2020版高考物理总复习第十一章两类特殊变压器、变压器电路等效负载电阻法教学案.docx

专题突破(十一)两类特殊变压器、变压器电路等效负载电阻法变压器是根据电磁感应原理制成的，高中阶段所讲的变压器都是指无磁漏、无损耗的理想变压器，因此，无论何种形式的变压器都遵循法拉第电磁感应定律及能量守恒定律，以此两点为依据即可得到电压、电流、电功率等物理量之间的关系一、自耦变压器自耦变压器又称调压器，它的特点是原、副线圈共用同一个线圈，当交流电接入不同端点时，可以改变原、副线圈的匝数，进而改变电压比、电流比，变压器的基本关系对自耦变压器均适用例1如图所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交变电流的电压有效值U0220 V，n02 200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、550匝、1 100匝、2 200匝电动机M的内阻r4 ，额定电压为U220 V，额定功率P110 W下列判断正确的是()A当选择挡位2时，电动机两端电压为110 VB当挡位由3变换到2时，电动机的功率增大C当选择挡位2时，电动机的热功率为1 WD当选择挡位4时，电动机的输出功率为109 W【解析】由电压与匝数的关系，即解得：U255 V，选项A错误；当由挡位3变换到2时，副线圈匝数减少，在挡位2时，输出电压减小，电动机的功率减小，选项B错误；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I0.5 A，热功率PrI2r1 W，输出功率为PPr(1101)W109 W，选项D正确；当选择挡位2时，电动机两端电压为55 V，没有达到额定功率，热功率小于1 W，选项C错误【答案】D二、多副线圈变压器常见的变压器一般是“一原一副”，某些情况下，也可以在铁芯上绕两个或两个以上的副线圈，这时，根据法拉第电磁感应定律可知，电压比仍为匝数比，但电流比不等于匝数的反比了，此时要依据能量守恒，即P入P出1P出2，得U1I1U2I2U3I3，又U1U2n1n2，得n1I1n2I2n3I3例2如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，其中B、C的匝数分别为n2、n3，电压表的示数为U，电流表的示数为I，L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件可以计算出的物理量是()A线圈A的匝数B灯L2两端的电压C变压器的输入功率D通过灯L1的电流【解析】由题意知线圈B两端的电压为U，设线圈C两端的电压为UC，则，所以UCU，B正确；通过L2的电流为I，则可以求出L2的电阻，L2与L1的电阻相同，所以可求出通过L1的电流，D正确；根据以上数据可以求出L1、L2的功率，可得变压器总的输出功率，它也等于变压器的输入功率，C正确；根据题意无法求出线圈A的匝数，A错【答案】BCD【归纳总结】对于多副线圈的变压器，分析电流时，切忌再盲目的套用电流与匝数成反比的公式，一定要根据电压比等于匝数比及P入P出列式计算三、等效负载电阻法原电路如图甲，各物理量标注如图把虚线框内的部分等效成电阻R，则电路变为图乙，在图乙中，RR，I1.证明：由甲图，有EI1rU1I1rU2，U2I2R，EI1rI1R，RR，I1运用等效负载电阻法解答含变压器的电路问题，能简化解题过程，但要注意：此法只适合于只有一个副线圈的情况例3(2016全国卷)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 、1 和4 ，A 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()A2 B3 C4 D5【解析】(一)依功率关系求解设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.根据变压器的输入功率等于输出功率得UII2R1(kI)2(R2R3)4UI(4I)2R1(4kI)2R2联立两式代入数据解得k3选项B正确(二)用等效负载电阻法求解设原副线圈匝数比k，S断开时，等效负载电阻R(R2R3)对原线圈，依欧姆定律有UI(R1R)，S闭合时，等效负载电阻RR2，对原线圈，依欧姆定律有U4I(R1R)综合以上几式，代入数据有35k24(3k2)k3，选B.【答案】B针对训练1如图所示，一理想自耦变压器的原线圈接有正弦交变电压，副线圈接有可变电阻R，滑动触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是(B)A变压器工作时R两端的电压可大于电源的输出电压B若仅将触头P向a端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C若仅使电阻R增大，则变压器的输入功率增大D若使电阻R增大的同时，将滑动触头P向a端滑动，则变压器的输入功率一定增大【解析】副线圈匝数小于或等于原线圈匝数，R两端的电压小于或等于电源输出电压，A错误；若仅将触头P向a端滑动，副线圈匝数变多，即n2变大，根据(式中U1、n1不变)，可得U2变大，即R两端电压增大，所以功率变大，B正确；仅使R增大，副线圈两端电压不变，根据公式P可得R消耗的功率减小，故变压器输入功率减小，C错误；将滑动触头P向a端滑动，R两端的电压增大，但同时R也增大，所以副线圈输出功率不一定增大，变压器的输入功率也不一定增大，D错误2如图，R0121 ，R5.5 ，n11 100匝，n255匝，,V)示数为220 V，求R0消耗的功率【解析】设等效负载电阻为Rx，则RxR2 200 ，原线圈回路电流I10.1 A，R0消耗的功率P0IR01.21 W.3如图所示，理想变压器原线圈匝数n1200匝，输入U150 V的交变电压，副线圈匝数分别为n220匝、n340匝灯泡L1电阻为5 ，灯泡L2电阻为10 .则原线