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第十一章　交变电流　传感器
第2讲　变压器　电能的输送
素养目标　1.理解理想变压器的工作原理——互感.（物理观念） 2.认识理想变压器的功率关系、电压关系、电流关系.（物理观念） 3.理解远距离输电的原理.（物理观念） 4.掌握理想变压器的动态分析方法.（科学思维） 5.利用能量守恒定律解决远距离输电中的问题.（科学思维）
A. 交流电的周期为0.02 s
B. 原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶500
C. 输出的最大电压为220 V
D. 若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2 kW
AD
V，C错误；10台充电桩同时使用时，变压器输入功率等于输出功率，输入功率为P1
＝10×220×16 W＝35.2 kW，D正确.
B
B. 副线圈中电流的有效值为0.5 A
C. 原、副线圈匝数之比为1∶4
D. 原线圈的输入功率为12 W
1. 构造和原理
直观情境
（2）原理：电磁感应的互感现象.
闭合铁芯　
两个线圈　
2. 基本关系式
P入＝P出　


U2I2＋U3I3＋…＋UnIn　
3. 几种常用的变压器
（1）自耦变压器——调压变压器.
直观情境


深化　　理想变压器的基本关系
理想变压器 没有能量损失（铜损、铁损），没有磁通量损失（磁通量全部集中在铁芯中）
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
电流关系
频率关系 f1＝f2（变压器不改变交流电的频率）
制约关系 电压 副线圈电压U2由原线圈电压U1和原、副线圈匝数比决定
功率 原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定
电流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和原、副线圈匝数比决定
思维模型　用变压器的基本关系特点分析解决实际问题.
A. 该变压器的输入功率为96 kW
B. 该变压器的原、副线圈匝数比为11∶4 800
C. 该变压器的输入电流约为0.4 mA
D. 该变压器功能主要利用自感现象实现
B
角度2　原线圈含用电器的变压器的应用
A
A. 1 Ω B. 2 Ω
C. 4.5 Ω D. 9 Ω
A. 甲是电流互感器，乙是电压互感器
B. 甲是电压互感器，乙是电流互感器
C. 若电压表示数为30 V，则输电线两端的电压最大值为6 000 V
D. 若电流表示数为5 A，则通过输电线的电流有效值为500 A
BD
角度3　两种特殊变压器模型
A. 保持T不动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动
B. 将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片位置不变
C. 将T向a端移动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动
D. 将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片向e端滑动
AC
解析：当滑动触头T不动时，原、副线圈匝数之比不变，当U0不变时，输出电压U也
不变，如果滑动变阻器R的滑片向f端滑动，R连入电路阻值减小，所以通过R1的电流
变大，R1的热功率增大，A正确；当滑动触头T向b端移动时，原、副线圈匝数之比变
变，电流变小，所以不能提高R1的热功率，B错误；当滑动触头T向b端移动时，变压
器输出电压U变小，如果滑动变阻器滑片向e端滑动，则滑动变阻器接入电路的阻值
移动，则输出电压U变大，滑动变阻器R的滑片向f端滑动，则滑动变阻器接入电路的
A. 电容C增大，L1灯泡变亮
B. 频率f增大，L2灯泡变亮
C. RG上光照增强，L3灯泡变暗
D. S接到b时，三个灯泡均变暗
A
解析：电容C增大，容抗减小，L1灯泡变亮，A正确；频率增大，电感线圈感抗增大，L2灯泡变暗，B错误；光照增强，光敏电阻RG阻值减小，L3灯泡变亮，C错误；S接到b时，原线圈匝数减小，副线圈匝数不变，副线圈输出电压变大，三个灯泡均变亮，D错误.
深化1　　匝数比不变，负载变化情况的分析思路
②当负载电阻发生变化时，I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化.
③I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化.
深化2　　负载电阻不变，匝数比变化情况的分析思路
②R不变，U2变化，I2发生变化.
角度1　自耦变压器动态分析
AD
A. 电流表示数为2.2 A
B. 流过R的交流电的频率为100 Hz
C. 若保持Q位置不动，将P顺时针转动少许，则电流表示数变大，变压器输出功率变大
D. 若保持P位置不动，将Q向上移动少许，则电流表示数变大，变压器输出功率变大
角度2　应用等效法分析变压器问题
AC
A. 仅提高输入电压
B. 仅将R1的滑片左移
C. 仅将R2的滑片上移
D. 仅将触头N下移
A
A. 风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P
B. 输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0上消耗的功率为4P
C. 若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P
D. 若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P
如图所示，发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P'，用户端的电压为U'，输电电流为I，输电线总电阻为R.
U－U'　
P－P'　
I2R　
横截面积　
电阻率小　
提高
电压　
深化1　　明确三个回路
回路1：I1＝I输入，U1＝U输入，P1＝U1I1.
回路2：I2＝IR＝I3，U2＝U3＋ΔU，P2＝P3＋ΔP.
回路3：I4＝I输出，U4＝U输出，P4＝U4I4.
深化2　　抓住两个联系
深化3　　掌握两种损耗
（1）电压损耗：输电线上的电阻分压导致的电压损耗，ΔU＝U2－U3＝IRR线.
思维模型　通过远距离输电回路电学量关系，计算输电线路损失的电压和功率.
A. 增大m B. 减小m
C. 增大n D. 减小U
B
角度2　高压输电与低压输电的比较
BC
A. L1与L2一样亮
B. L2比L1更亮
C. R1上消耗的功率比R2的大
D. R1上消耗的功率比R2的小
四、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
D
A. n1为1 100，Um为220 V
B. BC间线圈匝数为120，流过R的电流为1.4 A
C. 若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz
D. 若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s
1. 实验原理
（1）实验电路图（如图所示）
（2）实验方法：控制变量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系.
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系.
2. 实验器材
学生电源（低压交流电源，小于12 V）1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干.
3. 实验过程
（1）保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响.
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行试测.
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压.
（2）保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响.重复（1）中步骤.
4. 数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系.
深化　　注意事项
（1）在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作.
（2）为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱.
（3）为了多用电表的安全，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.
角度1　教材原型实验
例8　某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线.
甲 乙 丙
如图甲所示为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表所示：
实验
序号 原线圈匝数n1＝400原线圈两端电压U1（V） 副线圈匝数n2＝200副线圈两端电压U2（V） 副线圈匝数n3＝1 400副线圈两端电压U3（V）
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.1
解析：（1）在探究变压器线圈两端电压与匝数的关系的实验中，原线圈两端应接入交变电流，故应将A、B分别与c、d连接.
c、d　
两个线圈的匝数之比　
A. 一定小于4.0 V
B. 一定等于4.0 V
C. 一定大于4.0 V
解析：（3）若把题图丙中的可移动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0 V，故选A.
A　
角度2　实验拓展创新
例9　为探究变压器两个线圈的电压关系，张明同学设计了如图所示的实验电路，操作步骤如下：
A. 将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤；
B. 将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；
C. 闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；
D. 将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上.
解析：（1）在探究变压器两个线圈的电压关系实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.故操作的合理顺序是DBCA.
DBCA　

限时跟踪检测
A级·基础对点练
题组一　理想变压器基本关系的应用
A. 110 B. 220
C. 1 100 D. 2 200
C
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A. 30 V B. 32 V C. 24 V D. 36 V
A
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A. 1∶2 B. 2∶1 C. 1∶3 D. 3∶1
A
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题组二　变压器电路动态分析
B. 在R处出现火警时，电压表的示数将变大
C. 在R处出现火警时，电流表的示数将变大
D. 在R处出现火警时，定值电阻R0的电功率将变小
C
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A. a、b端所接交流电的有效值为16 V，频率为100 Hz
B. 变压器原、副线圈匝数比为3∶1
C. 原、副线圈匝数比不变时，减小电阻箱R连入电路的阻值，电压表V1的示数不变
D. 原、副线圈匝数比不变时，增大电阻箱R连入电路的阻值，灯泡L1亮度变暗
BD
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A. 215 V B. 220.5 V
C. 225 V D. 230 V
B
题组三　远距离输电
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A. 输电线上的电流为50 A
B. 用户得到的电功率为19 kW
C. 输电线上损失的电压为100 V
D. 变压器T2的匝数比n3∶n4＝95∶1
BC
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A. 若去掉铁芯，实验结果不会受到影响
B. 为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
C. 交变电流产生的磁场对铁芯有力的作用，可能使铁芯振动发出“嗡嗡”声
解析：（1）在理想变压器中铁芯的作用是减小磁场的损失，若去掉铁芯，实验结果会受到影响，A错误；为保证实验安全，原线圈应接低压交流电源，B错误；交变电流产生的磁场，使变压器铁芯硅钢片产生涡电流，导致变压器振动而发出声音，正常情况下这种声音是清晰而有规律的，但若螺丝没有拧紧，变压器就会发出明显的“嗡嗡”低鸣声，C正确.
C　
题组四　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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A　
A. 断开导线A B. 断开开关
C. 取下电池
解析：（2）当通过线圈的电流急剧减小时，会产生较大自感电动势，阻碍电流的减小，所以在实验结束时，应先把并联在线圈上的电压表从电路中断开，否则断开开关瞬间会产生大电压烧毁电表，故应先断开导线A.
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B级·能力提升练
A. U1＝248kV
B. b的示数为22.8 V
C. 输电线总电阻为40Ω
D. 输电效率约为96％
D
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A. 32 W B. 16 W C. 8 W D. 4 W
B
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11. （2025·福建龙岩永定月考）利用太阳能电池这个能量转换器件将太阳能转变为电能的系统又称光伏发电系统，有一台内阻为1 Ω的太阳能发电机，供给一个学校照明用电.如图所示，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器匝数比为4∶1，输电线的总电阻R＝4 Ω，全校共22个班，每班有“220 V　40 W”的灯6盏，若全部电灯正常发光，求：
（1）发电机的输出功率；
答案：（1）5 424 W　
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（2）输电线路的效率；
答案：（2）97.3％　
（3）发电机电动势的有效值.
答案：（3）250 V
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