第3章 习题课3 变压器的综合应用（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版）

本讲义聚焦变压器的综合应用核心知识点，系统梳理负载变化、线圈匝数变化引起的动态电路问题，以及互感器、自耦变压器、多副线圈变压器三类特殊变压器的原理与应用，通过构建答题模型、区分变量与不变量等学习支架，衔接变压器基本规律与实际电路分析。 该资料以科学思维培养为特色，通过典例解析（如滑动变阻器滑片移动对电流、功率的影响）和分层针对训练，强化模型建构与科学推理能力。课中辅助教师清晰呈现动态分析逻辑，课后学生可借助例题与练习巩固知识，有效查漏补缺，提升解决复杂变压器问题的能力。

习题课3　变压器的综合应用 综合提能(一)　　负载变化引起的动态变化问题　　 [融通知能] 1.含有变压器动态电路问题的答题模型 (1)构建模型 (2)模型突破 解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的,然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。 ①理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”,即用户消耗多少,原线圈就提供多少,因而输出功率决定输入功率。 ②可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源,对负载电路进行动态分析时,可以参照直流电路动态分析的方法。 2.负载变化的两种情况 (1)负载的数目发生变化,如某些用电器的开关断开或闭合。 (2)滑动变阻器的滑片移动,电路中的电阻发生变化。 　　[典例]　如图所示,理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电,副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在滑动变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中 (　 ) A.电流表A1示数减小 B.电流表A2示数增大 C.原线圈输入功率先增大后减小 D.定值电阻R消耗的功率先减小后增大 [解析]　由于原线圈所接电压恒定,原、副线圈匝数比恒定,故副线圈的输出电压恒定,滑动变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中,副线圈所接的电阻值逐渐增大,则由欧姆定律得I2=,可知副线圈的电流逐渐减小,由=可知,原线圈的电流I1也逐渐减小,A正确,B错误;原线圈的输入功率为P入=U1I1,由于I1逐渐减小,则原线圈的输入功率逐渐减小,C错误;由于副线圈的电流逐渐减小,则定值电阻与滑动变阻器右半部分并联的总电流减小,又因为与定值电阻并联的滑动变阻器右半部分的电阻值逐渐减小,则由并联分流规律可知,流过定值电阻的电流逐渐减小,则由公式PR=I2R可知,定值电阻R消耗的电功率逐渐减小,D错误。 [答案]　A /方法技巧/ 负载变化引起的动态变化问题的解题思路 变与不变结合,根据答题模型从副线圈向原线圈推进。如果原、副线圈的匝数不变,则副线圈电压不变,根据负载电阻的变化,判断出副线圈电流或功率的变化情况,然后根据输出功率决定输入功率的特点,分析原线圈电流或功率的变化。 [针对训练] 1.如图所示,理想变压器原线圈接在u=Umsin(ωt+φ)的交流电源上,副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后 (　 ) A.电流表A2的示数减小　 B.电压表V1的示数减小 C.电压表V2的示数不变 D.电流表A1的示数不变 解析:选A　由于理想变压器原线圈两端接入电压的有效值不变,原、副线圈的匝数比不变,根据=可知,副线圈两端接入电压的有效值保持不变,即电压表V1的示数不变,B错误;开关S闭合后,变压器副线圈所在电路中的负载电阻减小,流过副线圈所在电路干路中的电阻R的电流增大,其两端电压增大,而副线圈两端电压不变,则与电流表A2串联的电阻两端电压减小,即V2示数减小,由欧姆定律可知A2的示数减小,A正确,C错误;由理想变压器原、副线圈电流与匝数成反比可知,线圈匝数比不变,副线圈的电流增大,则通过原线圈的电流也增大,故A1示数变大,D错误。 2.如图,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是 (　 ) A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮 B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮 C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗 D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗 解析:选A　在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,副线圈电路中的总电阻先增大后减小,将副线圈电路中的电阻等效到原线圈电路中,等效电路图如图所示,根据理想变压器的原理可得R'=R副,故R'先增大后减小,则通过灯泡L1(原线圈)的电流先减小后增大,故灯泡L1先变暗后变亮,灯泡L1两端的电压先减小后增大,则原线圈两端的电压先增大后减小,由于理想变压器原、副线圈的匝数比固定,根据原、副线圈匝数比与电流的关系知,通过副线圈的电流先减小后增大,根据原、副线圈匝数比与电压的关系知副线圈两端的电压先增大后减小,而灯泡L2所在支路电阻一直减小,则灯泡L2先变亮,之后副线圈两端的电压减小,通过副线圈的电流增大,而R0所在支路电阻一直增大,所以通过R0的电流减小,灯泡L2所在支路电流增大,可见灯泡L2一直变亮,A正确。 综合提能(二)　　线圈匝数变化引起的动态变化问题　 [融通知能] 1.线圈匝数变化的三种情况 (1)原线圈匝数不变,副线圈匝数变化。 (2)副线圈匝数不变,原线圈匝数变化。 (3)原、副线圈的匝数同时变化,且变化后匝数比与之前不同。 2.一般解题思路 根据电压与匝数成正比的特点,判断输出电压如何变化,然后根据答题模型从副线圈向原线圈推进。 [典例]　(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。 [答案]　AC [针对训练] 1.如图所示为原、副线圈的匝数均可调节的理想变压器,原线圈两端接一正弦式交变电流,一小灯泡L和滑动变阻器串联于副线圈两端,滑动触头P置于中间,小灯泡正常发光。为了使小灯泡亮度变暗,可以采取的措施有 (　 ) A.仅减少原线圈的匝数n1 B.仅增加副线圈的匝数n2 C.仅改变R接入电路的电阻,将滑动触头P向B端滑动 D.仅增大原线圈中交流电的电压 解析:选C　仅减少原线圈的匝数,仅增加副线圈的匝数,或仅增大原线圈中交流电的电压,根据=,U2=U1,都会使输出电压增加,故输出功率增大,小灯泡亮度变亮,A、B、D错误;仅改变R接入电路的电阻,将滑动触头P向B端滑动,滑动变阻器接入电路的阻值增大,所以副线圈上的电流减小,通过灯泡的电流减小,所以灯泡亮度变暗,C正确。 2.如图所示的理想变压器中,b是原线圈的中点触头,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上正弦式交变电压,现将单刀双掷开关与a连接,下列说法正确的是 (　 ) A.滑动变阻器滑片P向上移动时,电压表、电流表示数均变小 B.滑动变阻器滑片P向上移动时,原线圈中电流增大 C.单刀双掷开关由a掷向b,电压表、电流表示数均变大 D.单刀双掷开关由a掷向b,变压器输入功率将变小 解析:选C　当滑动变阻器滑片P向上移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,副线圈所在电路的总电阻变大,由于副线圈两端的电压是由输入电压和线圈匝数比决定的,所以副线圈中的电流变小,电流表的示数变小,电压表的示数不变,A错误;电流与匝数成反比,副线圈中电流减小,原线圈中电流也减小,B错误;当单刀双掷开关由a掷向b时,理想变压器原、副线圈的匝数比变小,所以副线圈两端的电压升高,电压表和电流表的示数均变大,C正确;由C知电压表和电流表的示数均变大,则输出功率变大,变压器输入功率等于输出功率,则输入功率将变大,D错误。 综合提能(三)　　三类特殊变压器　　　　　 [融通知能] 1.互感器 (1)电压互感器:如图甲所示,原线圈并联在高压电路中,副线圈接电压表。互感器将高电压变为低电压,通过电压表测低电压,结合匝数比可计算出高压电路的电压。 (2)电流互感器:如图乙所示,原线圈串联在待测大电流电路中,副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流,通过电流表测出小电流,结合匝数比可计算出大电流电路的电流。 2.自耦变压器 如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原线圈,整个线圈作副线圈,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,AB之间加上输入电压U1,移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。 3.有多个副线圈的变压器 当有多个副线圈时,电压比等于匝数比仍然成立,但电流不再与匝数成反比,而要根据原、副线圈功率相等去推导;若原线圈中有用电器时,不要把电源电压与原线圈两端电压搞混,而要把原线圈所在电路看成一回路处理,原线圈相当于一非纯电阻用电器,其两端电压与副线圈两端电压的比值等于匝数比。 [典例]　(2025·云南高考)(多选)电动汽车充电桩的供电变压器(视为理想变压器)示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1,输入电压U1=1.1 kV;两副线圈的匝数分别为n2和n3,输出电压U2=U3=220 V。当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时,两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW,下列说法正确的是 (　 ) A.n1∶n2=5∶1 B.n1∶n3=1∶5 C.变压器的输入功率为10.5 kW D.两副线圈输出电压最大值均为220 V [解析]　根据理想变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系可得n1∶n2=U1∶U2=5∶1,n1∶n3=U1∶U3=5∶1,故A正确,B错误;根据能量守恒定律可知变压器的输入功率等于总的输出功率,故P输入=P输出=7.0 kW+3.5 kW=10.5 kW,故C正确;输出电压为交流电的有效值,根据正弦交流电的最大值与有效值的关系可知,两副线圈输出电压最大值均为Um=220 V,故D错误。 [答案]　AC [针对训练] 1.如图所示,L1和L2是高压输电线,甲、乙是两只互感器,若已知n1∶n2=1 000∶1,n3∶n4=1∶100,图中电压表示数为220 V,电流表示数为10 A,则高压输电线的送电功率为 (　 ) A.2.2×103 W B.2.2×10-2 W C.2.2×108 W D.2.2×104 W 解析:选C　根据题图甲可得,高压输电线的送电电压U=U甲=220 kV;根据题图乙可得,送电电流I=I乙=1 000 A;所以高压输电线的送电功率P=UI=220 kV×1 000 A=2.2×108 W,C正确。 2.一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点顺时针旋转到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　a、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数,在滑动触头由M点移动到N点的过程中,副线圈的匝数进一步减小,由变压器工作原理=知,U2<U1,且U2降低,C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $