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

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

  本讲义聚焦高中物理“变压器”核心知识点，系统梳理从构造与互感原理切入，通过实验探究电压与匝数关系，建立定量规律（U₁/U₂=n₁/n₂），进而延伸至理想变压器动态分析（功率、电流关系）的完整知识脉络，为学生搭建递进式学习支架。\n该资料以科学探究为核心，实验环节设计规范（如可拆变压器操作、多用电表使用），培育学生实验能力；典例与变式题结合生活应用（差动变压器、火警系统），渗透物理观念与科学思维，课中辅助教师引导探究，课后通过随堂检测帮助学生巩固知识、查漏补缺。

  3.3变压器（知识解读）（解析版） •知识点1 变压器的原理 •知识点2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 •知识点3 电压与匝数的关系 •知识点4 理想变压器动态分析 •作业 随堂检测 知识点1 变压器的原理 1、构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈。其构造示意图与电路中的符号分别甲、乙所示． 2、原理：互感现象是变压器工作的基础；原线圈中电流的大小、方向在一直在变化，铁芯中激发的磁场也一直在变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。工作原理如图所示： 注意 （1）变压器不改变交变电流的周期和频率。 （2）变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。 （3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 【典例1】差动变压器指的是一种大范围的使用在电子技术和非电量检测中的变压器装置。大多数都用在测量位移、压力等非电量参量。其原理简化后如图甲所示，一个初级线圈，位于正中间，两个匝数相等的次级线圈串联且对称放置，初始时铁芯位于空心管正中央，a、b间接如图乙所示的电流（由a流向b），c、d端接交流电压表，示数为零。铁芯移动时始终至少有一端在次级线圈中。下列说法正确的是（） A．铁芯上移，电压表示数为两次级线圈产生电动势有效值之和 B．铁芯下移，时间内，c端电势高于d端电势 C．能够最终靠电压表示数关系判断铁芯移动距离的大小关系 D．a、b端接正弦交流电，铁芯不动，电压表示数不为零 【答案】C 【详解】A．副线圈反向接，当铁芯在中央时上下方次级线圈的磁通量相同，此时副线圈电压为零。即铁芯移动时会因铁芯的移动导致的磁通量的变化产生感应电动势。铁芯上移时，它会使得上方的次级线圈中的磁通量增多，下方的次级线圈中的磁通量减小。由于次级线圈是沿相反方向串联的，所以上方的次级线圈产生的感应电动势会与下方的次级线圈产生的感应电动势相减。所以，电压表示数为两次级线圈产生电动势有效值之差，故A错误； B．铁芯下移，时间内，原线圈的电流减小，根据楞次定律可得，端电势低于端电势，故B错误； C．当铁芯从中央位置开始的移动量越大时，它改变穿过次级线圈的磁通量也越多，因此导致次级线圈中产生的感应电动势也越大。所以能通过电压表示数关系判断铁芯移动距离的大小关系，故C正确； D．副线圈反向接，当铁芯在中央时上下方次级线圈的磁通量相同，副线圈的电压一直为零，故D错误。 故选C。 【变式1-1】关于电磁感应在生产、生活中的应用，下列说法正确的是（） A．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼作用 B．真空冶炼炉的工作原理主要是电流的磁效应 C．变压器使用硅钢作为铁芯材料，原因是硅钢是铁磁性材料且电阻率较小 D．电磁炉可以用陶瓷材料的锅加热食物 【答案】A 【详解】A．磁电式仪表中，铝框作为线圈骨架，当线圈在磁场中运动时，铝框切割磁感线产生涡流，涡流产生的磁场阻碍线圈运动，起到电磁阻尼作用，使指针快速稳定。故A正确； B．真空冶炼炉利用高频交流电在金属中产生涡流（电磁感应现象）加热熔化金属，故B错误； C．变压器铁芯需用铁磁性材料以增强磁场，同时要求电阻率较大，以减小涡流损耗。硅钢是铁磁性材料，但因其含硅，电阻率比纯铁更大，能有效减小涡流。故C错误； D．电磁炉通过交变磁场在锅底产生涡流加热食物，要求锅为导体。陶瓷是绝缘体，因此电磁炉不能用陶瓷材料的锅加热食物。故D错误。 故选A。 【变式1-2】（多选）如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线，接线柱a、b接一正弦交变电源，电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，其电阻随温度升高而减小，R1为一定值电阻。下列说法中正确的是（） A．副线所在处出现火警时，变压器原线圈的输入功率变小 D．当R2所在处出现火警时，电压表V2的示数变小，电流表A的示数变大 【答案】AD 【详解】A．变压器原副线圈中电流的频率均为，故A正确； B．原线圈电压的有效值为 则副线圈电压有效值即电压表V1的读数为，故B错误； CD．当R2所在处出现火警时，R2电阻减小，则次级电流变大，则R1两端的电压变大，副线两端的电压减小，电压表V2的示数变小，副线圈消耗的功率变大，则变压器原线圈的输入功率变大，电流表A的读数变大，故C错误，D正确。 故选AD。 【变式1-3】一台理想变压器，其原线Ω的负载电阻，如图所示。 (1)当原线V直流电源上时，电压表示数为_______V。 (2)当原线V交流电源上时，电压表示数为______V，此时输入功率为________W。 【答案】(1)0 (2)44 19.36 【详解】（1）当原线V直流电源上时，根据变压器工作原理可知，副线]当原线V交流电源上时，则副线圈输出电压为 可知电压表示数为44V； [2]此时输入功率为 知识点2 实验：探究变压器原、副线、实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2、实验器材：多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。 (3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4、实验结论：实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 注意：(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的导线)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。 【典例2】某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验。 (1)下列实验器材必须要用的有________（选填字母代号）。 A．干电池组 B．学生电源 C．多用电表 D．直流电压表 E．滑动变阻器 F．条形磁体 G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：______________________________ ___________________________________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 【答案】(1)BCG (2)在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即。 【详解】（1）变压器的工作原理是电磁感应，需要交流电源，学生电源可以提供交流电源，因此选学生电源（B）；需要测量电压，多用电表（C）可测交流电压；还需要可拆变压器（G）来改变匝数。干电池组（A）是直流电源，直流电压表（D）测直流电压，滑动变阻器（E）、条形磁体（F）在此实验中无用。 故答案BCG。 （2）第一次实验：， 第二次实验：， 第三次实验：， 由以上数据分析可以看出，在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即。 【变式2-1】在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法中不正确的是（） A．本实验中使用到了控制变量法 B．本实验只能使用低压交流电，电压不要超过36V C．本实验原、副线圈上的电压之比并不严格等于匝数之比 D．使用电压挡测量电压时，先用最大量程挡试测 【答案】B 【详解】A．实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法，故A正确，不符合题意； B．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，所用的电压不要超过12V，故B错误，符合题意； C．由于存在漏磁、铁芯发热等因素，本实验原、副线圈上的电压之比并不严格等于匝数之比，故C正确，不符合题意； D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确，不符合题意。 本题选错误的，故选B。 【变式2-2】（多选）关于“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，下列说法正确的是（） A．测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测 B．本实验中用控制变量法来探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 C．为了保证安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过 D．变压器中铁芯是整块硅钢 【答案】AB 【详解】A．为了确保电压表的安全，测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测，故A正确； B．实验中研究多个物理量的关系，在研究其中两个物理量关系时，需要确保其他物理量一定，可知，本实验中用控制变量法来探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，故B正确； C．变压器工作需要交流电，不能够用直流电，故C错误； D．为了减小铁芯中由于涡流产生的损耗，实验中，变压器中铁芯是由硅钢片叠加组成，故D错误。 故选AB。 【变式2-3】在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，利用如图所示的可拆变压器能方便地探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。 (1)如果把它看成理想变压器，则左右两线圈上的交变电流一定相同的物理量是_____和_____。 (2)某次实验中得到实验数据如下表所示，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是：在误差允许的范围内，_____。 实验次数 /匝 /匝 1 1400 400 12.1 3.42 2 800 400 12.0 5.95 3 200 100 11.9 5.92 (3)原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，分析可能的原因：_____。 【答案】(1) 功率 频率 (2) (3)变压器不是理想的，存在能量损耗，如存在漏磁、线圈有电阻、铁芯产生涡流等等 【详解】（1）如果把它看成理想变压器，则根据理想变压器的原理，原副线圈的功率一定相等，实现能量从原线圈到副线圈的传递；原线圈中交变电流的频率由供电电源决定，副线圈中感应电流的频率由原线圈交变电流频率决定，理想变压器不改变交流电的频率，所以原、副线圈交变电流的频率相同。 （2）实验1中， 实验2中， 实验3中， 在各个实验中，二者在误差允许范围内近似相等，即 （3）实际的变压器不是理想变压器，存在多种因素导致电压比和匝数比不完全契合。漏磁现象，原线圈产生的磁场，不能全部穿过副线圈，有部分磁通量泄漏（漏磁），使得副线圈中磁通量的变化率小于原线圈，根据法拉第电磁感应定律 电压比就会偏离匝数比。线圈电阻，原、副线圈自身存在电阻，当有电流通过时，会产生一定的电压降 这会使实际测量的原、副线圈电压与理想情况下（忽略线圈电阻）的电压有差异，影响电压比与匝数比的严格对应。铁芯产生涡流：铁芯在交变磁场中会产生涡流，涡流会消耗电能，转化为热能，这也会导致能量损失，使得副线圈获得的能量减少，电压降低，从而让电压比不能严格等于匝数比。 知识点3 电压与匝数的关系 1、理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型。 2、变压器原、副线)只有一个副线)有多个副线、自耦变压器：铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图所示。 理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝. 4、两类变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器。 【典例3】如图甲所示，某理想变压器原线，原线圈a、b两端接入交流电压u随时间t的变化关系图像如图乙所示。已知R1=2R2，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是（） A．t=0.01s时，电压表V1的示数为0 B．电压表V1与V2的示数之比为3∶2 C．电流表A1与A2的示数之比为1∶2 D．副线Hz 【答案】B 【详解】A．由图乙可知，原线圈输入电压的峰值为，周期。电压表测量的是交流电的有效值，不随时间变化。原线圈电压的有效值，故A错误； B．根据理想变压器电压与匝数的关系 可得副线圈两端的电压 电压表V2测量的是电阻R2两端的电压 因此，电压表V1与V2的示数之比为3 : 2，故B正确； C．根据理想变压器电流与匝数的关系 可得电流表A1与A2的示数之比为2 : 1，故C错误； D．变压器不改变交流电的频率。由图乙可知，输入交流电的周期，所以频率，因此副线Hz，故D错误。 故选B。 【变式3-1】如图所示的电路中，变压器是理想变压器，原、副线圈的匝数比，电流表和电压表均为理想电表，是阻值未知的定值电阻，是电阻箱，在a、b两端接入输出恒定的正弦交流电压，调节，电流表的示数变化量为，电压表的示数变化量为，且，则定值电阻的阻值等于（） A．9k B．4k C． D． 【答案】B 【详解】设原线圈处电压为，电流为，电压表示数为，电流表示数为。根据变压器的原理有 在原线圈电路中有 由以上各式整理后有 则电阻箱的阻值变化后，有 上述两个式子相减，整理后得 解得 故选B。 【变式3-2】（多选）如图是工厂利用的交流电给照明灯供电的电路，灯泡均正常发光，理想变压器原线匝，下列说法正确的是（    ） A．交变电流的周期为 B．电源电压有效值为 C．副线匝 D．若副线圈中某个照明灯灯丝烧断（其他灯连接不变），原线圈电流会增大 【答案】BC 【详解】A．交流电的周期，故A错误； B．电源电压的有效值，故B正确； C．根据 可得副线圈匝数匝，故C正确； D．副线圈中某盏灯灯丝烧断，总电阻增大，副线减小，根据，原线会减小，故D错误。 故选BC。 【变式3-3】如图为学校附近的配电变压器（看作理想变压器）为学校供电的示意图，变压器原线kV的正弦交流电，副线W的照明灯（电阻值恒定），照明灯均正常发光，导线)副线，则原线圈中的输入电流为多少？ 【详解】（1）根据，解得匝 （2）若照明灯的个数为，则 根据，解得 知识点4 理想变压器动态分析 1、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，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。 2、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系 （1）功率关系：从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出。 （2）电流关系 ①只有一个副线或＝。 ②当有多个副线、理想变压器的制约关系和动态分析 （1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝。 （2）功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0。 （3）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线决定原线＝(只有一个副线、对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 （1）原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。 （2）负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 【典例4】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比，原线圈接有滑动变阻器，副线圈接有定值电阻和小灯泡，小灯泡的阻值恒为，额定功率为。输入端接有效值的正弦交流电，关于该电路的分析，下列正确的是（） A．滑动变阻器的滑片向左滑动，原线圈两端的电压变大 B．当滑动变阻器的阻值调为时，小灯泡正常发光 C．当滑动变阻器的阻值调为时，的电功率达到最大值 D．小灯泡正常工作时，副线圈两端电压最大值为 【答案】C 【详解】A．滑片左移，滑动变阻器接入的阻值变大，变压器的等效阻值不变 根据串联电路特点，原线圈两端的电压减小，故A错误； B．设原线圈电压为，原线圈电流为，副线圈电压为，副线圈电流为，小灯泡正常发光时，电流 电压 副线圈两端电压 由、 原线圈两端电压， 滑动变阻器此时阻值，故B错误； C．当滑动变阻器的阻值等于变压器的等效阻值时，滑动变阻器消耗的功率最大，故C正确； D．由B选项分析可得，副线圈端电压最大值为，故D错误。 故选C。 【变式4-1】如图所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡、，输电线的等效电阻为。开始时，开关S闭合。当S断开后，下列说法正确的是（    ） A．灯泡变亮 B．理想电压表示数减小 C．理想电流表示数增大 D．变压器的输出功率增大 【答案】A 【详解】AB．当S断开后，副线圈所在电路的总电阻变大，但副线圈的输出电压不变，故副线圈的干路电流减小，故输电线的等效电阻上分到的电压减小，灯泡上的电压增大，理想电压表示数增大，灯泡变亮，故A正确，B错误； C．根据变压器的原理，主副线圈的电流之比与线圈匝数之比满足，因减小，理想电流表示数也减小，故C错误； D．设变压器的输出电压，因线圈匝数之比未发生变化，故副线圈的输出电压不变，输出功率为，由上述分析得干路电流减小，变压器的输出功率减小，故D错误。 故选A。 【变式4-2】（多选）如图甲所示的电路中， M、N两端输入电压峰值一定的正弦式交流电，电压瞬时值随时间变化的图像如图乙所示，初始时开关 S接a，、闭合，则（） A．电压表的示数是311V B．通过的是频率为50Hz的交流电 C．若只将断开，则通过和r的电流都减小 D．若只将S由a拨到b， M、N两端的输入功率变大 【答案】BD 【详解】A．对于正弦式交流电，电压表的示数对应的是电压的有效值，M、N两端输入电压的最大值为，有效值为，故A错误； B．变压器只改变电压不改变交流电的频率，原线圈输入交流电的周期为，频率为，所以通过 的是频率为的交流电，故B正确； C．若只将开关断开，副线圈输出电压不变， 的分压变大，通过 的电流增加，r的分压变小，通过r的电流减小，故C错误； D．若只将开关S由a拨到b，副线圈匝数增加，由可得副线圈输出电压变大，由可得副线圈输出功率变大，由理想变压器能量传递可知 M、 两端的输入功率变大，故D正确。 故选BD。 【变式4-3】如图所示，理想变压器的原副线圈匝数分别为、，在原副线圈的回路中分别接有阻值为、的电阻，原线V的正弦交流电上。 (1)若，求原副线圈两端的电压比和原副线)若，，求原线圈两端的电压。 【详解】（1）根据变压器原理，原副线圈两端的电压比为 原副线）由公式 ，， 解得 ， 原线圈电路 其中 联立解得，原线．夜晚，公园的彩灯为公园营造温馨的氛围，供电示意图如图甲所示，三盏彩灯的额定电压均为36V，电阻均为72Ω，变压器原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。已知三彩盏灯正常发光，变压器可视为理想变压器。下列说法正确的是（） A．所用交流电的频率为100Hz B．所用交流电的周期为0.01s C．变压器的输入功率为54W D．变压器原、副线圈的匝数之比为 【答案】C 【详解】AB．由图乙可知，所用交流电的周期 频率为，故A错误，B正确； C．每个彩灯的功率为 由于变压器是理想变压器，因此，故C正确； D．变压器输入电压为 所以变压器原、副线圈的匝数之比，故D错误。 故选C。 2．安全用电，守护生命。有些机床为了安全，车间照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压通过降压变压器（可视为理想变压器）降压后得到的。如果变压器的原线匝，则副线圈的匝数约为（   ） A．136 B．192 C．236 D．15200 【答案】A 【详解】由理想变压器工作原理，可得，故选A。 3．如图所示，灯泡和的规格完全相同，原线圈匝数比副线圈匝数多，下列判断中正确的是（） A．变压器工作时，两灯有可能同时正常发光 B．正常工作时，比亮 C．正常工作时，可能已烧毁 D．正常工作时，可能已烧毁 【答案】D 【详解】A．设原线圈匝数为，副线圈匝数为，由题意可知，根据，可得 可知通过的电流小于通过的电流；所以变压器工作时，两灯不可能同时正常发光，故A错误； BC．正常工作时，由于，所以比暗，不会烧毁，故BC错误； D．正常工作时，由于，可能已烧毁，故D正确。 故选D。 4．某充电器的部分电路如图所示，变压器为理想降压变压器，原线圈输入电压为，的阻值为80Ω，的阻值为2Ω，如果需要副线V，则可能为（） A．20：1 B．12：1 C．1：10 D．1：2 【答案】A 【详解】当副线圈的电压为，则流过的电流 原线圈两端的电压 则原线圈的电流 而电源的电压有效值为 则有 联立解得或 故选A。 5．如图所示的电路中，变压器为理想变压器，电路的a、b端接有电压稳定的正弦交流电源。则在滑动变阻器R的滑片P向上移动过程中，下列判断中一定正确的是（） A．A灯变亮 B．B灯变暗 C．滑动变阻器的电功率增大 D．a、b端的输入功率减小 【答案】D 【详解】AB．滑片P向上移动过程中，滑动变阻器的电阻增大，则副线圈并联的总电阻增大，根据等效电阻 结合 可知原线圈的电流减小，则流过灯泡A的电流减小，灯泡A两端的电压减小，输入电压不变，则原线圈两端的电压增大，由变压器电压和匝数的关系可知，副线圈电压增大，故灯泡B变亮，故AB错误； C．滑动变阻器与灯泡电阻关系未知，无法判断其电功率变化，故C错误； D．a、b端的输入电压不变，原线圈的电流减小，根据可知，a、b端的输入功率减小，故D正确； 故选D。 6．如图甲，在电动汽车的充电桩中，变压器的原、副线。当原线圈接上图乙中的正弦交流电后，副线 A。忽略原、副线圈和输电线的能量损耗，下列说法正确的是（    ） A．该充电桩的输出电压为 380 V B．该充电桩工作时原线圈可以通入直流电 C．副线V D．原线 kW 【答案】D 【详解】AC．由图可得原线圈的输入电压最大值为，有效值为 根据 解得 则副线圈的瞬时电压峰值为V，故AC错误； B．变压器不可以对直流电压变压，故B错误； D．原线圈的输入功率等于副线圈功率，根据 解得，故D正确； 故选D。 7．图甲为全球最高海拔风电项目的西藏八宿风电场，图乙为某风力发电机部分供电系统简化图，风能转化为电能的效率可视为不变。工作时，矩形线圈ABCD绕轴匀速转动，输出电压，电阻，其他电阻均不计。理想变压器原、副线圈的匝数之比。则（） A．线圈位于图乙所示位置时的磁通量为 B．电流表的示数为 C．该发电机每秒消耗的风能为17600J D．线的电荷量为 【答案】D 【详解】A．当线圈处于图乙所示位置时，其平面与磁场方向平行，此时穿过线圈的磁通量，故A错误； B．根据输出电压表达式，发电机输出电压的有效值 运用等效电阻法，将副线等效到原线圈侧，等效电阻 则原线圈回路总电流（即电流表示数） 电流表测量的是有效值，示数为40A，故B错误； C．发电机输出的电功率 即每秒转化的电能为17600J。由于风能转化为电能的效率小于100%，故发电机每秒消耗的风能应大于17600J，故C错误； D．线°的过程中，原线圈磁通量的变化量 根据 解得 根据平均电流定义及欧姆定律，通过原线圈的电荷量 对于理想变压器，电流之比等于匝数反比，则电荷量之比等于匝数反比，通过R2的电荷量，故D正确。 故选D。 8．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，、两端接入有效值为的正弦交流电源，其中、为定值电阻，为光敏电阻（光照越强其电阻越小），电压表均为理想电表。在光敏电阻接收光照变弱的过程中，下列说法正确的是（） A．整个回路的功率变大 B．电阻与消耗功率的比值变大 C．电压表和的示数分别为和，则有 D．当时，消耗的功率最大 【答案】C 【详解】A．设原线圈中的电流为，副线圈中电流为，当光照减弱时，电阻增大，理想变压器（包括负载）的等效阻值增大，原线圈中电流减小，由功率公式可知电源消耗的功率变小，故A错误； B．理想变压器原、副线圈电流和匝数的关系为 电阻与消耗功率的比值，不会随光照发生变化，故B错误； C．设原线圈两端电压为，由 得到线圈电压 由，故C正确； D．将原电路等效为如图所示电路，又将、等效到电源内阻，当时，即当时，消耗的功率最大，故D错误。 故选C。 9．（多选）图中B为理想变压器，接在交变电压有效值保持不变的电源上。灯泡和完全相同（其阻值均恒定不变），R是一个定值电阻，电压表、电流表都为理想电表，开始时开关S是闭合的，当S断开后，下列说法正确的是（） A．电压表的示数变大 B．电流表的示数变小 C．电流表的示数变大 D．灯泡的亮度变亮 【答案】BD 【详解】A．因电压表测量副线圈的输出电压，因输入电压不变，故电压表的示数不变，A错误； B．由，原副线圈匝数比不变，副线圈电流减小，则原线圈电流减小，电流表的示数变小，B正确； C．当开关S断开时，输出端总电阻增大，副线圈电路电流减小，电流表的示数变小，C错误； D．副线圈两端电压不变，输出干路电流减小，R两端电压减小，则输出端灯泡电压增大，变亮，D正确； 故选BD。 10．（多选）自耦式变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器。如图甲所示的理想自耦式变压器，环形铁芯上绕制线匝，AP间线匝，P为变压器的滑动触头，P为滑动变阻器的滑片。在AB间加如图乙所示正弦交流电，下列判断正确的是（） A．通过R的电流方向每秒改变100次 B．电压表示数为120V C．保持P不动，P向下滑动，电压表示数增大 D．保持P不动，P逆时针转动，电压表示数增大 【答案】AD 【详解】A．由图乙知输入交流电的周期为，故其频率为 1s内线圈，每转一圈两次经过中性面，每经过中性面一次电流方向改变一次，故电流方向每秒改变100次，而变压器不改变交流电的周期和频率，输出端通过R的电流方向每秒改变100次，故A正确； B．因AB间加正弦交流电，其有效值为 副线圈的匝数为BP间匝数 由 而电压表测的是交流电压的有效值，故电压表示数为，故B错误； C．保持P不动，P向下滑动，副线圈的匝数不变，其它条件不变，由 则电压表示数不变，故C 错误； D．P逆时针转动，副线圈的匝数增大，由 则电压表示数增大，故D正确。 故选AD。 11．（多选）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。下列说法正确的是（） A．u随t变化的规律为 B．理想变压器输入、输出功率之比为 C．理想变压器原、副线圈中的电流之比为 D．若处的温度升高，则电流表的示数变大 【答案】CD 【详解】A．根据图乙可知周期为0.02s，所以 所以u随t变化的规律为，故A错误； B．理想变压器的输入、输出功率是相等的，故B错误； C．根据理想变压器的原理，输入、输出电压之比等于匝数比，即 由于输入、输出功率相等，有 所以，故C正确； D．当温度升高时，的电阻大小减小，消耗的功率增大，所以电流表示数增加，故D正确。 故选CD。 12．（多选）如图所示，理想变压器原线圈的a、b两端接正弦交变电源，副线圈电路中为定值电阻，R为滑动变阻器，电流表、电压表均为理想交流电表。已知滑动变阻器的总阻值小于，下列说法正确的是（） A．若滑片P向上滑动，则电流表的示数变小 B．若滑片P向上滑动，则电压表的示数变大 C．若滑片P向下滑动，则R消耗的功率变大 D．若滑片P向下滑动，则电压表的示数不变，电流表的示数变大 【答案】AD 【详解】A．设a、b两端的输入电压为，原、副线圈的匝数比为，滑片P向上滑动的过程中，副线圈回路的总阻值变大，通过副线圈的电流变小，则电流表的示数变小，A正确； B．电压表示数始终为，B错误； C．R消耗的功率，电压不变，滑片P向下滑动的过程中，随着R的减小，R消耗的功率变小，C错误； D．滑片P向下滑动的过程中，电压表的示数不变，电流表示数变大，D正确。 故选AD。 13．如图所示，输入电压为时，完全相同的灯泡的电压均为，其阻值恒定不变。已知为随温度升高阻值减小的热敏电阻，变压器为理想变压器，两灯泡始终未烧坏，原、副线圈匝数之比为___________，若热敏电阻温度升高，灯泡变___________、灯泡变___________（填“亮”或“暗”） 【答案】 2：1 亮 暗 【详解】[1]由题意可知变压器原线，副线]变压器等效电阻 若热敏电阻温度升高，则阻值减小，次级电阻减小，则等效电阻减小，根据可知，初级电流变大，灯泡变亮，灯泡a电压变大，则初级电压减小，次级电压也减小，则灯泡变暗。 14．为保证用户电压稳定在220V，变压器需要适时进行调压，如图为调压变压器示意图。保持输入电压不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。 (1)若用户两端电压减小，为使用户电压稳定在220V，滑动接头P应向哪移动？ (2)用户两端电压不变时，变压器的输入功率不变吗？ 【详解】（1）由 得 所以要使保持220V不变，需要减小原线圈匝数，故P向上移动 （2）用户两端电压不变时，由于匝数比不变，输出电压不变。当用户负载改变时，输出电流将发生变化，则变压器输入端的电流发生变化，根据可知，变压器的输入功率发生变化。 15．如图甲所示，理想变压器的原线圈两端接有如图乙所示的正弦交变电流，副线圈接有阻值相等的灯泡L1、L2、L3，已知灯泡L1两端电压U=8V，通过灯泡的电流I=1A。求： (1)变压器原、副线)通过变压器原线）灯泡的电阻 由于三个灯泡的阻值相等，因此通过、的电流均为，两端电压 副线圈两端电压的有效值 变压器原、副线圈的匝数比 其中 解得 （2）变压器副线圈的输出功率 变压器原线 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.3变压器（知识解读）（原卷版） •知识点1 变压器的原理 •知识点2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 •知识点3 电压与匝数的关系 •知识点4 理想变压器动态分析 •作业 随堂检测 知识点1 变压器的原理 1、构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈。其构造示意图与电路中的符号分别甲、乙所示． 2、原理：互感现象是变压器工作的基础；原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。工作原理如图所示： 注意 （1）变压器不改变交变电流的周期和频率。 （2）变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。 （3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 【典例1】差动变压器指的是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压器装置。主要用于测量位移、压力等非电量参量。其原理简化后如图甲所示，一个初级线圈，位于正中间，两个匝数相等的次级线圈串联且对称放置，初始时铁芯位于空心管正中央，a、b间接如图乙所示的电流（由a流向b），c、d端接交流电压表，示数为零。铁芯移动时始终至少有一端在次级线圈中。下列说法正确的是（） A．铁芯上移，电压表示数为两次级线圈产生电动势有效值之和 B．铁芯下移，时间内，c端电势高于d端电势 C．能够最终靠电压表示数关系判断铁芯移动距离的大小关系 D．a、b端接正弦交流电，铁芯不动，电压表示数不为零 【变式1-1】关于电磁感应在生产、生活中的应用，下列说法正确的是（） A．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼作用 B．真空冶炼炉的工作原理主要是电流的磁效应 C．变压器使用硅钢作为铁芯材料，原因是硅钢是铁磁性材料且电阻率较小 D．电磁炉可以用陶瓷材料的锅加热食物 【变式1-2】（多选）如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线，接线柱a、b接一正弦交变电源，电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制造成的传感器，其电阻随温度上升而减小，R1为一定值电阻。下列说法中正确的是（） A．副线所在处出现火警时，变压器原线圈的输入功率变小 D．当R2所在处出现火警时，电压表V2的示数变小，电流表A的示数变大 【变式1-3】一台理想变压器，其原线Ω的负载电阻，如图所示。 (1)当原线V直流电源上时，电压表示数为_______V。 (2)当原线V交流电源上时，电压表示数为______V，此时输入功率为________W。 知识点2 实验：探究变压器原、副线、实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生一些变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2、实验器材：多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。 (3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4、实验结论：实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 注意：(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再做相关操作。 (2)为了能够更好的保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触的导线)为了能够更好的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做测量。 【典例2】某同学在实验室做“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验。 (1)下列实验器材必须要用的有________（选填字母代号）。 A．干电池组 B．学生电源 C．多用电表 D．直流电压表 E．滑动变阻器 F．条形磁体 G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析能够获得的实验结论是：______________________________ ___________________________________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 【变式2-1】在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法中不正确的是（） A．本实验中使用到了控制变量法 B．本实验只可以使用低压交流电，电压别超过36V C．本实验原、副线圈上的电压之比并不严格等于匝数之比 D．使用电压挡测量电压时，先用最大量程挡试测 【变式2-2】（多选）关于“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，下列说法正确的是（） A．测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测 B．本实验中用控制变量法来探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 C．为了能够更好的保证安全，只可以使用低压直流电源，所用电压别超过 D．变压器中铁芯是整块硅钢 【变式2-3】在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，利用如图所示的可拆变压器能方便地探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。 (1)如果把它看成理想变压器，则左右两线圈上的交变电流一定相同的物理量是_____和_____。 (2)某次实验中得到实验数据如下表所示，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是：在误差允许的范围内，_____。 实验次数 /匝 /匝 1 1400 400 12.1 3.42 2 800 400 12.0 5.95 3 200 100 11.9 5.92 (3)原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，分析可能的原因：_____。 知识点3 电压与匝数的关系 1、理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型。 2、变压器原、副线)只有一个副线)有多个副线、自耦变压器：铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就能够更好的降低电压，反之则可以升高电压，如图所示。 理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝. 4、两类变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器。 【典例3】如图甲所示，某理想变压器原线，原线圈a、b两端接入交流电压u随时间t的变化关系图像如图乙所示。已知R1=2R2，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是 A．t=0.01s时，电压表V1的示数为0 B．电压表V1与V2的示数之比为3∶2 C．电流表A1与A2的示数之比为1∶2 D．副线】如图所示的电路中，变压器是理想变压器，原、副线圈的匝数比，电流表和电压表均为理想电表，是阻值未知的定值电阻，是电阻箱，在a、b两端接入输出恒定的正弦交流电压，调节，电流表的示数变化量为，电压表的示数变化量为，且，则定值电阻的阻值等于（） A．9k B．4k C． D． 【变式3-2】（多选）如图是工厂利用的交流电给照明灯供电的电路，灯泡均正常发光，理想变压器原线匝，下列说法正确的是（    ） A．交变电流的周期为 B．电源电压有效值为 C．副线匝 D．若副线圈中某个照明灯灯丝烧断（其他灯连接不变），原线】如图为学校附近的配电变压器（看作理想变压器）为学校供电的示意图，变压器原线kV的正弦交流电，副线W的照明灯（电阻值恒定），照明灯均正常发光，导线)副线，则原线圈中的输入电流为多少？ 知识点4 理想变压器动态分析 1、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，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。 2、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系 （1）功率关系：从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出。 （2）电流关系 ①只有一个副线或＝。 ②当有多个副线、理想变压器的制约关系和动态分析 （1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝。 （2）功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0。 （3）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线决定原线＝(只有一个副线、对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 （1）原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。 （2）负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 【典例4】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比，原线圈接有滑动变阻器，副线圈接有定值电阻和小灯泡，小灯泡的阻值恒为，额定功率为。输入端接有效值的正弦交流电，关于该电路的分析，下列正确的是（） A．滑动变阻器的滑片向左滑动，原线圈两端的电压变大 B．当滑动变阻器的阻值调为时，小灯泡正常发光 C．当滑动变阻器的阻值调为时，的电功率达到最大值 D．小灯泡正常工作时，副线圈两端电压最大值为 【变式4-1】如图所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡、，输电线的等效电阻为。开始时，开关S闭合。当S断开后，下列说法正确的是（    ） A．灯泡变亮 B．理想电压表示数减小 C．理想电流表示数增大 D．变压器的输出功率增大 【变式4-2】（多选）如图甲所示的电路中， M、N两端输入电压峰值一定的正弦式交流电，电压瞬时值随时间变化的图像如图乙所示，初始时开关 S接a，、闭合，则（） A．电压表的示数是311V B．通过的是频率为50Hz的交流电 C．若只将断开，则通过和r的电流都减小 D．若只将S由a拨到b， M、N两端的输入功率变大 【变式4-3】如图所示，理想变压器的原副线圈匝数分别为、，在原副线圈的回路中分别接有阻值为、的电阻，原线V的正弦交流电上。 (1)若，求原副线圈两端的电压比和原副线)若，，求原线．夜晚，公园的彩灯为公园营造温馨的氛围，供电示意图如图甲所示，三盏彩灯的额定电压均为36V，电阻均为72Ω，变压器原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。已知三彩盏灯正常发光，变压器可视为理想变压器。下列说法正确的是（） A．所用交流电的频率为100Hz B．所用交流电的周期为0.01s C．变压器的输入功率为54W D．变压器原、副线．安全用电，守护生命。有些机床为了安全，车间照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压通过降压变压器（可视为理想变压器）降压后得到的。如果变压器的原线匝，则副线圈的匝数约为（   ） A．136 B．192 C．236 D．15200 3．如图所示，灯泡和的规格完全相同，原线圈匝数比副线圈匝数多，下列判断中正确的是（） A．变压器工作时，两灯有可能同时正常发光 B．正常工作时，比亮 C．正常工作时，可能已烧毁 D．正常工作时，可能已烧毁 4．某充电器的部分电路如图所示，变压器为理想降压变压器，原线圈输入电压为，的阻值为80Ω，的阻值为2Ω，若需要副线V，则可能为（） A．20：1 B．12：1 C．1：10 D．1：2 5．如图所示的电路中，变压器为理想变压器，电路的a、b端接有电压稳定的正弦交流电源。则在滑动变阻器R的滑片P向上移动过程中，下列判断中一定正确的是（） A．A灯变亮 B．B灯变暗 C．滑动变阻器的电功率增大 D．a、b端的输入功率减小 6．如图甲，在电动汽车的充电桩中，变压器的原、副线。当原线圈接上图乙中的正弦交流电后，副线 A。忽略原、副线圈和输电线的能量损耗，下列说法正确的是（    ） A．该充电桩的输出电压为 380 V B．该充电桩工作时原线圈可以通入直流电 C．副线．图甲为全球最高海拔风电项目的西藏八宿风电场，图乙为某风力发电机部分供电系统简化图，风能转化为电能的效率可视为不变。工作时，矩形线圈ABCD绕轴匀速转动，输出电压，电阻，其他电阻均不计。理想变压器原、副线圈的匝数之比。则（） A．线圈位于图乙所示位置时的磁通量为 B．电流表的示数为 C．该发电机每秒消耗的风能为17600J D．线．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，、两端接入有效值为的正弦交流电源，其中、为定值电阻，为光敏电阻（光照越强其电阻越小），电压表均为理想电表。在光敏电阻接收光照变弱的过程中，下列说法正确的是（） A．整个回路的功率变大 B．电阻与消耗功率的比值变大 C．电压表和的示数分别为和，则有 D．当时，消耗的功率最大 9．（多选）图中B为理想变压器，接在交变电压有效值保持不变的电源上。灯泡和完全相同（其阻值均恒定不变），R是一个定值电阻，电压表、电流表都为理想电表，开始时开关S是闭合的，当S断开后，下列说法正确的是（） A．电压表的示数变大 B．电流表的示数变小 C．电流表的示数变大 D．灯泡的亮度变亮 10．（多选）自耦式变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器。如图甲所示的理想自耦式变压器，环形铁芯上绕制线匝，AP间线匝，P为变压器的滑动触头，P为滑动变阻器的滑片。在AB间加如图乙所示正弦交流电，下列判断正确的是（） A．通过R的电流方向每秒改变100次 B．电压表示数为120V C．保持P不动，P向下滑动，电压表示数增大 D．保持P不动，P逆时针转动，电压表示数增大 11．（多选）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，为阻值随温度上升而减小的热敏电阻，为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。下列说法正确的是（） A．u随t变化的规律为 B．理想变压器输入、输出功率之比为 C．理想变压器原、副线圈中的电流之比为 D．若处的温度上升，则电流表的示数变大 12．（多选）如图所示，理想变压器原线圈的a、b两端接正弦交变电源，副线圈电路中为定值电阻，R为滑动变阻器，电流表、电压表均为理想交流电表。已知滑动变阻器的总阻值小于，下列说法正确的是（） A．若滑片P向上滑动，则电流表的示数变小 B．若滑片P向上滑动，则电压表的示数变大 C．若滑片P向下滑动，则R消耗的功率变大 D．若滑片P向下滑动，则电压表的示数不变，电流表的示数变大 13．如图所示，输入电压为时，完全相同的灯泡的电压均为，其阻值恒定不变。已知为随温度上升阻值减小的热敏电阻，变压器为理想变压器，两灯泡始终未烧坏，原、副线圈匝数之比为___________，若热敏电阻温度上升，灯泡变___________、灯泡变___________（填“亮”或“暗”） 14．为保证用户电压稳定在220V，变压器需要适时进行调压，如图为调压变压器示意图。保持输入电压不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。 (1)若用户两端电压减小，为使用户电压稳定在220V，滑动接头P应向哪移动？ (2)用户两端电压不变时，变压器的输入功率不变吗？ 15．如图甲所示，理想变压器的原线圈两端接有如图乙所示的正弦交变电流，副线圈接有阻值相等的灯泡L1、L2、L3，已知灯泡L1两端电压U=8V，通过灯泡的电流I=1A。求： (1)变压器原、副线 学科网（北京）股份有限公司 $

  2025-2026学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019选择性必修第二册）

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