3.3.3 理想变压器的动态分析(课件PPT)-【新高考方案】2025年高考物理二轮复习专题增分方略

主题(三)　理想变压器的动态分析 题型1　原、副线圈匝数比和负载变化动态分析 [例1]　(2024·全国甲卷)(多选)如图,理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头T调节,副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R0和R1、开关S。S处于闭合状态,在原线圈电压U0不变的情况下,为提高R1的热功率,可以(　　) 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 √ √ [解析]　保持T不动,根据理想变压器的性质可知,副线圈两端电压不变,当滑动变阻器R的滑片向f端滑动时,R与R1串联后的总电阻减小,通过R1的电流增大,根据P=I2R1可知,此时R1的热功率增大,故A正确;将T向b端移动,副线圈匝数变小,故副线圈两端电压变小,滑动变阻器R的滑片位置不变时,通过R1的电流减小,故R1的热功率减小,故B错误;将T向a端移动,副线圈匝数增加,故副线圈两端电压变大,滑动变阻器R的滑片向f端滑动,R与R1串联后的总电阻减小,通过R1的电流增大,此时R1的热功率增大,故C正确; 将T向b端移动,副线圈匝数减少,故副线圈两端电压变小,滑动变阻器R的滑片向e端滑动,R与R1串联后的总电阻增大,通过R1的电流减小,此时R1的热功率减小,故D错误。 题型2　自耦式理想变压器动态分析 [例2]　(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)(多选)如图甲所示为一可调自耦式理想变压器。A、B间线圈加上如图乙所示的正弦式交变电压,P为可调触头,B、P间接有一理想交流电流表和滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω),Q为滑动变阻器的滑动触头。现将P、Q分别调至线圈和滑动变阻器R的正中央,则(　　) 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 √ √ [解析]　电表示数均为有效值,开始P、Q均在中央位置,则B、P间电压为110 V,滑动变阻器接入电路阻值为50 Ω,则电流表示数为2.2 A,变压器不改变交流电频率,故频率保持50 Hz不变,故A正确,B错误;若保持Q位置不动,将P顺时针转动少许,则相当于副线圈匝数减少,故B、P间电压减小,电阻不变,则电流减小,输出功率减小,故C错误;若保持P位置不动,将Q向上移动少许,则B、P间电压不变,接入电路电阻变小,则电流表示数变大,输出功率也变大,故D正确。 题型3　变压器原线圈有负载的动态分析 [例3]　(2024·山东泰安模拟)如图所示,理想变压器的原线圈接在内阻不计的正弦交流电源上,R0为定值电阻,电流表和电压表均为理想交流电表。现将滑动变阻器R的滑片向上滑动少许。不计温度变化对两灯泡电阻的影响,下列说法正确的是(　　) A.灯泡L1变暗 B.电压表的示数增大 C.灯泡L2变亮 D.定值电阻R0的电功率增大 √ [解析]　将变压器及副线圈负载等效为电 阻R等效,如图所示,理想变压器的输入功率等于 输出功率,有R等效=R总=R总,将滑动变阻器 R的滑片向上滑动少许,滑动变阻器接入电路的电阻减小,副线圈电路总电阻R总减小,则R等效减小,由I1=,可知I1增大,灯泡L1变亮,由U1=U-I1RL1,可知电压表的示数减小,故A、B错误; 由U1减小,根据=,可知U2减小,那么灯泡L2变暗,由欧姆定律可知通过灯泡L2的电流减小,而副线圈电路总电流I2增大,所以通过定值电阻R0的电流增大,由P=R0,可知定值电阻R0的电功率增大,故C错误,D正确。 解决理想变压器动态分析问题的“关系” 1.三个基本关系: (1)P入=P出;(2)=;(3)=。 思维建模 2.三个决定关系: (1)副线圈输出的功率决定原线圈输入的功率; (2)副线圈电流的变化决定原线圈电流的变化; (3)在匝数比一定的情况下,原线圈两端的电压决定副线圈两端的电压。 主题作业评价 1 2 3 4 5 6 1.(2024·四川内江期末)如图,用理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,变压器降压后用总电阻为R的输电线对用电器供电,设两盏灯泡L1、L2的电阻相同,且都在发光。若将滑动变阻器的触头P向M端滑动,会出现的现象是 (　　) 6 A.A的示数变大,灯泡L1、L2均变暗 B.A的示数变小,灯泡L1、L2均变暗 C.A的示数变大,灯泡L1变亮、L2变暗 D.A的示数变小,灯泡L1变暗、L2变亮 1 2 3 4 5 √ 6 解析:依题意,变压器输入电压不变,则输出电压也不变,将滑动变阻器的触头P向M端滑动,则灯泡L1所在支路电阻增大,导致两灯泡并联电路电阻增大,根据I2=,可知变压器副线圈电流减小,由=,可知变压器原线圈的电流减小,即电流表的示数减小。在副线圈电路中,由分压原理可知,并联部分电路的电压增大,即灯泡L2变亮,根据分流原理可知,灯泡L1所在支路电流减小,灯泡L1变暗。故选D。 1 2 3 4 5 1 5 6 2.(多选)将图(a)所示的交流发电机作为图(b)中理想变压器原线圈的电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡L变暗,则可以实现的操作有 (　　) A.向上滑动P B.减少发电机中线圈的匝数 C.增大发电机线圈的转动周期 D.减小电容器的两板间距 2 3 4 √ √ 1 5 6 解析:向上滑动P,副线圈匝数增加,根据=,可知副线圈输出电压变大,灯泡L变亮,故A错误;减少发电机中线圈的匝数,根据Em=NBSω,可知发电机产生的电动势减小,原线圈输入电压减小,副线圈输出电压减小,灯泡L变暗,故B正确;增大发电机线圈的转动周期,即减小发电机线圈的转动角速度,根据Em=NBSω,可知发电机产生的电动势减小,原线圈输入电压减小,副线圈输出电压减小,灯泡L变暗,故C正确;减小电容器的两板间距,根据C=,可知电容增大,电容器充放电电流增大,通过灯泡L的电流增大,灯泡L变亮,故D错误。 2 3 4 1 5 6 3.(2024·江苏盐城模拟)如图所示为差动变压器式位移传感器的简化模型。两组匝数相等的副线圈上下对称分布,在ab端输入稳定的正弦式交流电,设输入电压为U1,输出电压为U2。初始时,铁芯两端与副线圈平齐,铁芯上下移动过程中始终有一端留在副线圈内,则(　　) A.铁芯静止时,U1增大,U2也增大 B.铁芯静止时,U1增大,U2将减小 C.若U1不变,铁芯向上移动时,U2增大 D.若U1不变,铁芯向上移动时,U2减小 2 3 4 √ 1 5 6 解析:根据差动变压器式位移传感器的工作原理可知,当铁芯在中间位置时,输出电压为零,一旦铁芯向上或者向下移动,将在副线圈间感应出差分电压,故铁芯向上或向下移动,U2都会增大;铁芯静止不动,即使U1增大,U2依然不变。故选C。 2 3 4 1 5 6 4.(多选)如图所示,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,Rt为NTC型热敏电阻(阻值随温度升高而变小),R1为定值电阻。若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦交流电。下列说法中正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 A.电压表的示数为36 V B.电压表的示数大于36 V C.Rt温度升高时,电压表的示数不变,电流表的示数变大 D.变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4 2 3 4 √ √ √ 1 5 6 解析:由题图乙可得变压器原线圈输入电压有效值为U1==36 V,电压表示数为有效值,故电压表的示数为36 V,故A正确,B错误;原线圈输入的正弦交流电不变,则原线圈两端的电压不变,电压表的示数不变,根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系=,可知副线圈两端的电压不变,温度升高时,Rt减小,副线圈总电阻减小,副线圈总电流增大,故电流表的示数变大,故C正确;根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系==,故D正确。 2 3 4 1 5 6 5.(2024·重庆沙坪坝三模)(多选)如图所示,一理想自耦变压器线圈AB绕在一个圆环形闭合铁芯上,左端输入正弦交流电压u=120sin 100πt,R0、R1和R2为定值电阻,阻值均为20 Ω,当滑片P处于位置M时,AB端与PB端匝数比为2∶1,S1、S2闭合时,R1和R2功率相等。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 1 5 6 A.流过R1的电流方向每秒改变50次 B.滑片P处于位置M时,流过R2的电流为2 A C.S1、S2均闭合后,将P沿顺时针方向转动,R1消耗的功率一定变大 D.断开S1,闭合S2,将P沿逆时针方向转动,R0消耗的电功率一定变大 2 3 4 √ √ 1 5 6 解析:由交流电压的函数方程可知= 100π rad/s,解得T=0.02 s,频率为f==50 Hz,一个 周期流过R1的电流方向改变2次,则每秒改变100次, 故A错误;滑片P处于位置M时,将变压器与负载等效为一个新电阻,如图所示,则有R等效===·=·=40 Ω,流过R1的电流为I1==2 A, 2 3 4 1 5 6 根据电流与匝数的关系,流过R2的电流为I2=·=2 A,故B正确;S1、S2均闭合后,将P沿顺时针方向转动,变大,结合上述可知,R等效变大,流过R1的电流变小,R1消耗的功率变小,故C错误;断开S1,闭合S2,将P沿逆时针方向转动,变小,最小为1,R等效一直变小至等于R1,设输入电压有效值为U,R等效消耗的电功率P=R等效=,根据数学知识可知,随着R等效一直变小至等于R1,R等效消耗的电功率一直变大,R等效消耗的电功率即为R0消耗的电功率,故D正确。 2 3 4 1 5 6 6.(多选)如图所示电路中,变压器为理想变压 器,已知三个灯泡完全相同,其阻值可视为定值, a、b接入有效值为U的交流电压。初始时滑动 变阻器滑片置于最左端时,三个灯泡亮度相同, 现让滑片向右滑动,I1、I2、I3、U1、U2、U3的变 化量大小分别为ΔI1、ΔI2、ΔI3、ΔU1、ΔU2、ΔU3,下列说法正确的是(　　) A.n1∶n2∶n3=2∶1∶1 B.I2增大 C.2ΔI1=ΔI2-ΔI3 D.增大 2 3 4 √ √ 1 5 6 解析:滑动变阻器滑片置于最左端时,三个灯泡亮度相同,则此时U2=U3,I1=I2=I3,由功率关系U1I1=U2I2+U3I3,联立知U1=2U2=2U3,则n1∶n2∶n3=2∶1∶1,故A正确;将除L2、RP外的所有电路看作等效电源,当RP增大时,电流I2减小,故B错误;由n1∶n2∶n3=2∶1∶1,可知2I1=I2+I3、2I1'=I2'+I3',又因为电流I2减小,可知U2增大,导致U1、U3增大,从而有UL1减小、I3增大、I1减小,可知ΔI1=I1-I1'、ΔI2=I2-I2'、ΔI3=I3'-I3,解得2ΔI1=ΔI2-ΔI3,故C正确;根据闭合电路欧姆定律有==RL,则比值不变,故D错误。 2 3 4 本课结束 $$