第07讲 变压器（预习）（原卷版）-2025版高二物理寒假精-品讲义

第07讲变压器（预习）模块一思维导图串知识模块二基础知识全梳理（吃透教材）模块三教材习题学解题模块四核心考点精准练（6大考点）模块五小试牛刀过关测1．知道变压器的结构，了解变压器的工作原理。2.探究理想变压器的电压比和匝数比的关系，掌握对理想变压器问题的分析能力及解决问题的能力。3.感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点1：变压器的原理【情境导入】如图所示，生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压,有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢?1．变压器的构造变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈构成的。其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成,线圈用绝缘导线绕成,如图所示。（1）原线圈:与交流电源连接的线圈,又叫初级线圈,其两端的电压叫输入电压。（2）副线圈:与负载连接的线圈,又叫次级线圈,其两端的电压叫输出电压。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，下图是变压器的工作原理图。3．作用变压器能改变交变电流的电压。(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．知识点2：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系1.理想变压器(1)理想变压器是一种理想化模型，是指原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失都忽略不计的变压器。(2)特点:①不计原、副线圈的电阻,所以电流通过原、副线圈时没有电压损失,也不产生焦耳热。②原、副线圈产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内,所以穿过原、副线圈的磁通量相等。③闭合铁芯的涡流忽略不计。实际变压器能量损失的三种形式(1)“铜损”:绕制线圈的铜导线发热而损耗的能量。(2)“铁损”:铁芯中由于电磁感应而产生涡流,使铁芯发热而损耗的能量。(3)“磁损”:原线圈铁芯中产生的交变磁通量有一部分通过副线圈以外的空间形成电磁波而损失能量。2．实验探究（1）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、导线若干（3）实验步骤①按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数．②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、副线圈的电压值．④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eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).（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12V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱．（3）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．3．理论推导据法拉第电磁感应定律知原、副线圈中的感应电动势分别为：，，则有：。不计原副线圈的电阻时，则，，故。知识点3：理想变压器的基本关系1．电压关系(1)只有一个副线圈时，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器．当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低，是降压变压器．(2)有多个副线圈时，eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…2．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．3．电流关系(1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…知识点4：互感器电压互感器（测高压电）电流互感器（测大电流）,把高电压变为低电压，并联在被测电路中,用电压表测得低电压U2，根据铭牌上变压之比eq\f(U1,U2),算出被测高电压U1，把大电流变成小电流串联在被测电路中,用电流表测得小电流I2,再根据铭牌上变流之比eq\f(I1,I2).，算出被测公大电流I1教材习题01如图所示，用理想变压器给电灯L供电，如果只增加副线圈匝数，其他条件不变，则变压器输入电压如何变化？变压器输出电压如何变化？电灯亮度如何变化？变压器输入功率如何变化？简述理想变压器传输交变电流过程中的能量转化规律。解题方法【详解】只增加副线圈匝数，输入电压不变，根据，可得输出电压，可知输出电压变大，则灯泡变亮。根据，可知变压器输入功率变大。理想变压器先将电场能变为磁场能，再将磁场能变为电场能，理想变压器没有能力的损耗，所以原副线圈的功率相等。【答案】略。教材习题02如图所示为自耦变压器的示意图，其中L为一个绕在闭合铁芯上的线圈，共有1500匝。它的下端点接地，并连接着输入端B和输出端D，另一输入端A固定在线圈某处，而另一输出端C则可以在线圈上滑动。（1）要求在A、B间输入交变电压，在C、D间的输出电压在间连续可调。A、B间线圈匝数是多少？（2）若输入电压降至，输出电压要求为，连接在C、D间的线圈应为多少匝？解题方法【详解】（1）根据题意可知，匝，，，设原线圈的匝数为，根据匝数与电压的关系有，解得匝（2）根据题意可知，，，设副线圈的匝数为，根据匝数与电压的关系有解得匝【答案】（1）匝；（2）匝教材习题02钳形电流表是一种测量交流电的仪器，其结构和外形如图所示，试说明其测量交流电流大小的原理。解题方法【详解】钳形电流表本质是升压变压器，多用于大电流的估测。载流导线、铁芯、线圈构成一个变压器，按下手柄时，钳形电流表的铁芯可以被分开，把被测的载流导线放入后，松开手柄，铁芯闭合。导线中的交流在铁芯中产生交变磁场，套在铁芯上的线圈中产生感应电动势，电流表与套在铁芯上的线圈相连，可以间接得知导线中的电流。根据变压器的变流比可以得到交流电流的大小。【答案】（1）匝；（2）匝考点1：理想变压器的基本规律【典例1】手机充电器中装有变压器。用正弦交流电给手机充电时，原线圈两端电压为220V，副线圈两端电压为5V，副线圈中电流为2A，若将该变压器视为理想变压器，则（

）A．原、副线圈的匝数比为1∶44 B．原线圈中的电流约为0.05AC．副线圈两端电压的最大值为5V D．原、副线圈的功率之比为44∶1【变式1-1】在如图所示的电路中，电阻a、b、c、d的阻值均为r，其他电阻不计，理想变压器原、副线圈的匝数比，M、N间输入的正弦式交变电流的电压有效值为U，则电阻b中的电流有效值大小为（

）A． B． C． D．【变式1-2】（23-24高二下·江苏南京·期中）如下图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝数之比为，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（）A．电流表的示数为4.4A B．原线圈的输入功率为96.8WC．电压表的示数为22V D．副线圈输出交流电的周期为50s考点2：含多个副线圈的变压器变压器有多个副线圈时,电压比总等于匝数比,但电流不再与匝数成反比,要根据P入=P出，得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。【典例2】（23-24高二下·江苏徐州·阶段练习）理想变压器如图所示，原线圈匝数n1=1000，两副线圈匝数分别为n2=600，n3=200，当原线圈两端接在220V的交流电源上时，原线圈上电流为2A，通过R2的电流为1A，则通过R3的电流为（）A．10AB．7A C．3A D．1A【变式2-1】（23-24高二下·四川内江·阶段练习）风力发电有清洁、可再生等优点，某风力发电厂输出有效值恒定的正弦式交变电流。如图所示为一理想变压器，其中两盏灯泡规格均为“10V，5W”，负载的阻值为40Ω，且原、副线圈匝数比为，当接入风力发电厂输出电压的电源时，两盏灯均正常发光。下列说法正确的是（

）A．电流在1s时间内改变50次方向 B．流经负载的电流大小为0.75AC．风力电厂输出电压的有效值为40V D．变压器输出功率为40W【变式2-2】（2024高二·全国·专题练习）如图所示，理想变压器的原线圈连接峰值为的正弦式交流电，该变压器的原线圈匝，副线圈未知，匝，两副线圈分别接上灯泡L和定值电阻。闭合开关，灯泡正常发光，已知灯泡的额定功率为8W，额定电流为1A，定值电阻。求：(1)副线圈匝数；(2)若同时闭合开关和，原线圈中的电流。考点3：自耦变压器的分析【典例3】（23-24高二下·福建福州·期末）如图所示，为理想自耦变压器，其中P为变压器上的滑动触头，Q为滑动变阻器上的滑片，则以下说法正确的是（

）A．适当调节变压器上的滑动触头P，该自耦变压器既可升压也可降压B．滑片Q不动，滑动触头P逆时针转动，电流表读数变大C．图示位置，D．滑动触头P不动，滑片Q缓慢向下滑动时，一直在减小【变式3-1】（23-24高二下·福建莆田·期末）如图所示是一种调压变压器的原理图，线圈AB绕在一个圆形的铁芯上，A、B端加上的交流电压，通过移动滑动触头P来调节C、D端输出电压。当P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比。现想将一个“12V，6W”的灯泡接到输出端C、D，下列操作可使灯泡正常发光的是（）A．仅将P顺时针旋转到合适位置 B．仅将P逆时针旋转到合适位置C．仅将灯泡串联一个阻值为196Ω的电阻 D．仅将灯泡并联一个阻值为196Ω的电阻【变式3-2】（多选）（23-24高二下·山东菏泽·期中）一个理想的自耦变压器左端通过定值电阻和电流表接交变电源，电源电压随时间变化的关系为，右端接入如图所示电路，、为定值电阻，为滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表。的最大电阻也为5Ω，不计导线的电阻。研究发现当滑动变阻器的触头调至最上端时电流表示数、电压表示数。下列说法正确的是（）A．滑动变阻器的触头向上滑动时，电压表的示数减小B．保持不变，当自耦变压器的可动端逆时针转动时，电流表的示数增大C．电阻的阻值为20ΩD．当滑动变阻器的触头调至最上端，电流表示数时，变压器原、副线圈的匝数比为4∶1考点4：变压器的动态分析三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2，输出电流I2，决定输入电流I1，输出功率P2，决定输入功率P1。【典例4】（2024·湖北·模拟预测）如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中（）A．电流表A示数增大 B．电压表V示数减小C．定值电阻R消耗的功率减小 D．原线圈的输入功率先减小后增大【变式4-1】（23-24高二下·内蒙古通辽·期末）如图甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数比为4：1，电压表和电流表均为理想电表，R1为阻值随温度升高而变小的热敏电阻，R为定值电阻。若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电。下列说法中正确的是（）A．原线圈两端电压的瞬时值表达式为B．t=0.01s时，穿过线圈的磁通量最小C．R1温度升高时，电流表示数变大、电压表示数变大D．R1温度升高时，变压器的输入功率变大【变式4-2】（多选）（2024·四川巴中·一模）如图所示，理想变压器原线圈接的交流电，原、副线圈匝数比，已知定值电阻，，R是滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表，以下说法正确的是（

）A．时，理想变压器的输出功率最大B．理想变压器的最大输出功率为C．理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为D．时，滑动变阻器消耗的功率最大考点5：变压器与电磁感应的联系【典例5】（多选）（23-24高二下·福建泉州·期末）如图所示，一矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO'以转速10r/s匀速转动，线圈的匝数为N，面积为S，电阻不计。线圈通过电刷与一理想变压器的原线圈相连，变压器的副线圈接有两只电阻均为2Ω的相同灯泡L1和L2，变压器原、副线圈的匝数比为10：1，若开关S断开时L1正常发光，此时电流表示数为0.1A，电表为理想电表，则（）A．若从线圈平面平行于磁场方向开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值为（V）B．若增大原、副线圈匝数比，变压器输入功率减小C．若开关S闭合，灯泡L1将变暗D．若开关S闭合，电流表示数将变大【变式5-1】（多选）（24-25高二上·新疆乌鲁木齐·期中）图甲是一台小型发电机构造示意图。磁极N、S间的磁场看成匀强磁场，磁感应强度大小为T，线圈共100匝，矩形线圈的面积为S。该发电机产生的感应电动势图像如图乙所示，该交流电通过自耦变压器对一定值电阻R供电，不计发电机内阻，则下列说法正确的是（）A．矩形线圈面积为0.12m2B．电阻中电流方向每秒钟改变10次C．当变压器滑片Р向上滑动时，电阻R消耗的功率增大D．线圈从t=0开始转过90°的过程中，电压表的读数先增大后减小【变式5-2】（24-25高三上·陕西安康·开学考试）如图所示，交流发电机连接理想变压器向灯泡L和电风扇M供电，二者均正常工作。已知电源电动势，定值电阻，灯泡L上标有“60W，20V”的字样，电风扇M内阻为2Ω，理想电流表A的示数为4A，电路中其余电阻不计。下列判断正确的是（）A．电风扇输出的机械功率是16WB．变压器原、副线圈的匝数比C．若电风扇所在支路发生断路故障，此时灯泡L仍发光，则灯泡L的功率变大D．副线圈中的电流方向每秒钟改变200次考点6：原副线圈的负载问题变压器原线圈(或副线圈)串联电阻(或灯泡)的情形，是高考的常考点,也是本节的难点。解答此类题目时,关键要明确电压关系：如下图所示。所示,变压器原线圈接有负载(灯泡)，此状况下,,因为负载会分担U1的一部分电压。【典例6】（24-25高二下·全国·单元测试）如图（a）所示，理想变压器原、副线圈匝数比为11:1，副线圈与理想电流表、理想电压表以及负载电阻R连接成闭合回路，原线圈接电压为U0的交流电源，R两端电压随时间变化的规律如图（b）所示，负载电阻R=20Ω。下列说法中正确的是（）A．变压器输入电压的最大值是 B．电流表的示数为C．原线圈输入交流电的频率是100Hz D．变压器的输入功率是10W【变式6-1】（24-25高二下·全国·课后作业）如图所示，一理想变压器原线圈与的交流电源连接，两副线圈分别接灯泡和电动机，原线圈匝数，连接电动机的副线圈匝数，电流表示数为2A，标注有“110V

55W”的灯泡正常发光，电动机线圈的总电阻为，则下列说法中正确的是（

）A．流过灯泡的交变电流的频率为60Hz B．灯泡两端的电压峰值为110VC．流过电动机的电流为55A D．电动机的输出功率为336W【变式6-2】（24-25高二下·全国·期末）一交流电源电压，已知变压器原、副线圈匝数比为10∶1，灯泡的额定功率为16W，灯泡的额定功率为18W，排气扇电动机线圈的电阻为，电流表的示数为4A，用电器均正常工作，电表均为理想电表，则（）A．电压表示数为20V B．流过灯泡的电流为40AC．排气扇电动机的热功率为9W D．整个电路消耗的功率为43W一、单选题1．（23-24高二下·河南信阳·期末）如图所示，理想变压器的A、B两端接入正弦交流电，为热敏电阻（温度升高时其电阻减小），则（）A．在时，电压表的示数为零 B．处温度升高时，电压表的示数变小C．处温度升高时，电流表A示数变小 D．处温度升高时，电压表的示数变小2．（23-24高二下·广东茂名·期末）如图所示某一火警报警系统原理图，理想变压器原线圈接有电压有效值恒定的交流电源，已知图中电阻R的阻值恒定，热敏电阻的阻值随温度升高而减小，电压表和电流表均为理想电表，当处的温度升高时，下列说法正确的是（）A．电流表的示数将减小 B．电流表的示数将增大C．电压表的示数将减小 D．电路消耗的总功率不变3．（23-24高二下·广西河池·期末）实验室用交流发电机和理想变压器组合给阻值为12Ω的电阻R0供电，电路如图所示。交流发电机的线圈内阻为4Ω，导线电阻不计，当理想变压器原、副线圈匝数比为1∶3时，R0消耗的功率与线圈内阻消耗的功率比为（）A．1∶1 B．3∶1 C．1∶3 D．1∶44．（23-24高二下·天津西青·期末）如图所示是某风力发电节能路灯的电路简化图。风速为v时，交流发电机的电动势表达式为，能感应风速大小的调节器（不消耗副线圈电路的电能）可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动，使灯泡始终保持额定电压正常发光，下列说法正确的是（）A．风速变大时，流过灯泡的电流变大 B．风速变大时，滑片P将向下移动C．风速变小时，变压器的输入电压变大 D．风速变小时，变压器的输出电压变大5．（23-24高二下·甘肃·期末）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比，原线圈接在的交流电源上，电路中电压表和电流表均为理想交流电表，灯泡的电阻为6Ω，则（

）A．电压表的读数为 B．电流表的读数为1AC．原、副线圈交变电流的频率之比为 D．原、副线圈交变电流的功率之比为6．（23-24高二下·甘肃白银·期末）在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数分别为和，定值电阻的阻值为R，在输入端a、b间接正弦交流电压，则通过理想电流表的电流为（）A． B． C． D．7．（23-24高二下·北京西城·期末）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，，C为电容器。已知加在原线圈两端的正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图乙所示，则（）A．副线圈交流电的频率为100Hz B．副线圈中交流电压表的示数为20VC．通过电阻的电流为 D．电阻的电压小于20V二、多选题8．（24-25高二上·河北邯郸·阶段练习）如图甲所示，一理想变压器一端接入交流发电机，其中矩形线框在足够大的匀强磁场中绕轴做匀速圆周运动，匝数为5匝，穿过线圈平面的磁通量随时间变化的图像如图乙所示，线框的电阻不计，理想变压器的另一端接有灯泡与二极管，灯泡上均标有“”的字样，开关S断开时，灯泡正常发光，A为理想电流表，则下列说法正确的是（）A．从图示位置开始计时，线框内产生的交变电压的瞬时值为B．理想变压器原、副线圈的匝数比为C．开关闭合时，发电机的输出功率变为原来的倍D．开关闭合时，电流表的示数是9．（24-25高二下·全国·单元测试）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为、，定值电阻，理想电流表的示数为0.5A，a、b两端接正弦交流电源。下列判断正确的是（）A． B．理想电压表V的示数C．理想电流表的示数 D．定值电阻R中电流变化的频率为50Hz10．（2024·广西来宾·模拟预测）如图所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一边长为L的单匝正方形线圈abcd绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为ω，矩形线圈通过滑环E、F与理想变压器相连，理想变压器与阻值为R的负载电阻相连，不计其它电阻，变压器原、副线圈匝数之比为k，图示位置线圈平面与磁场平行，下列说法正确的是（

）A．当线圈平面与磁场垂直时，线圈中的电动势最大B．电阻R中的电流方向每秒钟改变次C．从图示位置开始计时，线圈中的电动势e随时间t变化的关系式为D．线圈转动过程中