13.1专题提升：变压器典型问题分析——2027届高考物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“变压器典型问题分析”专题，覆盖理想变压器动态分析（匝数比不变/改变、原线圈有负载）和远距离输电电路动态分析两大高考核心考点，依据高考评价体系梳理电压、电流、功率制约关系，明确动态分析占比60%的高频考点，归纳三类常考题型。 课件亮点在于“真题引领+方法建模+素养提升”，以2024全国甲卷典题为例，通过等效电阻法、动态分析六步法培养科学思维（模型建构、科学推理）和物理观念（能量观念），特设易错点警示（如频率判断、等效电阻计算），助力学生掌握解题技巧，教师可据此实施精准复习，提升备考效率。

第3讲　专题提升:变压器典型问题分析 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:U2=U1 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:I1=I2 题型一 理想变压器的动态分析 考向一匝数比不变、负载变化的情况 题型一 题型二 典题1 如图所示,理想变压器的原线圈匝数n1=1 210,副线圈匝数n2=55,交流电源的电动势瞬时值e=220sin 100πt V,内阻r=0。交流电表A和V的内阻对电路的影响可忽略不计,则(　　) A.当可变电阻R的阻值为10 Ω时,电流表A的示数为1 A B.当可变电阻R的阻值为10 Ω时,电流表A的示数为 A C.当可变电阻R的阻值增大时,电流表A的示数减小,电压表V的示数不变 D.通过可变电阻R的交变电流的频率为100 Hz C 题型一 题型二 解析 变压器原线圈的输入电压为U1= V=220 V,根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比,可得副线圈输出电压为U2=U1=×220 V=10 V。当可变电阻R的阻值为10 Ω时,则有I2==1 A,根据可得原线圈电流为I1= A,即电流表A的示数为 A,故A、B错误;当可变电阻R的阻值增大时,根据U2=U1可知副线圈输出电压不变,则电压表V的示数不变;根据I2=可知副线圈电流减小,则原线圈电流减小,电流表A的示数减小,故C正确;原、副线圈中的交变电流周期相等,所以通过可变电阻R的交变电流的频率为f= Hz=50 Hz,故D错误。 题型一 题型二 考向二匝数比改变、负载不变的情况 (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。 题型一 题型二 典题2 (多选)(2024全国甲卷)如图所示,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 AC 题型一 题型二 解析 保持T不动,根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系,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。 题型一 题型二 考向三原线圈有负载(电阻)的动态分析 原线圈有负载或电阻的动态分析用等效电阻法(分析变压器功率问题时还可以结合直流电路中的等效电源法)更为简洁。 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k=,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R等效==k2=k2R副。 题型一 题型二 典题3 如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,原线圈一侧接入的交流电压的瞬时值表达式为u=220sin 100πt V,定值电阻R1=20 Ω,电阻箱R2初始阻值为30 Ω,灯泡L阻值恒为30 Ω。不计电流表内阻,下列说法正确的是(　　) A.电流表的示数为4.4 A B.逐渐增大R2的阻值,R1两端电压变大 C.当R2=6 Ω时,变压器的输出功率最大 D.若将R1换为理想二极管,则灯泡L两端电压的有效值为110 V C 题型一 题型二 解析 初始时,R2和灯泡L并联后的电阻为R副==15 Ω,变压器以及副线圈负载的等效电阻为R等效=R副=60 Ω,则原线圈电流为I1= A=2.75 A,副线圈电流为I2=I1=5.5 A,由于电阻箱与灯泡电阻相等,所以电流表的示数为2.75 A,故A错误;逐渐增大R2的阻值,则等效电阻R等效变大,则原线圈电流减小,R1两端电压变小,故B错误;将R1等效为电源内阻,则当R等效=R1时,变压器的输出功率最大,即R1=R等效=R副==20 Ω,解得R2=6 Ω,故C正确;若将R1换为导线,根据,解得U2=110 V,若将R1换为理想二极管,由于二极管有单向导电性,则灯泡L两端电压的有效值将减小,小于110 V,故D错误。故选C。 题型一 题型二 题型二 远距离输电电路的两类动态分析问题 考向一发电电压一定的动态分析问题 典题4 我国的特高压输电技术居世界第一,如图所示,发电站输出稳定的电压,经升压变压器T1升至特高压进行远距离输送,再经过降压变压器T2降压后供用户端使用,用户端电阻可分为持续用电用户电阻(设为定值电阻R1)和灵活用电用户电阻(设为可变电阻R2),输电线电阻为r。下列说法正确的是(　　) 题型一 题型二 A.用电高峰期时,相当于R2变大 B.用电高峰期时,R1两端电压变大 C.在不改变输送电能总功率的前提下,对比普通的高压输电,使用特高压输电可以使R1两端电压更大 D.在不改变输送电能总功率的前提下,对比普通的高压输电,使用特高压输电会使输电线上电能损耗升高 答案 C 题型一 题型二 解析 因发电站输出电压U1稳定,则升压变压器副线圈电压U2稳定。用户端的用电器都是并联使用的,因此在用电高峰时,用电器增加,相当于R2变小,即降压变压器和副线圈负载的等效电阻R等效变小,由I2=I3=可知,I2电流增大,由U2=I2r+U3,可知输电线电阻r两端电压增大,则U3变小。由,可知U4变小,即R1两端电压变小,故A、B错误;在不改变输送电能总功率的前提下,由P=UI可知,使用特高压输电,输电线上的电流大幅度减小,输电线上的功率损耗P损=I2r和输电线上的电压降ΔU=Ir均减小,对比普通的高压输电,用特高压输电时,降压变压器原、副线圈两端的电压都将更大,即R1两端电压更大,故C正确,D错误。 题型一 题型二 考向二发电功率一定的动态分析问题 典题5 (多选)如图所示为高压输电的原理图,由于输电距离长,输电线上必然产生电能损耗。相比传统输电的钢芯铝绞线,新型的碳纤维软铝导线除了具有质量小、强度大、耐腐蚀等优势外,还能有效减小传输电阻。图中两个变压器均视为理想变压器。在发电厂输出功率和输出电压U1都不改变的条件下,若将输电线由传统导线更换成电阻更小的新型碳纤维软铝导线,下列叙述正确的是(　　) 题型一 题型二 A.因为输电线的电阻减小,用户端的电压U4一定变大 B.因为输电线的电阻减小,输电线左端电压U2一定减小 C.因为输电线的电阻减小,用户端消耗的电功率一定增大 D.因为输电线的电阻减小,输电线上的电流一定变大 答案 AC 题型一 题型二 解析 因发电厂输出功率和输出电压U1都不改变,且升压变压器两端匝数比不变,则输电功率与输电电压U2都不变,由P=UI,可知输电线上的输电电流也不变。因输电线的电阻减小,由U=IR和P=UI,可知输电线上损失功率和电压U损也减小,由U2=U损+U3,可知U3增大,因降压变压器两端匝数比不变,则U4一定变大,故A正确,B、D错误。因发电厂输出功率不变,输电线上的损失功率减小,所以用户端消耗的电功率一定增大,故C正确。 题型一 题型二 $