3.3.3 理想变压器的动态分析(Word教师用书)-【新高考方案】2025年高考物理二轮复习专题增分方略(江苏、北京专版)

主题(三)　理想变压器的动态分析 题型1　副线圈负载变化动态分析 　　[例1]　(2024·张家港调研)如图是用变压器给用户供电的示意图。变压器的输入电压稳定,输出电压通过输电线输送给用户,两条输电线的总电阻用R0表示,滑动变阻器R代表用户用电器的总电阻。当用电器增加时,如果变压器上的能量损耗可以忽略,图中各表的读数如何变化 (　　) A.A1读数减小 B.A2读数增大 C.V2读数增大 D.V3读数增大 [解析]　变压器的输入电压稳定,线圈匝数不变,由变压器电压与匝数的关系=,可知电压表V2的读数不变,故C错误;当用电器增加时,用户的总电阻R减小,由I2=,可知电流表A2读数增大,故B正确;用户得到的电压U3=U2-I2R0,由于I2增大,所以电压表V3的读数减小,故D错误;变压器上的能量损耗忽略,则有U1I1=U2I2,由于U1、U2不变,I2增大,所以I1增大,电流表A1的读数增大,故A错误。 [答案]　B 题型2　自耦式理想变压器动态分析 　　[例2]　(2024·徐州高三调研)如图所示,理想自耦变压器线圈均匀绕在圆环型铁芯上,a、b为线圈的始端和末端,P1为线圈的滑动触头,调节P1可以改变b、c间线圈的匝数。a、b两端接电压稳定的交流电源,指示灯L与一小段线圈并联,b、c间接入滑动变阻器R,调节P2可以改变R接入电路的阻值。开关S处于闭合状态,电压表为理想交流电表,下列说法正确的是 (　　) A.仅向下滑动P2,a、b端输入功率变小 B.仅顺时针滑动P1,a、b端输入功率变小 C.仅顺时针滑动P1,电压表示数变大 D.若断开开关S,指示灯L将熄灭 [解析]　仅向下滑动P2,可知R所接入的电阻变小,根据P2=可得R的功率变大,指示灯L的功率不变,则可知总功率变大,故a、b端输入功率变大,故A错误;顺时针滑动P1,b、c间线圈匝数n2减小,由理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可知U2也减小,根据P2=可知R的功率减小,且指示灯两端电压不变,故指示灯的功率也不变,故可知总功率减小,即a、b端输入功率变小;而电压表测量原线圈两端电压,与副线圈匝数无关,故电压表示数不变,故B正确,C错误;断开开关S,R中无电流,对指示灯L无影响,故D错误。 [答案]　B 题型3　变压器原线圈有负载的动态分析 　　[例3]　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。 [答案]　D [思维建模] 　　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)=。 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 (选择题每小题5分,本检测卷满分30分) 1.(2024·镇江高三调研)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 (　　) 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 解析:选D　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。 2.(2024·南京高三质检)某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示,A、B为理想变压器,R可视为输电线的电阻,灯L1、L2规格相同。保持变压器A的输入电压不变,开关S断开时,灯L1正常发光,则 (　　) A.仅将滑片P上移,A的输入功率变大 B.仅将滑片P上移,L1亮度不变 C.仅闭合S,L1、L2均正常发光 D.仅闭合S,输电线路输送效率减小 解析:选D　仅将滑片P上移,则变压器A的副线圈匝数变小,所以输出电压变小,相应的变压器B的输入电压变小,输出电压也变小,所以L1两端电压变小,L1的功率变小,亮度减弱,则变压器B的输出功率变小,则变压器A的输入功率也变小,故A、B错误;仅闭合S,则变压器B的负载电阻变小,输出总电流变大,相应的输电线上的电流变大,输电线上损失的电压变大,变压器B的输入电压变小,输出电压也变小,即灯两端的电压变小,灯不能正常发光,设变压器A的输出电压为U2,变压器B的输入电压为U3,则输电线路输送效率为η===,其中ΔU=I线R,输电线电流增大,则输电线路输送效率减小,故C错误,D正确。 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 解析:选C　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。 4.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。下列说法中不正确的是 (　　) 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 解析:选B　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。 5.(2024·盐城三模)如图所示,理想变压器的原线圈与电阻R1串联后接入正弦式交流电。变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1,电路中定值电阻R1、R2、R3、R4的阻值相同,交流电压表为理想电压表。开关S闭合前后,电压表示数之比为 (　　) A.1∶1 B.28∶27 C.17∶8 D.2∶1 解析:选B　设输入电压为U,开关S闭合前原线圈电流为I、电压表示数为U1、副线圈电流为I1,开关S闭合后原线圈电流为I'、电压表示数为U2、副线圈电流为I2。开关S闭合前,由理想变压器电流与匝数的关系知=,解得I=,由理想变压器电压与匝数的关系有==,解得U1=U。开关S闭合后有=,解得I'=,由理想变压器电压与匝数的关系有==,解得U2=U,则=,B正确。 6.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=1∶1∶1　　　　 B.I2增大 C.2ΔI1=ΔI2-ΔI3 D.增大 解析:选C　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错误;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。 学科网（北京）股份有限公司 $$