3.3 专题 变压器的综合问题 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

第 三 章 专题：变压器的综合问题 1.掌握变压器动态问题的分析方法(重难点)。 2.掌握变压器原线圈有负载的电路的分析方法(重难点)。 3.了解几种常见的变压器(重点)。 学习目标 内容索引 一、理想变压器的制约关系和动态分析 二、变压器原线圈有负载的电路分析 三、几种常见的变压器 < 一 > 理想变压器的制约关系和动态分析 1.电压、电流、功率的制约关系 (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时， 决定 ，即U2＝ 。 (2)功率制约： 决定 ，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0。 (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝ (只有一个副线圈时)。 输入电压U1 输出电压U2 P出 P入 2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。 (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 (多选)(2024·全国甲卷)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 例1 √ √ 保持T不动，根据理想变压器的性质可知副线圈中电压不变，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，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，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，电流减小，此时R1的热功率减小，故D错误。 (2024·茂名市检测)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，变压器可视为理想变压器，所有电表视为理想电表，原线圈输入有效值恒定的交流电压，图中R为输电线的总电阻。在用电高峰期，住户使用的用电器增加时，下列说法正确的是 A.电流表A示数不变 B.电压表V1示数增大 C.电压表V2示数增大 D.发电机的输出功率增大 √ 针对训练1 变压器原线圈的输入电压不变，根据可知，变压器副线圈的输出电压不变，电压表V1示数不变；当住户使用的用电器增加时，即用户的总电阻R灯变小，由I1＝可知，副线圈的电流I1变大，根据可知原线圈电流变大，电流表A示数变大，故A、B错误； 而由U2＝U1－I1R，可知电压表V2示数减小，故C错误； 发电机输出功率P0＝U0I0，发电机的输出功率变大，故D正确。 返回 < 二 > 变压器原线圈有负载的电路分析 (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＝ ，有 ＝， ＝。 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＝ ，流过负载的电流等于原线圈中的电流，有 　 ＝，＝　 。 U－UR I－IR (多选)在如图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想交流电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是 A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 V C.电流表的示数为1.0 A D.变压器传输的电功率为15.0 W 例2 √ √ 根据i2－t图像可知T＝0.02 s，则所用交流电的频率f＝＝50 Hz，故A正确； 副线圈两端电压U2＝I2R2＝×10 V＝10 V，由得原线圈两端电压U1＝100 V，电压表的示数U＝220 V－100 V＝120 V，故B错误； 电流表的示数I＝ A＝0.5 A，故C错误； 变压器传输的电功率P＝R2+I2R3＝15.0 W，故D正确。 等效是物理学常用的科学思想方法。可以把复杂的结构等效为简单的结构。如图，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，原线圈接有电压有效值恒定的交流电源，副线圈负载为阻值R的电阻。 请你证明：若将变压器与负载等效为一定值电阻R'，则R'＝()2R。 答案　见解析 例3 由变压器的规律可知，原、副线圈电流满足，另外由能量守恒可知原、副线圈功率相同，有R'＝R 由以上两式化简可得R'＝()2R[或由R'＝＝()2＝()2R]。 如图所示，正弦交流电源输出电压有效值恒为U，通过电阻R0连接理想变压器给用电器R供电，当用电器电阻R等于4R0时，用电器电功率最大，则变压器的匝数比为 A.1∶2 B.2∶1 C.1∶4 D.4∶1 √ 外电阻等于内阻时外电路具有最大输出功率。变压器和用电器电阻R组成 的等效电阻为R等＝()2R，可将R0等效为电源内阻，当用电器电阻R等于4R0时，用电器电功率最大，则()2×4R0＝R0，解得，故选A。 针对训练2 返回 < 三 > 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之间输入交变电压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。 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) 2.互感器 (2024·惠州市高二检测)电位器是一种常见的电子元件，它通常由电阻体和可转动的电刷组成，如图所示。可以改变电位器上的连接点位置，从而改变电路中的电位差或电阻值，则当电位器的 A.1、2连接点接入电路时，顺时针转动电刷，电阻减小 B.1、3连接点接入电路时，顺时针转动电刷，电阻减小 C.1、3连接点作为输入端，1、2连接点作为输出端，顺时针转动电刷， 　输出电压增大 D.1、3连接点作为输入端，1、2连接点作为输出端，顺时针转动电刷， 　输出电压减小 例4 √ 由题图可知，1、2连接点接入电路时，顺时针转动电刷，电阻增大；1、3连接点接入电路时，顺时针转动电刷，无法改变电位器接入电路中的阻值，电阻不变，故A、B错误； 1、3连接点作为输入端，1、2连接点作为输出端时，电位器相当于自耦变压器，故顺时针转动电刷时，相当于输入端线圈匝数不变，输出端线圈匝数变大，由电压与匝数成正比可知，输出电压增大，故C正确，D错误。 在变电站里，要用交流电表监测电网上的高电压、强电流。如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中(甲图叫电压互感器，乙图叫电流互感器)，甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1，电压表读数为U，乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2，电流表读数为I，则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为 A.k1U，k2I B.k1U， C.，k2I D.， 例５ √ 根据理想变压器的电压和电流规律可得＝k1，，解得题图甲中高压线电压为U0＝k1U，题图乙中高压线电流为I0＝，故选B。 返回 第 三 章 本课结束 $