04关于交流电和变压器-2021年高考物理难题全解全析

关于交流电和变压器（解析版） —近来辅导学生中的难题 江苏省特级教师 学科网金牌特约名师 戴儒京 例题1 采用稳压交流电源给如图所示电路供电， R1、R2 、R3是三个完全相同的定值电阳，理想变压器的匝数比为2: 1,开关断开时电路消耗的总功率为P，则开关闭会时电路消耗的总功率为( ) A.P B.P C.P D.P 【解析1】原解法 设R1=R2=R3=R, 电源的输出电压为U， 分析原线圈电路，电阻R1和原线圈串联，开关断开时，副线圈电阻为R，利用等效法把副线圈的电阻等效为原线圈的电阻，R原=.则原线圈电路总电阻为：R总=R+ 电路测耗的总功率为 开关闭合后，同理，利用等效法，电路的总电阻为R总’=R+ 电路消耗的总功率为: C正确,故选: C. 【解析2】老师的补充 因为变压器等效电阻公式R原=学生没有学过，老师给推导如下： 根据，，所以 【解析3】老师的解法 设R1=R2=R3=R, 电源的输出电压即变压器的输入电压为U， 分析原线圈电路，电阻R1和原线圈串联，电压为U1电流为I1；分析副线圈电路，开关断开时，副线圈电阻为R，电压为U2电流为I2，原线圈与负线圈的关系：， 电路消耗的总功率为 又 得 代入上式得. 开关闭合后，副线圈电阻为，功率为 电路消耗的总功率为 又 得 代入上式得.所以C正确,故选C. 例题2. 2020浙江第11题 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机的电压，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，在用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（　　） A. 发电机输出的电流 B. 输电线上的电流 C. 降压变压器的匝数比 D. 用户得到的电流 【答案】C 【解析】A．根据电功率公式 发电机输出电流，A错误； B．输电线上损失功率，由，可得，故B错误； C．根据理想变压器电流与线圈匝数成反比关系，可得，或 ==C正确； D．用户得到的功率为，用户得到的电流，D错误。 故选C。 例3.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（　　） A. 1 Ω B. 5 Ω C. 6 Ω D. 8 Ω 【答案】A 【解析】输电电压的有效值为（即原线圈电压的有效值） 根据理想变压器电压规律可知副线圈电压有效值为 灯泡正常工作，根据欧姆定律可知分压为，则通过灯泡的电流，即副线圈部分的干路电流为 根据串联分压规律可知，和、构成的并联电路部分的分压为 通过的电流为 通过、的电流为 、的分压为 解得滑动变阻器的阻值为。A正确，BCD错误。选A。 例5.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（　　） A. 1 Ω B. 5 Ω C. 6 Ω D. 8 Ω 【答案】A 【解析】输电电压的有效值为（即原线圈电压的有效值） 根据理想变压器电压规律可知副线圈电压有效值为 灯泡正常工作，根据欧姆定律可知分压为，则通过灯泡的电流，即副线圈部分的干路电流为 根据串联分压规律可知，和、构成的并联电路部分的分压为 通过的电流为 通过、的电流为 、的分压为 解得滑动变阻器的阻值为。 A正确，BCD错误。故选A。 例6.如图（a）所示，理想变压器原副线圈匝数比n1：n2=55：4，原线圈接有交流电流表A1，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交流电压的变化规律如图（b）所示，则下列说法正确的是（　　） A．由图（b）可知交流发电机转子的角速度为100rad/s B．灯泡L两端电压的有效值为32V C．当滑动变阻器的触头P向下滑动时，电流表A2示数增大，A1示数减小 D．交流电压表V的读数为32V 【答案】D 【解析】 A．根据图像可知周期T=0.02s，则角速度 故A错误； B．原线圈电压的有效值为 根据理想变压器的电压规律求解副线圈的电压，即交流电压表的示数为 因为小灯泡和二极管相连，二极管具有单向导电性，根据有效值的定义 解得灯泡两端电压 故B错误，D正确； C．当滑动变阻器的触头P向下滑动时，副线圈接入的总电阻减小，副线圈两端电压不变，所以电流表