第3章 综合·融通 变压器的综合问题（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版 江苏专用）

本讲义聚焦高中物理变压器综合问题，系统梳理负载变化、线圈匝数变化引起的动态分析及原线圈接负载的电路分析，通过模型建构、控制变量法等学习支架，串联物理量制约关系及多角度解题方法。 该资料以“知能融会通+典例+题点全练清”主题式设计，通过负载变化动态分析等典例，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。课中助力教师系统授课，课后通过分层练习帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

综合·融通　变压器的综合问题(融会课——主题串知综合应用) 　　通过本节课的学习进一步理解变压器原、副线圈中各物理量的制约关系;会利用控制变量法分析变压器的动 态变化问题;深刻理解变压器的电压关系,能从多个角度解决原线圈接有用电器的问题。 　　　　　　　　　　　　　　　　 主题(一)　负载变化引起的动态变化问题 [知能融会通] 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 [思维建模] 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。 [题点全练清] 1.(2025·镇江高二检测)如图甲所示,一理想变压器原线圈接入如图乙所示的正弦式交变电流,副线圈与一热敏电阻R相连,其阻值随温度的升高而减小,原、副线圈匝数比为10∶1,电路中的交流电流表和交流电压表都是理想电表,下列说法正确的是 (　　) A.电压表的示数为22 V B.R处温度升高时电流表示数增大 C.R处温度升高时电压表示数增大 D.若电流表的示数为0.50 A,则此时热敏电阻的阻值为44 Ω 解析:选B　原线圈输入电压的有效值U1= V=220 V,根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有=,解得U2=22 V,即电压表的示数为22 V,故A错误;结合上述可知,原线圈电压一定,副线圈电压也一定,即电压表示数不变,R处温度升高,热敏电阻的阻值减小,通过热敏电阻的电流增大,即电流表示数增大,故B正确,C错误;若电流表的示数为0.50 A,则此时热敏电阻的阻值为R== Ω=44 Ω,故D错误。 2.如图所示,理想变压器原线圈电源电压U1=3 300 V,副线圈两端电压U2=220 V,输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2,单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为U3=5 V,当开关S断开时,电流表A2的示数是3 A。电表均为理想电表。下列说法正确的是 (　　) A.原线圈匝数为66匝 B.当开关S闭合时,电压表V的示数变大 C.当开关S闭合时,电流表A1的示数变小 D.当开关S闭合时,电流表A1的示数是0.4 A 解析:选D　原线圈匝数为n1=n3=660匝,A错误;当开关S闭合时,根据=,电压表V的示数不变,B错误;当开关S闭合时,根据=,U2不变;根据I2=,当开关S闭合时,R减小,I2增大, 根据=,I1增大,电流表A1的示数变大,C错误;当开关S断开时,电流表A2的示数是3 A,当开关S闭合时,电流表A2的示数是I2'=6 A,根据I1'U1=I2'U2,解得I1'=0.4 A,电流表A1的示数是0.4 A,D正确。 主题(二)　线圈匝数变化引起的动态变化问题 [知能融会通] 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]　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e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e端滑动时,R与R1串联后的总电阻增大,通过R1的电流减小,根据P=I2R1可知,此时R1的热功率减小,故A错误;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]　C [题点全练清] 1.理想变压器的副线圈匝数可调,R0为输电线电阻。滑动触头P处于如图所示位置时,用户的用电器恰好正常工作。当用电器增多时,下列说法正确的是 (　　) A.原线圈中的电流减小 B.副线圈两端的电压减小 C.只需使滑动触头P向上滑,用电器仍能正常工作 D.只需减小电源的输出电压,用电器仍能正常工作 解析:选C　原线圈两端电压和原、副线圈匝数比不变,则副线圈两端电压不变,B错误;当用电器增加时,总电阻减小,副线圈中电流增大,根据原、副线圈电流之比等于匝数的反比可知,原线圈中电流也增大,A错误;通过R0的电流增大,R0分得的电压也增大,要使用电器仍能正常工作,应增大副线圈两端电压,而原线圈两端电压不变,故应使滑动触头P向上滑动,增加副线圈匝数,C正确;若减小电源的输出电压,在匝数比不变的情况下,副线圈两端电压减小,则用电器不能正常工作,D错误。 2.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,滑片P置于滑动变阻器的中间,小灯泡正常发光。为了使小灯泡亮度变暗,可以采取的措施是 (　　) 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,将滑片P向B端滑动 D.仅增大原线圈中交流电的电压 解析:选C　根据=得U2=U1,仅减少原线圈的匝数,或仅增加副线圈的匝数,或仅增大原线圈中交流电的电压,都会使输出电压增大,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,将滑片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。 主题(三)　变压器原线圈有负载的电路分析 [知能融会通] 　　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=,=。 　　[典例]　如图所示的理想变压器,原、副线圈上接有完全相同的五个灯泡,A、B两点间输入有效值恒为UAB的正弦交流电压。当开关S断开时,L1、L2、L3和L4四个灯泡的亮度相同。假定原、副线圈匝数分别为n1、n2,灯泡的阻值恒定,副线圈两端电压用UCD表示,当开关S闭合时,五个灯泡均不损坏,下列说法正确的是 (　　) A.n1∶n2=1∶3 B.当开关S断开时,UAB∶UCD=3∶1 C.当开关S闭合时,UAB∶UCD=13∶3 D.当开关S闭合时,灯泡L1的亮度比S断开时暗 　　[解析]　当开关S断开,A、B两点间输入有效值为UAB的正弦交流电压时,接通的4个灯泡亮度相同,设灯泡的电流为I,则原线圈的电流为I,副线圈的电流为3I,所以匝数比===,故A错误;当开关S断开时,设副线圈的电压为U,则原线圈的电压为U1=U=3U,原线圈灯泡的电压为U,则UAB=4U,则UAB∶UCD=4∶1,故B错误;当开关S闭合时,设副线圈的电压为U4,则==,原线圈的电压为U3=3U4,设此时通过副线圈每个灯泡的电流为I0,则副线圈的电流为4I0,则==,则原线圈的电流为I'=I0,原线圈灯泡两端的电压为U'=I0×R=U4,则UAB∶UCD=∶1=13∶3,故C正确;当开关S闭合时,副线圈的总电阻变小,则副线圈的电流变大,原线圈中的电流也变大,所以灯泡L1将变亮,故D错误。 　　[答案]　C [题点全练清] 1.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为1∶4,a、b两端接到交流电源上,R1、R2为阻值相同的定值电阻,下列说法正确的是 (　　) A.副线圈两端电压是电源电压的 B.流过R1的电流是流过R2电流的4倍 C.R1上的电功率是R2上电功率的 D.R1上的电功率是R2上电功率的16倍 解析:选C　原线圈两端电压等于电源电压,根据原、副线圈电压之比等于匝数之比,可得==,A错误;流过R1的电流I1=,流过R2的电流I2===4I1,可得=,B错误;根据电功率P=I2R,可得R1上的电功率是R2上电功率的,C正确,D错误。 2.(2025·湖南高考)如图所示,某小组设计了灯泡亮度可调的电路,a、b、c为固定的三个触点,理想变压器原、副线圈匝数比为k,灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R,交流电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连,下列说法正确的是 (　　) A.S与a相连,灯泡的电功率最大 B.S与a相连,灯泡两端的电压为 C.S与b相连,流过灯泡的电流为 D.S与c相连,灯泡的电功率为 解析:选B　设变压器原、副线圈的电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,根据等效电阻的思想有灯泡的等效电阻R等=,灯泡L的阻值R=,由理想变压器原、副线圈的电压关系=,电流关系=,联立解得R等=k2R。S与a相连,根据等效电源思想,灯泡的电功率最大时应该满足R等=3R,因为k值不确定,灯泡的电功率不一定最大,故A错误;S与a相连,变压器原线圈电压Ua1=·k2R,灯泡两端的电压为Ua2==,B正确;S与b相连,变压器原线圈电路接入两个电阻,变压器原线圈的电流Ib1=,流过灯泡的电流Ib2=kIb1=,C错误;S与c相连,变压器原线圈电路接入一个电阻,变压器原线圈的电流Ic1=,灯泡的电功率为PL=R等=,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $