高二物理（人教版）学案 选择性必修二 第三章 第3节 第1课时变压器的工作原理及应用

第3节变压器

课标要求学习目标

1.知道理想变压瑞的概念和规律。

通过实验，探究并了解变压器原、副线圈

2.掌握变压器的动态变化问题的分析。

电压与匝数的关系。

3.通过实验探究总结电压与匝数的关系。

第1课时变压器的工作原理及应用

(赋能课一精细培优科学思维)

课前预知教材/落实主十基得

一、变压滞的原理

1.变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，一个线圈与交流电源连接,

叫作，也叫:另一个线圈与负载连接，叫作,也叫。

............“副线圈

小普一以一

ACq匿勺U2AC

■.二二二二二二二.」

2.变压器的原理：现象是变压器工作的基础，原线圈中的电流的大小、方向在

不断变化，铁芯中的_______也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生_____________，所

以副线圈能够输出电流。

(1)变压器应用了电磁感应互感原理。

(2)变压器只适用于交变电流。

二、电压与匝数的关系

1.理想变压器

(1)实际变压器的能量损耗：

①变压器线圈通过电流时发热；

②变压器铁芯在交变磁场作用下因涡流产生热最；

③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内。

⑵理想变压器：没有的变压器，是一种理想化模型。

2.原、副线圈电压和电流与匝数的关系

对理想变压器：整=手

当只有一个副线圈时，Pl=P2,

又P|=/1U1，P2=hUi，可推出:夕=孑。

12

3.变压器的分类

(1)降压变压器：副线圈电压比原线圈电压________的变压器。

(2)升压变压器：副线圈电压比原线圈电压________的变压器。

:名由微:热电流关系夕=里只适用于一个副线图的情况，而兴=%•既适用于一个

12nlU2ni

副线图的情况，也适用于多个副线图的情况。

［微情境•大道理］

1.观察如图所示的可拆变压器，判断卜.列说法正误。

(1)变压器的原、副线圈没有导线连接，副线圈不能输出电流。()

(2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的，两个线圈间是绝缘的。()

(3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。()

2.观察如图所示的两个变压器，哪一个是降压变压器？

甲乙

3.利用控制变量法，在原线圈输入电压S一定，原线圈匝数小不变时，研究副线圈上

的电压S与对应匝数〃2的关系；再研究在副线圈匝数〃:不变时，副线圈上的电压U2与对应

原线圈匝数小的关系。

判断下列说法正误：

(1)3、一定时，若〃2增大，S也一定增大。()

(2)S、〃2一定时，若〃।增大，S也一定增大。()

(3)〃|、〃2一定时,若5增大,则S一定减小。()

课堂精析重“及发加知靛

强化点(一)理想变压器的基本原理

任务驱动

如图所示，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(原线圈)通过

开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连接到小灯泡上。闭合开关，小灯泡

能发光。

(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？

⑵小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？

(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上，小灯泡发光吗？

［要点释解明］

1.工作原理

2.基本期律

⑴电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的舒,

根据法拉第电磁感应定律，有E产加第E?=n黑,所以肾=称。

1X11X1匕2〃2

(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压3=后,副线圈两端

的电压5=反，所以佚=抵当有〃组线圈时，则有卷=今=崇=…。

(3)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有夕入=产出。

(4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，/SiS，得圻饯=去当有多个

副线圈时,/iUi=/2S+，3U3+…，得/1〃1=/2〃2+/3〃3+…。

［典例］(2024.河南信阳期末)如图甲所示，理想变压器的原线圈接在正弦交流电源上，

原、副线圈的匝数比为俳斗三个定值电阻R产&=1。。，％=20Q,电压表和电流表均可

视为理想电表。已知当中的电流73随时间/变化的规律如图乙所示，则电压表和电流表的读

数分别为()

A.400VJ.5AB.400v5V,1.5A

C.400V,乎AD.400>/2V,平A

听课记录:

/万法技巧/

⑴原、副线图的电压、电流发生变化，而频率不变C

（2）当变压器有多个副线图时，电压关系仍适用，而也流关系式£=会不再适用。

【题点全练清］

1.（多选）关于理想变玉器的工作原理，以下说法正询的是（）

A.原、副线圈缠绕在同一个闭合铁芯上，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、副线固短路造成危险

C.变压器既能改变交变电流的电压大小，也能改变交变电流的频率

D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出

2.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20：1,两个标有“12

v6w”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两'v®~\n-

灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表（均可视为理想电招，，右表

表）的示数分别是（）IpIII

A.120V0.10AB.240V,0.025A

C.120V,0.05AD.240V,0.05A

3.（2024•浙江1月选考）如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出i〃=5sin

100mV的交流电，经原、副线圈匝数分别为功和〃2的变压器升压至峰值大于10kV,就会

在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列正确的是（）

金

转

属

换

板

器

A•蔡<20000

R久V1

%220（X）

C.用电压表测原线圈两端电压，示数为5V

D.副线圈输出交流电压的频率是100Hz

强化点（二）几种常见的变压器

［要点释解明］

I.自耦变压器

图甲所示是自耦变压船的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把

整个线圈作为原线圈，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

为原线圈，整个线圈作为副线圈，就可以升高电压。

调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈A8绕在一个圆环形的铁

芯上，A、8之间加上输入电压G,移动滑动触头。的位置就可以连续或较大范围内调节输

出电压S。

2.互感器

分类电压互感器电流互感器

-

原理图

\\\\\

1

并联在高压电路中，接在串联在待测电路中，接在

原线圈的连接

火线和零线间火线上

副线圈的连接连接电压表连接电流表

测高电压,将高电压变为测大电流,将大电流变成

互感器的作用

低电压（降压变压器）小电流（升压变压器）

利用的

臣争〃1>〃2）

八〃1=/2〃2（〃1<〃2）

关系式

3.有多个副线圈的变压器

当有多个副线圈时，电压比等于匝数比仍然成立，但电流不再与而数成反比，而要根据

原、副线圈功率相等去推导；若原线圈中有用电器时，穴要把电源电压与原线圈两端电压搞

混，而要把原线圈所在电路看成一回路处理，原线圈相当于一非纯电阻用电器，其两端电压

与副线圈两端电压的比值等于匝数比。

［题点全练清］

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〃、〃间作为原线圈。

通过滑动触头取该线圈的一部分，接在。、d间作为副线圈。在。、〃间输入电压为的交变

电流时，c、d间的输出电压为S，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中（）

A.U»U\,S降低B.35,S升高

C.U2<Ui,。2降低D.lh<Ui,U2升高

2.电压互感器能将高电压变成低电压，电流互感器能将大电流变成小电流，用于测量或

保护系统。如图所示，“、,2是监测交流高压输电参数的互感器，。、〃是交流电压表或交流

电流表。若高压输电线间电压为220kV,力的原、副线圈匝数比为1:100,交流电压表的

示数为200V,交流电流表的示数为2A,则（）

A.。是交流电压表，。是交流电流表

B.乃的原、副线圈匝数比为1000：1

C.高压线路输送的电流为200A

D.高压线路输送的电功率为2.2X104kw

3.（多选）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L、匝数为N,放置在磁感应强度大小

为4的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为〃°、加和“2,两个副线圈分别接有

电阻Ri和当发电机线圈以角速度切匀速转动时，理想电流表读数为/。不计线圈电阻,

下列说法正确的是（）

A.通过电阻R2的电流为曾

B.电阻&两端的电压为啜

万I-V.Liz什、,&NBL7⑴

C.如与〃11的比值为3~市

D.发电机的功率为鱼吟他及

%

第3节变压器

第1课时变压器的工作原理及应用

课前预知教材

一、1.原线圈初级线圈副线圈次级线圈

2.互感磁场感应电动势

二、1.(2)能量损耗3.(1)低(2)高

［微情境•大道理］

1.(1)X(2)V(3)J

2.提示：题图乙表示的是降压变压器。

3.(1)V(2)X(3)X

课堂精析重难

强化点(一)

［任务驱动］提示：(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁

芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右边线圈中会产生感应电动势,

右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。

(2)不一定相等。

(3)不发光。

［典例］选A由题图乙可知，R3中的电流有效值为人=零A=2A,由并联分流可得,

&中的电流有效值为/2=强/3=4A,则流过副线圈的电流为/'=/2+，3=6A,由电流与匝数

关系可得，流过原线圈的巴流为/=需/'=1.5A,即电流表的读数为1.5A：负载电阻的总阻

值为/?=&+《窑■=¥c,则副线圈两端的电压u'=rR=100V,由电压与匝数关系可

A2।A3。

得，原线圈两端的电压为“=中。=400V,即电压表的读数为400V。故选A。

［题点全练清］

1.选AD原、副线图缠绕在同一个闭合铁芯上，可以减少漏磁，从而减少磁场能的损

失，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；变压器能改变交变电流的电压大小，但是不能改变交变电流的频率，故C错误；

当变压器原线圈接入大小不断变化的直流电时，穿过原、副线圈的磁通量也会不断变化，故

副线圈有电压输出，故D正确。

2.选D灯泡正常工作，则S=12V,根据印=字,代入数据解得3=240V；两个灯

泡均正常工作，则,2=2券=1A,根据£=扉代入数据解得/i=0.05A,故D正确。

3.选B原线圈两端电压的有效值为3=左丫=乎V,根据电压与匝数的关系有普

=会变压器副线圈两端电压的峰值为Smax=6s，根据题意有SmaQlOXlO”解得等＞2

000,年〈高，故A错误，B正确；用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则

示数为。1=余丫=平V,故C错误；根据①=2「1007rrad/s,解得/=50