第三章 思维培优课五 理想变压器的综合问题-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

思维培优课五　理想变压器的综合问题 学习任务一　理想变压器的制约关系和动态分析 [思维深化] 1．电压、电流、功率的制约关系 (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝。 (2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0。 (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝(只有一个副线圈时)。 2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。 (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 　如图所示，一理想变压器原线圈串联电流表后与正弦交流电源相连，副线圈与定值电阻R1、R2及光敏电阻RG相连。已知当光照强度增加时，RG的阻值减小，电表均为理想电表。现保持电源输出电压U不变，增加光照强度，则下列说法正确的是(　　) A．电流表示数不变 B．电压表示数增大 C．定值电阻R1消耗的功率增大 D．定值电阻R2消耗的功率增大 [解题指导] 读取题干 获取信息 保持电源输出电压U不变 副线圈电压保持不变 增加光照强度 匝数比不变，负载阻值减小 解析：C　原线圈两端电压不变，变压器原、副线圈匝数不变，由变压器的工作原理可知，副线圈两端电压不变，电压表示数不变，故B错误；增加光照强度，RG的阻值减小，副线圈总电阻减小，副线圈两端电压不变，由欧姆定律可知，副线圈中电流增大，由变压器的工作原理可知，原线圈中电流增大，电流表示数增大，故A错误；副线圈两端电压不变，R2阻值不变，流过R2的电流不变，由P＝可知，R2消耗的功率不变，RG的阻值减小，则流过R1的电流增大，由P＝I2R可知，定值电阻R1消耗的功率增大，故C正确，D错误。 理想变压器的动态变化问题的处理方法 (1)明确各物理量的制约关系。 (2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻的变化。 (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。 [针对训练] 1．(多选)如图所示为一理想变压器，原线圈接有电压为U1的稳压交流电，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑片，则(　　) A．开关K合在a处，滑片P上滑时，原线圈中的电流将减小 B．开关K合在b处，滑片P下滑时，变压器输入功率将减小 C．保持滑片P的位置不变，开关K由b合到a时，R消耗的功率将减小 D．保持滑片P的位置不变，开关K由a合到b时，原线圈中的电流将减小 解析：AC　开关K合在a处，滑片P上滑时，副线圈回路中的电阻增大，电流减小，由原线圈与副线圈电流的关系，可知原线圈中的电流也将减小，A正确；开关K合在b处，滑片P下滑时，副线圈回路中的电阻减小，电流变大，而电压不变，所以输出功率将变大，由于输入功率等于输出功率，所以变压器输入功率将增大，B错误；保持滑片P的位置不变，开关K由b合到a时，由＝，可知副线圈两端的电压将减小，所以R消耗的功率将减小，C正确；保持滑片P的位置不变，开关K由a合到b时，由＝可知，U2增大，故I2增大，又＝，可知原线圈中的电流将增大，D错误。 学习任务二　变压器原线圈有负载的电路分析 [思维深化] 分析理想变压器原线圈接有负载的问题时，要明确原线圈所在的电路结构，从而确定各物理量之间的关系。 (1)负载与原线圈串联，如图甲所示，负载会分担一部分电压，原线圈两端的电压U1＝U－UR，流过负载的电流等于原线圈中的电流，有＝，＝。 (2)负载与原线圈并联，如图乙所示。负载会分流，原线圈两端的电压U1＝U，流过原线圈的电流I1＝I－IR，有＝，＝。 甲　　　　　　　　　乙 　一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，A为理想交流电流表，U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比值为(　　) A．2　　　　　　　 B．3 C．4 D．5 解析：B　法1(基本原理法) 理想变压器原、副线圈匝数的比值用k表示，根据题意，当开关S断开时，电流表示数为I，有U＝IR1＋U1。由＝＝k及功率关系U1I＝U2I2，可得＝＝k，即副线圈输出电流为I2＝kI，U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3)。当开关S闭合时，电流表示数为4I，则有U＝4IR1＋U1′。由变压比＝k及功率关系U1′·4I＝U2′I2′，可得＝k，即副线圈输