22 专题突破九 变压器电路的综合问题-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

专题提升九 变压器电路的综合问题 本专题主要研究三方面内容，一是几种常见的变压器，二是理想变压器工作时的制约关系，三是理想变压器的动态分析。本专题常常与闭合电路欧姆定律、串并联电路知识、电功、电功率、焦耳定律等进行结合。 突破点一　几种常见的变压器 1．自耦变压器 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。如果把整个线圈作为原线圈，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为原线圈，整个线圈作为副线圈，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，A、B之间输入交流电压U1，移动滑动触头P的位置就可以连续或较大范围内调节输出电压U2。 2．互感器 分类 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈 的连接 并联在高压电路中，接在火线和零线间 串联在待测电路中，接在火线上 副线圈 的连接 连接电压表 连接电流表 互感器 的作用 测高电压，将高电压变为低电压(降压变压器) 测大电流，将大电流变成小电流(升压变压器) 利用的 关系式 (n1>n2) I1n1＝I2n2(n1<n2) 【典例1】 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 解析：选C。由变压器电压与匝数关系有，n1>n2，则U2<U1，滑动触头从M点顺时针旋转至N点的过程中，n2减小，n1不变，U1不变，则U2降低，C项正确。 【针对训练1】 电压互感器能将高电压变成低电压，电流互感器能将大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为200 V，交流电流表的示数为2 A，则(　　 ) A．a是交流电压表，b是交流电流表 B．T2的原、副线圈匝数比为1 000∶1 C．高压线路输送的电流为200 A D．高压线路输送的电功率为2.2×104 kW 解析：选C。T1的原线圈串联在电路中，因此a是交流电流表，T2的原线圈并联在电路中，因此b是交流电压表，故A错误；变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比，所以T2原、副线圈匝数之比为220 000∶200＝1 100∶1，故B错误；变压器原、副线圈电流与匝数成反比，则高压线路输送的电流为200 A，故C正确；由C选项可知高压线路输送的电功率为P＝UI＝220 kV×200 A＝4.4×104 kW，故D错误。 突破点二　理想变压器工作时的制约关系 1．电压制约：输入电压U1决定输出电压U2。当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝。 2．电流制约：输出电流I2决定输入电流I1。当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝。而变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，即I2＝。 3．功率制约：输出功率P2决定输入功率P1。变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，即P2＝P负1＋P负2＋…。P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为零，P1为零。 【典例2】 如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关S断开，当S闭合时，以下说法正确的是(　　 ) A．副线圈两端M、N的输出电压减小 B．副线圈输电线等效电阻R两端的电压减小 C．通过灯泡L1的电流增大 D．原线圈中的电流增大 解析：选D。输入电压和原、副线圈的匝数比不变，由，可知副线圈两端M、N的输出电压不变，A错误；当S闭合时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I2变大，电阻R两端的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，B、C错误；由可知，电流I2变大，则I1变大，即原线圈中的电流增大，D正确。 突破点三　理想变压器的动态分析 1．匝数比不变、负载变化的情况 (1)输入电压U1不变，根据可知，U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变。 (2)当负载电阻发生变化时，输出电流I2变化，而I2决定输入电流I1，所以I1发生变化。 (3)输出电流I2变化引起输出功率P2变化，因输入功率P1＝P2，所以P1发生变化。 2．负载电阻不变、匝数比变化的情况 (1)U1不变，变化，所以U2变化。 (2)R不变，U2变化，所以I2发生变化。 (3)根据P2＝，P2发生变化，所以P1变化，而P1＝U1I1，U1 不变，所以I1发生变化。 【典例3】 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　 ) A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大 解析：选B。当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误。 【针对训练2】 如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin (314t) V，则(　　 ) A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 V B．副线圈两端的电压频率约为50 Hz C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小 D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小 解析：选B。由，得U2＝，因U1＝ V，所以U2＝ V≈2.2 V，A错误；由瞬时值表达式可得ω＝314 rad/s，则频率f＝ Hz≈50 Hz，B正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$