(共54张PPT)
第三节 变压器
核心素养点击
物理观念 (1)知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
(2)知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型。
科学思维 (1)会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系。
(2)会用能量的观点理解变压器的工作原理。
科学探究 实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
科学态度与责任 (1)进一步体会建立理想模型的思维方法。
(2)养成实验中注意避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。
一、认识变压器
1．填一填
(1)变压器：用于改变交流电压的设备。
(2)构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成的，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。与电源连接的线圈称为 ，也称为 ；与负载连接的线圈称为 ，也称为 。
原线圈
初级线圈
副线圈
次级线圈
(3)变压器原理图及符号
①原理图：
②符号：
(4)原理：变压器工作的基本原理是 现象。在原线圈上加交变电压，原线圈中的交变电流在铁芯中产生变化的磁通量，这个变化的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，并在副线圈中产生相应的 。如果在副线圈两端接入负载构成闭合回路，回路中就会形成交变电流。
2．判一判
(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。 ( )
互感
感应电动势
×
√
√
3．想一想
如果把变压器接入直流电路，变压器能起到变压作用吗？
提示：变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不会引起磁通量的变化，就没有互感现象出现，变压器就起不到变压作用。
升高
降低
×
√
√
3．选一选
理想变压器的原线圈匝数不变，原线圈接入电压有效值恒定的交流电，则副线圈的 ( )
A．匝数越少，输出电压越高
B．匝数越多，输出电压越高
C．输出功率比输入功率小
D．输出功率比输入功率大
解析：原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，分析可知选项A错误，B正确；理想变压器的输入功率和输出功率相等，选项C、D错误。
答案：B
探究(一) 理想变压器的原理及基本规律
[问题驱动]
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)连到小灯泡
上。连接电路，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？
(2)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？
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)不相等。
(3)不发光。
【重难释解】
1．工作原理
2．理想变压器的四个基本关系
续表
典例1 (多选)如图，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是 ( )
A．变压器输入功率为484 W
B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A
C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A
D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3
【素养训练】
1．关于变压器，下列说法正确的是 ( )
A．变压器的工作原理是电磁感应
B．一切变压器的工作基础都是互感现象
C．各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作
D．变压器可以改变电流的频率
解析：变压器之所以能变压，是因为原线圈接交流电源时，有交变电流流过原线圈，引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，所以变压器的工作原理是电磁感应，所以选项A正确；有一种变压器叫自耦变压器，它只有一个线圈绕在铁芯上，但有三个抽头，可升压、也可降压，这种变压器的工作基础是自感，也就是说，当变压器是利用两个线圈变压时，其工作基础是互感，当变压器是利用一个线圈变压时，其工作基础是自感，所以选项B错误；变压器要想持续正常工作，原线圈必须接交变电流，选项C错误；变压器不能改变电流的频率，选项D错误。
答案：A
2．(2022·北京高考)某理想变压器的原线圈接在220 V的正弦交流电源上，副线圈
输出电压为22 000 V，输出电流为300 mA。该变压器 ( )
探究(二) 变压器工作时的制约关系及动态分析
[问题驱动]
为保证用户电压稳定在220 V，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U1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220 V，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？
2．理想变压器动态问题的处理方法
(1)抓住三个决定原则：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。
(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化。
(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。
(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。
典例2 如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是 ( )
A．电压表V1示数增大
B．电压表V2、V3示数均增大
C．该变压器起升压作用
D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
变压器动态分析解题技巧
(1)电压的制约关系反映了感应电动势的因果关系。
(2)功率和电流的制约关系，体现了能量守恒的特点。
(3)含有理想变压器的动态电路分析，变压器的副线圈可以看成负载的无阻电源，与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法。
【素养训练】
1．对于理想变压器，下列说法正确的是 ( )
A．原线圈的输入电流随副线圈输出电流的减小而增大
B．原线圈的输入功率随副线圈输出功率的减小而减小
C．原线圈中的电流不随副线圈输出电流的变化而变化
D．当副线圈中电流为零时，原线圈两端电压为零
2. 如图所示，一理想变压器接在电压为U 的交流电源上，原线圈
接入电路的匝数可以通过调节滑片P来改变。副线圈连接交流
电流表、定值电阻R0和可变电阻R，则 ( )
A．保持P的位置不动，将R的阻值增大，电流表的读数变小
B．保持P的位置不动，将R的阻值增大，R0的电功率变大
C．保持R的阻值不变，将P向上滑动，电流表的读数变大
D．保持R的阻值不变，将P向上滑动，R0的电功率变大
3. 变压器的副线圈匝数可调，R0为输电线电阻。滑动触头P处
于如图所示位置时，用户的用电器恰好正常工作。当用电器
增多时，下列说法正确的是 ( )
A．原线圈中的电流减小
B．副线圈两端的电压减小
C．用电器增多时，只需使滑动触头P向上滑，用电器仍能正常工作
D．用电器增多时，只需减小电源的输出电压，用电器仍能正常工作
解析：原线圈两端电压和原、副线圈匝数比不变，则副线圈两端电压不变，故B错误；当用电器增加时，总电阻减小，副线圈中电流增大，根据原、副线圈电流之比等于匝数的反比可知，原线圈中电流也增大，故A错误；通过R0的电流增大，R0分得的电压也增大，要使用电器仍能正常工作，应增大副线圈两端电压，而原线圈两端电压不变，故应使滑动触头P向上滑动，增加副线圈匝数，C正确；若减小电源的输出电压，在匝数比不变的情况下，副线圈两端电压减小，则用电器不能正常工作，故D错误。
答案：C
探究(三) 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【重难释解】
1．实验目的：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
2．设计思路：利用教学用的可拆变压器，采用控制变量法进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。
3．数据处理方法
(1)用表格的形式把原、副线圈的匝数与对应的电压进行比较，寻找它们之间的关系。
(2)得出探究的结果后，力求用准确而精练的语言把它们表述出来。如果可能，最好用数学关系式来表达。
4．实验结论：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。
典例3 某班物理实验课上，同学们用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。
(1)下列说法正确的是________。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是________。
A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起
[解析] (1)为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，不是铁芯导电，传输电能，故E错误，F正确。
(2)与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据变流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确。
【素养训练】
1．在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验中，原线圈和副线圈中接入的是 ( )
A．原线圈中接入220 V交流电
B．原线圈中接入学生电源12 V以下直流输出
C．副线圈接直流电压表
D．副线圈接交流电压表
解析：变压器的工作原理是互感现象，因此原线圈要接交流电，但为保证实验安全，所用电压应在12 V以下，输出电压是交流电压，故副线圈接交流电压表，不能接直流电压表，故A、B、C错误，D正确。
答案：D
2．(1)在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有________。
(2)若在实验中用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是________。
实验次数 1 2 3 4
U1/V 0.90 1.40 1.90 2.40
U2/V 2.00 3.01 4.02 5.02
3．在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。
(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。
(2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为__________(用题目中给出的字母表示)。
(3)该变压器是________变压器(选填“升压”或“降压”)。
一、培养创新意识和创新思维
A．n1为1 100匝，Um为220 V
B．BC间线圈匝数为120匝，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
2．汽车内燃机利用火花塞产生的电火花来点燃汽缸中的
燃料空气混合物。要使火花塞产生电火花，两电极间
必须要有几千伏的高压，而某种汽车蓄电池的电压只
有12 V，这就要用到变压装置。火花塞点火原理如图
所示。当开关由闭合变为断开的瞬间，图中含电池的回路中电流急剧减小，变压器铁芯中磁通量急剧变化，因副线圈的匝数大大超过原线圈，副线圈就会感应产生几千伏甚至上万伏的高压，火花塞立即产生电火花。若变压器初级线圈为200匝，要使变压器输出电压达到2 400 V，则副线圈匝数是多少？
二、注重学以致用和思维建模
3．(2022·重庆高考)低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“12 V 50 W”的交流卤素灯直接通过变压器(视为理想变压器)接入电压为220 V的交流电后能正常工作，则 ( )
A．卤素灯两端的电压有效值为6 V
B．变压器原、副线圈的匝数比为55∶3
C．流过卤素灯的电流为0.24 A
D．卤素灯的电阻为968 Ω
4．(多选)心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压U1会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电图仪与一理想变压器的原线圈相连接，扬声器(等效为一个定值电阻)与一滑动变阻器串联接在该变压器的副线圈中。则 ( )
A．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，扬声器的功率变大
B．保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，原线圈电流I1变小
C．若U1不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，扬声器获得的功率减小
D．若U1不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，副线圈的电流I2增大
解析：保持滑动变阻器滑片P不动，当U1变小时，根据变压器原、副线圈的电压与匝数关系可知，副线圈电压U2减小，根据欧姆定律和功率公式可知，扬声器的功率变小，副线圈电流减小，根据变流比可知，原线圈电流I1也变小，故A错误，B正确；若U1不变，根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知，副线圈电压U2不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，电阻变大，根据欧姆定律可知，副线圈电流I2减小，则扬声器获得的功率减小，故C正确，D错误。
答案：BC (共36张PPT)
第四节 远距离输电
核心素养点击
物理观念 (1)了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径。
(2)了解高压交流输电、高压直流输电的概念。
科学思维 (1)会用相关知识解释实际的输电问题。
(2)通过建立远距离输电模型的过程，体会建立模型的思维方法。
科学探究 利用模型解决远距离输电问题。
科学态度与责任 理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的重要发展。
一、远距离输电中的电功率和电压损耗
1．填一填
(1)输送功率P送与输送电压U送、输电线中电流I的关系：P送＝ 。
(2)电功率损耗P损与输电线中电流I的关系：P损＝ 。
(3)线路上电压损耗U损与输电线中电流I的关系：U损＝ 。
2．判一判
(1)输送电压越大，输电线上电流越大。 ( )
(2)输送电压越大，输电线上损耗的电压也越大。 ( )
(3)输送功率一定时，同样的输送电线，输送电压越大，损耗功率越小。( )
U送·I
I2r
Ir
×
×
√
横截面积
电阻率
输电电压
(2)远距离输电的基本过程示意图
(3)直流输电
①高压交流输电的局限性：输电导线中的交变电流会因电磁感应产生自感和互感损耗电能；为同一电网供电的所有发电机都必须同步运行。
②直流输电示意图：
说明：现代的直流输电，只有输电环节使用高压直流，发电、用电、升压、降压仍然使用交变电流。
探究(一) 输电线上的电压损失和功率损失
[问题驱动]
如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，
输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线
电阻集中画为r)。那么：
(1)用户两端的电压是多大？
(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？
(3)输电线上功率损失的原因是什么？
典例1 某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%。若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？
2．(2021年1月8省联考·江苏卷)小明分别按图甲和图乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等。两次实验中 ( )
A．都接直流电源 B．A两端的电压相等
C．A损耗的功率相等 D．图甲中A的电流较大
探究(二) 远距离输电问题的分析与计算
[问题驱动]
如图所示是我们常见的高压输电线路。
(1)由电厂输出的电压采用什么方法获得高电压？
(2)如何获得用户所需的220 V的电压？
提示：(1)采用升压变压器变压获得高电压。
(2)用户端采用降压变压器变压获得220 V电压。
【重难释解】
1．远距离输电电路图
2．基本关系式
(1)功率关系
P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3。
远距离输电问题的解题步骤
(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量。
(2)抓住变压器变压前后各量间的关系，求出输电线上的电流。
(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损＝I线2R线，注意输电线上的功率损失和电压损失。
(4)电网送电遵循“用多少给多少”的原则，说明原线圈中的电流由副线圈中的电流决定。
【素养训练】
1．(多选)快速铁路的电力机车供电系统如图所示，发电厂利用升压变压器将低压交流电的电压升至110 kV，牵引变电所利用降压变压器将电力系统输送来的高压交流电降至27.5 kV，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压不变，输电线的电阻R不能忽略。若机车功率增大，则 ( )
A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
2. 如图是所建光伏发电项目。若光伏发电的总输出功率为
36 kW，输出电压为500 V，先后经过升压变压器和降压
变压器传输到用户。设输电线的总电阻为10 Ω，要求输
电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，用户需要的电压为220 V，不计变压器的能量损耗。试求：
(1)升压变压器的输出电压。
(2)升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比。
一、培养创新意识和创新思维
1．(多选)某同学在实验室中研究远距离输电。由于输电线太长，他将每100 m导线卷成一卷，共卷成8卷来代替输电线路。第一次直接将输电线与学生电源及用电器相连，第二次采用如图所示的电路输电。其中变压器T1与电源相连，变压器T2与用电器相连。下列说法正确的是 ( )
A．第二次实验也可研究远距离直流输电
B．T1是升压变压器，T2是降压变压器
C．若输送功率一定，则第二次输电线损失的电功率较小
D．实验可证明，增大输电电流能减少远距离输电的能量损失
二、注重学以致用和思维建模
2．(多选)某输电线路横穿公路时，要在地下埋线通过。为了保护输电线不至于被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过。如图所示，电线穿管的方案有两种，甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过，乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过，如果输电导线输送的电流很强，那么，以下说法正确的是 ( )
A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的
B．若输送的电流是恒定电流，甲、乙两方案都是可行的
C．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的
D．若输送的电流是交变电流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的
解析：若题图甲中电线通交流电，因变化的电流周围产生变化的磁场，故每根钢管中都产生涡流，导致能量损耗较大。若题图乙中电线通交流电，由于两根导线中的电流方向是相反的，如果它们相互足够靠近，则它们在周围的每一点上产生大小几乎相等，方向相反的磁场，这样能使涡旋电流减弱到很小。若题图甲、乙中电线通恒定电流，则都产生恒定的磁场，恒定的磁场不产生电场，因此不产生涡流，没有能量损耗。因此B、D正确，A、C错误。
答案：BD
3．用一台某型号的柴油发电机给某一临时安置区供电，如图所示。发电机到安置区的距离是400 m，输电线路中的火线和零线均为单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10－4 Ω，安置区家用电器的总功率为44 kW，当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时 ( )
A．输电线路中的电流为20 A
B．发电机的实际输出电压为300 V
C．在输电线路上损失的电功率为8 kW
D．如果该柴油发电机发出的是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300 V
4. 如图所示是备用发电机。升压变压器的匝数比为1∶4，降压
变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R＝4 Ω，全校
共有22间教室，每间教室用“220 V 40 W”的灯6盏，所
有灯都正常发光。则：
(1)学校应备多大输出功率的发电机？
(2)输电线上损耗的电功率多大？(共49张PPT)
第二节 描述交变电流的物理量
核心素养点击
物理观念 (1)知道交变电流周期、频率的含义及二者之间的关系。
(2)知道峰值和有效值的含义及二者之间的关系。
(3)了解我国家庭电路的频率和电压的有效值，知道家用电器的电压和电流的额定值是有效值。
科学思维 (1)能结合交变电流的公式和图像识别周期(频率)、峰值，会用周期(频率)、峰值等物理量通过函数表达式和图像来描述交变电流。
(2)经历根据电流的热效应推导交变电流的有效值的过程。
科学探究 通过课前预习，引导培养学生基于问题进行猜想假设的能力。
科学态度与责任 让学生体悟物理中的研究方法和科学思想上的一致性，感悟物理的统一之美。
续表
时间
赫兹
变化快慢
2πf
2．判一判
(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也就是线圈匀速转动的周期。 ( )
(2)若交变电流的周期T＝0.02 s，则其频率为f＝50 Hz。 ( )
(3)若交变电流的周期T＝0.02 s，则发电机转子的角速度ω＝100π rad/s。 ( )
3．想一想
为什么打点计时器总是每间隔0.02 s打一次点？
提示：打点计时器接的是交变电流，f＝50 Hz，T＝0.02 s，所以每间隔0.02 s打一次点。
√
√
√
二、峰值和有效值 交变电流的图像
1．填一填
(1)峰值
①定义：交变电流在一个周期内所能达到的最大值，电动势、电流和电压的峰值分别用Em、Im、Um表示。
②应用：交变电压的峰值不能 电容器、二极管等元件所能承受的最大电压。
(2)有效值
①定义：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的 ，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量 ，那么这一恒定电流的数值称为交变电流的有效值。交变电流的电动势、电流和电压的有效值分别用E、I和U表示。
超过
电阻
相等
额定
额定
(3)用图像描述交变电流
×
×
√
(1)线圈转动一周，交变电流恰好完成一次周期性变化。
(2)从线圈转动的角度来说，周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是线圈在磁场中单位时间内转动的圈数。
(3)线圈在匀强磁场中转动一周，电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次。
【素养训练】
1．关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是 ( )
A．正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期
B．1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
C．交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D．50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s
2．电流方向每秒改变100次的交变电流，它的周期和频率分别是 ( )
A．0.01 s和100 Hz B．0.01 s和50 Hz
C．0.02 s和50 Hz D．0.02 s和100 Hz
解析：一个周期内电流方向改变两次，所以f＝50 Hz，则T＝0.02 s，故C正确。
答案：C
3．如图所示为教学演示用交流发电机。以不太快的速度摇动发
电机，与发电机相连的小灯泡将一闪一闪发光。现将摇动速
度加倍，下列分析正确的是 ( )
A．小灯泡闪光周期将加倍，亮度增大
B．小灯泡闪光频率将加倍，亮度增大
C．小灯泡闪光频率将不变，亮度增大
D．小灯泡闪光频率将加倍，亮度不变
解析：摇动速度加倍，则转速变大，产生交流电的频率增加，可知小灯泡闪光频率将加倍；感应电流的大小与发电机的转速有关，转速越大，输出的电流也越大，则灯泡的亮度增大，故选B。
答案：B
探究(二) 交变电流有效值的理解和计算
[问题驱动]
如图所示，将一个恒定电流和一个交变电流分别通过同一个灯泡，若发现两种情况下小灯泡的亮度是相同的，则说明所通过的恒定电流和交变电流间存在怎样的关系？
提示：恒定电流的值等于交变电流的有效值。
【重难释解】
1．交变电流有效值的定义
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的。
(2)等效是指恒定电流和交变电流，在相同的时间内，在相同的电阻上产生的热量相同。
(3)通常所说的交变电流的电压、电流，用电表测量的交变电流的电压、电流，以及用电器的额定电压、额定电流，还有保险丝的熔断电流，都是指其有效值。
3．五种常见电流的有效值
续表
典例2 一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如下列各选项所示，在相同时间内电阻产生热量最大的是 ( )
【素养训练】
1．下列提到的交流电，哪个指的不是交流电的有效值 ( )
A．交流电压表的示数
B．保险丝的熔断电流
C．电容器的击穿电压
D．电动机铭牌上的额定电压
解析：交流电表的示数，是有效值；保险丝的熔断电流，也是有效值；电容器的击穿电压，是指最大值；电动机铭牌上的额定电压，也是有效值。题目要选择不是有效值的选项，故选C。
答案：C
【重难释解】
正弦式交变电流的四值对比
续
表
典例3 在水平方向的匀强磁场中，有一个正方形闭合线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为N＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求：
(1)外力驱动线圈转动的功率；
(2)当线圈转至线圈平面与中性面的夹角为30°时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小；
(3)线圈由中性面转至与中性面成60°角的过程中，通过导线横截面的电荷量。
应用交变电流四值的三点提醒
(1)研究电容器是否被击穿时，应用交变电流的峰值(最大值)，因为电容器上标明的电压是电容器长时间工作时所能承受的最大电压。
(2)研究电功、电功率和电热时，只能用有效值。
(3)研究通过导体某横截面的电荷量时，要用平均值。
3．(多选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电流的e t图像如图乙中曲线a、b所示，则 ( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电流的频率为25 Hz
D．曲线b表示的交流电动势的有效值为10 V
一、培养创新意识和创新思维
1．(2022·广东高考)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是 ( )
A．两线圈产生的电动势的有效值相等
B．两线圈产生的交变电流频率相等
C．两线圈产生的电动势同时达到最大值
D．两电阻消耗的电功率相等
答案：B
2．如图1所示，一个半径为r的半圆形线框，以直径ab为轴匀速转动，周期为T，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度大小为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线框电阻为R0，摩擦和其他部分的电阻均不计。从图示位置开始计时：
二、注重学以致用和思维建模
A．交流电流表的示数是0.002 A
B．电阻R的发热功率是0.4 W
C．该交流发电机产生的交变电流的周期为0.2 s
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流为0(共42张PPT)
第三章 交变电流
第一节 认识交变电流
核心素养点击
物理观念 (1)认识交变电流，知道生产生活中使用的大多数是正弦式交变电流。
(2)了解发电机是将机械能转化为电能的装置。
科学思维 (1)经历建立正弦式交变电流模型，用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律的过程。
(2)会用公式描述正弦式交变电流。
科学探究 能根据教材探究交变电流的表达式并进行分析整理。
科学态度与责任 通过推导正弦式交变电流的表达式体会建立模型与推理分析的思维方法。
续表
一、观察交变电流的图像
1．填一填
(1)直流： 不随时间改变的电流。
(2)恒定电流： 和方向都不随时间变化的电流。
(3)交变电流：强弱和方向随时间做 变化的电流，简称交流。
(4)波形图：电流或电压随时间变化的图像。
方向
强弱
周期性
2．判一判
(1)大小不变，方向随时间做周期性变化的电流为直流。 ( )
(2)只要方向随时间做周期性变化的电流即为交变电流。 ( )
(3)手机充电器输出的是直流。 ( )
×
√
√
3．选一选
如图所示的图像中表示交变电流的是( )
解析：B、C两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但电流方向不变，故不是交变电流。 A图中电流的方向没发生变化，不是交变电流。D图中，电流的大小、方向均随时间做周期性变化，是交变电流，故D正确。
答案：D
二、交变电流的产生
1．填一填
(1)交流发电机
①构造：主要由线圈和磁极两部分组成。
②原理图：
(2)产生原理
①中性面：线圈在磁场中转动过程中，线圈平面处于与磁感线垂直的位置。
②线圈转动一周的过程中几个特殊位置。
③过程分析
(ⅰ)线圈沿逆时针方向转动至位置(a)时，感应电流为零。
(ⅱ)线圈转至(b)位置，ab边和cd边做垂直切割磁感线运动，电流方向沿abcd方向。
(ⅲ)线圈转至(c)位置时，该位置在中性面，线圈中没有感应电流产生。
(ⅳ)线圈转至(d)位置，ab边和cd边再次做垂直切割磁感线运动，电流方向沿dcba方向。
(ⅴ)线圈转至(e)位置，该位置在中性面，线圈又回至(a)位置，将重复上述过程。
④结论
(ⅰ)线圈在磁场中不同位置做垂直切割磁感线运动的分速度大小和方向不同，因而产生了大小和方向随 变化的交变电流。
(ⅱ)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次。
2．判一判
(1)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也最大。 ( )
(2)交流电一周期内，电流方向改变两次。 ( )
(3)线圈只要在匀强磁场内匀速转动就能产生正弦式交变电流。 ( )
×
√
×
时间
3．想一想
如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为零，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢？
Imsin ωt
Umsin ωt
(4)正弦式电流
按 规律变化的交变电流称为正弦式交变电流，简称正弦式电流。
(5)几种交变电流的波形
正弦
2．判一判
(1)在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动通过中性面时，感应电动势为0。 ( )
(2)线圈绕垂直于磁场的转轴匀速转动的过程中产生交变电流的峰值越大，瞬时值也越大。 ( )
(3)交变电流的图像一定是正弦函数图像。 ( )
√
×
×
探究(一) 正弦式交变电流的产生
[问题驱动]
按如图所示连接电路，当开关闭合时，观察小灯泡的发光
情况。
电路中的电流方向从哪里流向哪里？电流方向是否随时间
改变？电路中的电流大小是否随时间改变？
提示：电路中的电流从电源的正极经小灯泡流向电源的负极，电流的方向、大小不随时间改变。
3．两个特殊位置
比较项目 中性面 中性面的垂直位置
图示
位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行
磁通量 最大 0
磁通量的变化率 0 最大
感应电动势 0 最大
感应电流 0 最大
电流方向改变情况 改变 不变
续表
典例1 一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是 ( )
A．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变
B．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大
D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
[解析] t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于0，线圈中感应电流方向改变，A正确，B错误；t2、t4时刻磁通量为0，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，线圈中感应电流方向没有改变，C、D错误。
[答案] A
分析图像问题的两个关键点
(1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i t或e t图像也就不同。
(2)分析有关交变电流的图像问题时，要注意从图像中找出两个特殊位置(中性面和垂直中性面位置)所对应的时刻。
【素养训练】
1．(多选)下列各选项中线圈中产生正弦式交变电流的是(线圈均匀速转动)( )
解析：根据正弦式交变电流产生的条件可知，B、C、D正确。
答案：BCD
2．(多选)如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是 ( )
A．线圈每转动一周，指针左右摆动一次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．线圈逆时针转动到图示位置时，ab边的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为0
解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项A正确；图示位置为与中性面垂直的位置，线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故选项B错误、C正确；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为0，磁通量的变化率最大，故选项D错误。
答案：AC
3．(2022·浙江1月选考)如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是 ( )
A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
解析：甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，A正确；乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，B错误；根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，因不一定匀速转动，故C错误；乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，D错误。
答案：A
探究(二) 交变电流的变化规律
[问题驱动]
(1)如果从S∥B位置开始计时，交变电流的电动势表达式？
(2)电容器的耐压值能不能低于交变电流的峰值？
提示：(1)如果从S∥B位置开始计时，交变电流的电动势表达式为e＝NBSωcos ωt。
(2)电容器的耐压值不能低于交变电流的峰值，否则会损坏。
3．正弦式交变电流的图像：(从中性面开始计时)
(1)正弦式交变电流电动势e随时间变化的图像如图甲所示。
(2)正弦式交变电流电压u随时间变化的图像如图乙所示。
(3)正弦式交变电流电流i随时间变化的图像如图丙所示。
典例2 如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，边长ab＝20 cm，
ad＝25 cm，放在磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈
绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3 000 r/min的转速
匀速转动，线圈电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝9 Ω，t＝0时，线圈平
面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。
(1)判断t＝0时感应电流的方向。
(2)写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(3)从图示位置转过90°过程中流过电阻R的电荷量是多大？
【素养训练】
1．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法正确的是 ( )
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，磁通量的变化率达到最大
C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大
D．该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示
3．在如图所示的交流发电机线圈中，如果ab边长为l1，bc边长
为l2，线圈转动的角速度为ω，线圈匝数为n，磁感应强度为
B，从图示位置开始转动，线圈电阻不计。
(1)求交变电动势的峰值Em。
(2)求通过电阻R的电流的瞬时值表达式。
一、培养创新意识和创新思维
1．将灯泡和开关用导线连接到交流电源的两接线柱上，闭合开关，
灯泡发光后，把U形磁铁置于灯泡的上端(如图)，仔细观察灯丝
出现什么现象。为什么？
解析：可以观察到灯丝会抖动，原因是当灯丝通以交变电流时，因电流的方向是变化的，灯丝所受的安培力的大小和方向时刻变化，引起灯丝不停地抖动。
答案：见解析
二、注重学以致用和思维建模
2．风力发电机为一种新能源产品，功率为200 W到15 kW，广泛应用于分散住户。若风力发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是 ( )
A．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大
B．穿过线圈的磁通量等于0，线圈中的感应电动势最大
C．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于0
D．穿过线圈的磁通量等于0，线圈中的感应电动势等于0
解析：当线圈通过中性面时，线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，但线圈的磁通量变化率为0，感应电动势为0，选项C正确。
答案：C
3．如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是 ( )
A．t1时刻穿过线框的磁通量最大
B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
解析：t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，C、D错误。
答案：B (共41张PPT)
第三章 交变电流
一、主干知识成体系
2．运用图像描述正弦式交变电流的变化规律
交变电流的变化除用瞬时值表达式描述外，也可以用图像来进行表述，其主要结构是横轴为时间t或角度θ，纵轴为感应电动势e、交变电压u或交变电流i。
正弦式交变电流的e t、i t、u t图像都是正弦(或余弦)曲线，其图像有如下应用：
(1)根据图像可求交变电流的峰值及各时刻瞬时值；
(2)根据图像可求线圈在磁场中转动的周期和角速度；
(3)可判断出线圈在磁场中开始转动时的位置。
[针对训练]
答案：B
二、变压器问题分析
1．变压器电路的动态分析问题
在变压器中，若负载总电阻R、原线圈匝数n1、副线圈匝数n2、输入电压U1、输出功率P2等任意一个量发生变化都会引起其他相关物理量的变化，这就是变压器电路的动态变化现象。在进行动态分析时，首先要确定变化的物理量及其变化特点，比如滑动变阻器滑片的滑动、电路中开关的开闭转换、负载电阻的变化、变压器线圈匝数的改变等因素。
(1)匝数比不变的情况
[典例2] 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2∶n3＝3∶2∶1，副线圈Ⅱ接有“8 V 8 W”的灯泡L1、L2，副线圈Ⅲ接有“6 V 9 W”的灯泡L3、L4(小灯泡阻值恒定)。原线圈上接有R1＝3 Ω的电阻，当a、b两端接交流电源后，L1、L2正常发光，则交流电源的输出功率为 ( )
A．24 W B．34 W C．36 W D．72 W
[针对训练]
3．如图所示，理想变压器的原线圈接有电压为U＝311sin 100πt(V) 的交流电，副线圈接有电阻R1和光敏电阻R2(阻值随光照增强而减小)，开关K开始时处于闭合状态。下列说法正确的是 ( )
A．该交流电的频率为100 Hz
B．光照变强时，变压器的输入功率减小
C．滑动触头P向下滑动时，原线圈中电流变大
D．开关K由闭合到断开，变压器原线圈中电流变大
三、远距离输电线路的分析与计算
1．理清三个回路
如图所示。
(1)电压表读数；
(2)输电线上损失的功率；
(3)降压变压器原、副线圈的匝数之比。
6．(多选)远距离输电原理图如图所示，已知发电站输出电压和输出功率一定，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，当K由2改接为1时，下列说法正确的是 ( )
A．电压表示数增大
B．电流表示数减小
C．灯泡的实际功率减小
D．输电线上损失的功率减小
三、创新应用提素养
1．(多选)汽车的点火装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈与12 V的蓄电池相连，副线圈连接到火花塞的两端，当开关由闭合变为断开时，副线圈中产生10 kV以上的电压，火花塞中产生火花，从而点燃油气实现汽车点火。某同学设计了如图所示的甲、乙两个装置，下列说法正确的是 ( )
A．甲装置能实现点火，乙装置不能实现点火
B．甲点火装置能使火花塞的两端产生持续高压
C．变压器的原线圈用细导线绕制，而副线圈要用粗导线绕制
D．甲点火装置中变压器为升压变压器
解析：由题图中的甲装置可知，在开关接通与断开的瞬间，线圈1中的电流发生变化，变化的电流引起铁芯内磁通量的变化，进而引起线圈2内磁通量的变化，则在线圈2内产生瞬间的感应电动势，该电动势以高压的形式瞬间对外输出，即可使火花塞点火，但该点火装置不能使火花塞的两端产生持续高压。题图中的乙装置，线圈2中没有电流，所以右侧开关的接通与断开不能引起电流的变化，不能使火花塞点火，故A正确，B错误。由于火花塞需要的电压为10 kV，但是电源的电压为12 V，所以必须要经过升压变压器才可以得到高的电压，即变压器的副线圈匝数远大于原线圈匝数，而原线圈的电流大，为了避免产生较大的焦耳热，则原线圈用电阻小的粗导线，副线圈用电阻大的细导线，故C错误，D正确。
答案：AD
2．(2022·河北高考)张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1∶n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，t＝0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后。输出电压为U。忽略线圈电阻，下列说法正确的是 ( )
答案：C (共32张PPT)
习题课三 变压器的综合应用
综合提能(一) 负载变化引起的动态变化问题
【知识贯通】
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。
[典例1] (2021·湖北高考)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2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中 ( )
A．电流表A1示数减小
B．电流表A2示数增大
C．原线圈输入功率先增大后减小
D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大
负载变化引起的动态变化问题的解题思路
变与不变结合，根据答题模型从副线圈向原线圈推进。如果原、副线圈的匝数不变，则副线圈电压不变，根据负载电阻的变化，判断出副线圈电流或功率的变化情况，然后根据输出功率决定输入功率的特点，分析原线圈电流或功率的变化。
【集训提能】
1．如图所示，理想变压器原线圈接在u＝Umsin(ωt＋φ)的交流电源上，副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后 ( )
A．电流表A2的示数减小 B．电压表V1的示数减小
C．电压表V2的示数不变 D．电流表A1的示数不变
2．如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是 ( )
A．L1先变暗后变亮，L2一直变亮
B．L1先变亮后变暗，L2一直变亮
C．L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗
D．L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗
而灯泡L2所在支路电阻一直减小，则灯泡L2先变亮，之后副线圈两端的电压减小，通过副线圈的电流增大，而R0所在支路电阻一直增大，所以通过R0的电流减小，灯泡L2所在支路电流增大，可见灯泡L2一直变亮，A正确。
答案：A
3．(多选)如图甲所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。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．变压器输入、输出功率之比为4∶1
B．变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4
C．u随t变化的规律为u＝51sin(50πt)V
D．若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大
综合提能(二) 线圈匝数变化引起的动态问题
【知识贯通】
1．线圈匝数变化的三种情况
(1)原线圈匝数不变，副线圈匝数变化。
(2)副线圈匝数不变，原线圈匝数变化。
(3)原、副线圈的匝数同时变化，且变化后匝数比与之前不同。
2．一般解题思路
根据电压与匝数成正比的特点，判断输出电压如何变化，然后根据答题模型从副线圈向原线圈推进。
[典例2] (多选)如图甲所示为恒压电源给硫化镉光敏电阻R供电时，流过此电阻的电流和所受光照强度的关系图像。根据这一特性，某同学设计了一个灯泡的自动控制电路如图乙所示，T为一自耦变压器。下列说法正确的是 ( )
A．在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度降低
B．在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度增加
C．在其他条件不变的情况下，将自耦变压器的滑片P适当下滑，则灯泡的亮度增加
D．在其他条件不变的情况下，适当增大滑动变阻器R1的阻值，则灯泡的亮度降低
[解析] 分析题图甲可知，光照强度增强，流过光敏电阻R的电流增大，说明光敏电阻阻值减小。在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则光敏电阻阻值减小，灯泡两端电压降低，则灯泡的亮度降低，故A正确，B错误。在其他条件不变的情况下，将自耦变压器的滑片P适当下滑，则副线圈匝数降低，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故C错误。在其他条件不变的情况下，适当增大滑动变阻器R1的阻值，则通过灯泡的电流减小，灯泡亮度降低，故D正确。
[答案] AD
【集训提能】
1．如图所示为原、副线圈的匝数均可调节的理想变压器，原线圈两端接一正弦式交变电流，一小灯泡L和滑动变阻器串联于副线圈两端，滑动触头P置于中间，小灯泡正常发光。为了使小灯泡亮度变暗，可以采取的措施有 ( )
A．仅减少原线圈的匝数n1
B．仅增加副线圈的匝数n2
C．仅改变R接入电路的电阻，将滑动触头P向B端滑动
D．仅增大原线圈中交流电的电压
解析：仅减少原线圈的匝数使得副线圈中的电压增大，输出功率增大，小灯泡亮度变亮，A错误；仅增加副线圈的匝数，输出电压增加，故输出功率增大，小灯泡亮度变亮，B错误；仅改变R接入电路的电阻，将滑动触头P向B端滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的阻值增大，所以副线圈上的电流减小，通过灯泡的电流减小，所以灯泡亮度变暗，C正确；仅增大原线圈中交流电的电压，则副线圈中的电压增大，输出功率增大，小灯泡亮度变亮，故D错误。
答案：C
2.(2021·云浮高二检测)如图所示的理想变压器中，b是原线圈
的中点触头，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上正弦式
交变电压，现将单刀双掷开关与a连接，下列说法正确的
是 ( )
A．滑动变阻器滑片P向上移动时，电压表、电流表示数均变小
B．滑动变阻器滑片P向上移动时，原线圈中电流增大
C．单刀双掷开关由a掷向b，电压表、电流表示数均变大
D．单刀双掷开关由a掷向b，变压器输入功率将变小
解析：当滑动变阻器滑片P向上移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，副线圈所在电路的总电阻变大，由于副线圈两端的电压是由输入电压和线圈匝数比决定的，所以副线圈中的电流变小，电流表的示数变小，电压表的示数不变，A错误；电流与匝数成反比，副线圈中电流减小，原线圈中电流也减小，B错误；当单刀双掷开关由a掷向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变小，所以副线圈两端的电压升高，电压表和电流表的示数均变大，C正确；由C知电压表和电流表的示数均变大，则输出功率变大，变压器输入功率等于输出功率，则输入功率将变大，D错误。
答案：C
综合提能(三) 三类特殊变压器
【知识贯通】
1．自耦变压器
如图甲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。
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AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。
2．互感器
(1)电压互感器：如图甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。互感器将高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。
(2)电流互感器：如图乙所示，原线圈串联在待测大电流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流。
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，但电流不再与匝数成反比，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，不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。
[典例3] 如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为 ( )
A．2.2×103 W B．2.2×10－2 W
C．2.2×108 W D．2.2×104 W
【集训提能】
1．(多选)图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是( )
A．线圈匝数n1＜n2，n3＜n4
B．线圈匝数n1＞n2，n3＞n4
C．图甲中的电表是电压表
D．图乙中的电表是电流表
解析：题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1＞n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3＜n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确。
答案：CD
2. 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a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部
分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交
变电流时，c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 ( )
A．U2＞U1，U2降低 B．U2＞U1，U2升高
C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高
