变压器只能改变交变电压、不能改变恒定直流电压”这一限制条件的把握。其次，“谁决定谁”的制约逻辑依旧是学生最难掌握的内容，进行负载动态分析时，不少学生分不清不变量与变量，习惯在副线圈电路里直接套用电压与匝数关系，而忽略副线圈电压由原线圈输入电压和匝数比决定这一前提，导致负载变化时找错分析入口，解题步骤不规范，仅仅依靠机械记忆做题，题型一变就容易出错。再次，电流与匝数成反比的关系只适用于一个副线圈的情形，课堂虽然作了强调，但部分学生在多副线圈情景下仍直接套用简单反比，暴露出缺少能量守恒意识的问题，没有真正掌握“由P入＝P出列方程求解”的根本方法。实验环节受课时和器材条件的限制，学生更多是观察和记录，动手归纳的机会偏少，误差来源多由教师讲解，学生缺少自主分析数据、改进实验方案的真实体验，实验数据的物理意义体会不深。 针对以上课堂当中出现的问题，后续教学可以做出相应调整。教学当中要持续强化互感本质的建构，破除学生只记结论的思维惯性，利用磁感线分布图和动画演示原、副线圈通过交变磁场传递能量的过程，并设计“副线圈接恒定电流为何无输出”的对比讨论，反复强调变压器只能改变交变电压这一限制，扫清认识上的障碍。对于“谁决定谁”的制约逻辑，要为学生建立固定的分析路径，即“电压由原线圈输入电压和匝数比决定、功率由负载决定、电流由功率和电压决定”，配合层层递进的动态电路练习，先让学生找到不变量，再分析变量的变化，规范解题步骤，并针对基础薄弱的学生降低初始难度，从单个负载变化逐步过渡到开关通断、滑动变阻器移动等复杂情形。对于多副线圈的处理，不能只依靠学生背公式，要多创设问题情境，反复强调用能量守恒、由P入＝P出列方程求解的方法，把求电流的常规情形与多副线圈的进阶情形归类对比训练。实验方面要增加学生上台归纳误差来源、改进实验方案的环节，让误差分析从教师讲解走向学生主动参与，必要时借助可拆变压器和仿真演示弥补硬件不足，帮助学生更直观地体会铁芯在减小漏磁、增强磁耦合中的作用。习题设置做好分层处理，先夯实电压、电流、功率基本关系的训练，再过渡到动态分析和多副线圈这类提升题型，预留充足的课堂演算时间，可让学生上台板书推导过程，充分暴露错误思路，进行针对性纠错。同时还要进一步做好新旧知识的衔接，回顾电磁感应和交变电流有效值的相关内容，巩固“有效值”与“瞬时值”的区别，为后续远距离输电的学习打好基础。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $