第三章 变压器典型问题分析 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

物理人教版（新教材）选择性必修第二册 合肥一六八中学 JULY 第3章 交变电流 变压器典型问题分析 考向一 匝数比不变、负载变化的情况 典题1 (多选)如图所示的电路中,变压器为理想变压器,初级线圈接电压为U的交流电源,电路中R0为光敏电阻(阻值随光照强度的增加而减小),R为定值电阻。刚开始光敏电阻R0<R,理想电压表V1、V2、V3示数分别为U1、U2、U3,理想电流表A示数为I,当环境光照强度增加时,下列说法正确的是(　　) A.变压器输入功率减小 B.I增大,U3增大 C.R0消耗的功率变小 D.U1增大,U2不变 CD 解析 当环境光照强度增加时,光敏电阻的阻值减小,副线圈的总电阻减小,副线圈两端的电压不变,由 可知,副线圈的功率增大,变压器为理想变压器,所以变压器输入功率增大,A错误。副线圈中R与R0串联,电压表V2测副线圈总电压,总电压不变,故U2不变,电压表V1测电阻R两端的电压,电压表V3测R0两端的电压,电流表A测副线圈中的电流,由于R0减小,由 ,所以I增大,由U1=IR,所以U1增大;由U3=U2-U1,所以U3减小,B错误,D正确。 R0消耗的功率 ;当R0=R时,消耗的功率最大, 由于刚开始光敏电阻R0<R,所以当环境光照强度增加时,R0阻值减小,R0消耗的功率变小,C正确。 考向二 匝数比改变、负载不变的情况 典题2 如图所示,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交流电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U,理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是(　　) A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变 B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大 C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大 D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小 B 解析 保持P1位置不变,由题意可知,变压器接入电路中原、副线圈的匝数比为2,若原线圈的电流为I,则副线圈的电流为2I,根据欧姆定律可得副线圈两端的电压有效值为U2=2IR1,则变压器原线圈两端的电压有效值为U1=2U2=4IR1,设输入电压有效值为U0,则U0=4IR1+IR2,可得 。P2向左缓慢滑动的过程中,R2减小,I变大,而U1=4IR1,可知变压器原线圈两端的电压有效值变大,输入电压有效值不变,则R2两端的电压不断变小,即电压表示数U变小,原线圈两端的电压、输入的电流都变大,则变压器输入功率变大,根据原、副线圈的功率相等,可知R1消耗的功率增大,故B正确,A错误。 匝数比改变、负载不变的情况解题思路： 专题概述:含有理想变压器的交变电路的动态分析是高考考查的热点内容之一,解答这类问题一定要分清不变量和变量,弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系(如下表所示),利用闭合电路欧姆定律,串、并联电路特点进行分析判定。 制约 关系 电压 副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定: 功率 原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定:P入=P出 电流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定: 考向三 原线圈有负载(电阻)的动态分析 考向三 原线圈有负载(电阻)的动态分析 方法一：等效电阻法 等效电阻法是指在含有理想变压器的电路中,当副线圈接纯电阻元件时,可以把理想变压器(含与副线圈串联的所有元件)当成一个电阻来处理。设原、副线圈匝数比为 ,原线圈输入电压为U1,副线圈输出电压为U2,原线圈中的电流为I1,副线圈中的电流为I2,副线圈负载总电阻为R副,则等效电阻为 考向三 原线圈有负载(电阻)的动态分析 方法二：等效电源 证明：如图丙所示，设原线圈两端的电压为U1、电流为I1，副线圈两端的电压为U2、电流为I2，副线圈所接负载为R，与原线圈串联的定值电阻为R0，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。将变压器、定值电阻R0与原交流电源看成一个整体，等效为一个新的电源，令新电源的电动势为E'，新电源的等效内阻为r'，作出等效后的电路图如图丁 考向三 原线圈有负载(电阻)的动态分析 方法三：能量守恒 典题3 理想变压器如图所示,其原、副线圈匝数比为k,所接电源为有效值恒定的正弦式交流电压,且不计电源内阻。原线圈接有定值电阻R0,副线圈接有定值电阻R1、R3以及滑动变阻器R2,四个理想交流电表的连接如图所示。现将R2的滑片向下滑动少许,电表的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔI1、ΔI2,则下列说法正确的是(　　) A.电压表V2的示数减小, 电流表A2的示数减小 B.电压表V1的示数增大, 电流表A1的示数增大 D 解析 R2的滑片向下滑动,则副线圈电路总电阻阻值增大,作出该变压器的等效电路如图所示,可知等效电阻k2R增大,则电流表A1示数减小,从而电流表A2示数也减小,又因为R0分压减小,电压表V1示数增大,由变压比可知电压表V2示数增大,A、B错误; (2016·全国卷Ⅰ·16)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω， 为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为(　　)A.2 B.3 C.4 D.5 B 如图所示，理想变压器原线圈匝数为n0，两个副线圈匝数分别为n1、n2，n0:n1:n2 = 10:2:1。原线圈回路接有正弦交流电 和定值电阻 。 。副线圈n1回路中接有可变电阻R1，副线圈n2中回路中接有一只阻值 不变的灯泡。初始时滑片P位于R1中间，下列说法正确的是（　　） A、若P向上滑动，灯泡将变暗 B、P向上滑动，电阻R2消耗的功率将减小 C．当 时，理想变压器的输入功率为100W D．当 时，R1消耗功率最大，且最大值为100W 【答案】D B 如图所示理想变压器原副线圈匝数比为1：2两端分别接有两个额定功率相同的灯泡已知两盏灯均能正常发光则L1和L2此时的电阻之比为（　　） A．1：1 B．1：2 C．1：4 D．4：1 C 如图所示的变压器电路中有五个相同的定值电阻,理想变压器原副线圈的匝数比为1:2,现在a,b端输入 正弦交流电,则R1和R2的功率之比为多少 49：1 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2:1；图中R1=4R0，R2=R4=R0;原线圈一侧解一恒定正弦交流电源，当开关S断开时，R1与R3消耗的功率相等，下列说法正确的是A.R3的阻值为4R0B.闭合S后，U1：U2=10：3C.闭合S后，R1消耗的功率等于R3的6倍. D.闭合S前后，R1两端的电压之比为6:5 A P0=I2R0=R0= P= I= I= 保持P2位置不变,设原、副线圈的匝数比为n,同理可得U1=n2IR1,则U0=n2IR1+IR2,整理可得I=,P1向下缓慢滑动的过程中,n不断变大,则I变小,对R2由欧姆定律可知U=IR2,可知U不断变小,根据原、副线圈的功率相等可知R1消耗的功率P1=IU1=·(U0-),整理可得P1=,可知n=3时,R1消耗的功率有最大值,可知R1消耗的功率先增大,后减小,故C、D错误。 (1)U1不变,发生变化,U2变化。 (2)R不变,U2变化,I2发生变化。 (3)根据P2=和P1=P2,可以判断 P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化。 U2=U1 I1=I2 R等效==k2=k2R副。 k= C=1∶k2 D=k2∶1 由原、副线圈电压比与匝数比的关系可得=k,可知U2=,由原、副线圈电流比与匝数比的关系可得,可知I2=kI1,则有=k、=k,则有=1∶1,=1∶1,C错误;由以上分析可知=R0、,则有=k2∶1,D正确。 右图为理想变压器电路，原、副线圈匝数比为3∶1，图中四个灯泡规格相同，若L3、L4恰能正常发光，则( ) A.L1、L2正常发光 B.L1、L2比正常发光时暗些 C.L1、L2比正常发光时亮些 D.条件不足，无法判断 【解析】设灯泡额定电流为I，则副线圈电流为2I，根据电流表与匝数比关系，原线圈电流为I′＝eq \f(2,3)I，即通过L1、L2电流为eq \f(2,3)I，比额定电流小，比正常发光暗，B对. $