2019高考物理理想变压器模型试题(含解析)

1、U2 n2 理想变压器模型 李仕才 、理想变压器的几个基本问题 (1)(1) 理想变压器的构造、作用、原理及特征。 构造：两组线圈(原、副线圈)绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。 作用：在办理送电能的过程中改变电压。 原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。 特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能 过程中改变交流电压。 (2)(2) 理想变压器的理想化条件及规律 如图所示，在理想变压器的原线圈两端加交流电压 U后，由于电磁感应的原因，原、 副线圈中都将产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，有 n2-2 忽略原、副线圈内阻，有 Ui 另外，考虑到铁心的导磁

2、作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、畐 U U 线圈的磁感 线条数都相同，于是又有 由此便可得理想变压器的电压变化规律为 I. 1 a tit - 厲 O Uini 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量 损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损” ），有R = p2，而 P- = I iU i , P2 = 12U 2 0 于是又得理想变压器的电流变化规律为 1 1 _ n2 I 2 ni 由此可见: 理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副 线圈磁通量的差别， 忽略变压器自身的能量损耗 （实际上还忽略了变压器原、 副线

3、圈电路的 功率因素的差别）。 理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理 想化条件下的新的表现形式。 （3 3）多组副线圈理想变压器的规律。 如图所示，原线圈匝数为ni,两个副线圈的匝数分别为 ni、n2相应的电 压分别为Ui、U 2和U 3，相应的电流分别为Ii、12和13根据理想变压器的 工作原理可得 b 二卫1 U 2 门2 U3 根据Px = P出得：Uili二卩？* U3I3将U3 ni 1可n3 n3 n2 - U2 U1 1 - - n2 2 220 30 ， 5V 数为 5.0V5.0V，则 A.A.此时原线圈两端电压的最大值约为 34V34V B

4、.B.此时原线圈两端电压的最大值约为 24V24V C.C.原线圈两端原来的电压有效值约为 68V68V (2)T P P1 = P= P2 P P3 I1 - U1=l2 - U 2 I 3 - U 3 -丨1 220 220 = =1212 5 5 0.50.5 1010 得 1 11 =0.05 A=0.05 A。 巩固训练 1 1、（海南卷）如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为 接入一正弦交流电源；畐 U 线圈电路中固定电阻的阻值为 4:14:1，原线圈与一可变电阻串联后， R R）,负载电阻的阻值 R=11=11F0, 9 9 是 理想电压表；现将负载电阻的阻值减小为 R=5Ft=5

5、Ft，保持变压器输入电流不变，此时电压表读 A. A. U =66V,kB.B. 9 U =22V,k J 9 C. C. U =66V,kD.D. 3 U =22V,k J 3 答案：A A 3 3 如图，理想变压器的原、畐U线圈的匝数比为 2 2: 1 1，在原、畐U线圈的回路中接入的电阻阻值 均为 R,R,电压表和电流表均为理想电表， 以 a a、b b 端接有电压为 220220、2sin10 sin10 n tVtV 的交流电， 开关 S S 处于断开状态时，设电压表读数为 U,U,原、副线圈回路中电阻 R R 消耗的功率之比为 k k, 则 1 A.A. U=88V U=88V ,

6、 k 二一 4 B.B. U=110VU=110V, k=4k=4 C.C. 当开关闭合时，电流表的示数会成小 D.D. 当开关闭合时，电压表的读数会减小 答案：ADAD 三、理想变压器动态分析 电压制约: 当变压器原、畐U线圈的匝数比 m n2 一定时，输出电压 12由输入电压决定，即 lb=U, n2 n1 可简述为“原制约副”。 电流制约： 【答案】ADAD 2 2、（全国卷）一理想变压器的原、畐U线圈的匝数比为 3:13:1，在原、畐U线圈的回路中分别接有 阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为 220V220V 的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回 路中电阻两端的电压为 U，原、畐U

7、线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k，贝U n2 I2决定，即li= = - I2，可简述为“副制约 ni 负载制约: 动态分析问题的思路程序可表示为: Ui_ni I U2 U厂一厂 22 =R 2决定1 定时，原线圈中的电流 I 1由副线圈中的输出电流 原” 变压器副线圈中的功率 P2由用户负载决定, P2= = P 负 1 + +P 负 + + ； 变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压 U2U2 确定，丨2= = ； U 2 决定 K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头, i为原线圈中的电流强度，则：【例题 i i】 如图， 为一理想变压器, U为加在原线圈两端的电压，I I A

8、.A.保持U及P的位置不变, K由a合到b时，11将增大 B.B.保持U及P的位置不变, 小 C.C.保持U不变，K合在a处，使P上滑，li将增大 D.D.保持P的位置不变，K合在a处，若U增大，11将增大 【解K由a合到b时, U t nt U 2 n减小，由 n n，可知增大，P2*随之增大，而Pi= =P2,又 P= =IiUiU，从而li增大, A A 正确；K由b合到a时，与上述情况相反， F2将减小，B B 正确; 滑时，R增大，只=咗 R 减小，又Pi=R=R, P= =liU，从而Ii减小，C C 错误；U增大，由 5 U 2 n r)2 可知，U2增大，丨2=归 随之增大，由

9、 J 二匹 可知Ii也增大，D D 正确。 R 12 n 【例题 2 2】如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。 F列说法正确的是 1_ _JH - 入 = 厂 - G - I- R P K由b合到a时，R消耗的功率减 A.当滑动变阻器的滑动触头 P向上滑动时，R消耗的功率变大 解析滑动变阻器的滑动触头 P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大， 总电阻 也变大，而副线圈两端的电压没有变化，所以干路中的电流减小， R消耗的功率变小，A A 错 误；干路中的电流变小， R两端的电压变小，并联电路的电压变大，即电压表 V V 示数变大， B B 正确；由于变压器副线圈

10、干路中的电流变小， 所以原线圈中的电流变小，即电流表 A Ai的示 数变小，C C 错误；闭合开关 S S 后，并联电路的阻值变小， 总电阻也变小，干路中的电流变大， R两端的电压变大，并联电路的电压变小，通过 F2的电流变小，即电流表 A2示数变小，因 变压器的功率变大，故电流表 A示数变大，D D 错误。 【例题 3 3】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 11 11 : 2 2,原线圈两端的输入电 压u= 220 220 2sin 2sin 100 100 n t （V V），电表均为理想电表，滑动变阻器 R接入电路部分的阻值为 10 10 Q。下列叙述中正确的是 A. 该交流电的

11、频率为 100 100 HzHz 丫 B. 电流表的读数为 4 4 A A C. 电压表的读数为 40 2 V40 2 V D. 若滑动变阻器的滑片 P向a端移动，电流表的读数变大 U nj lb 值，由变压器的变压关系 U2= n2，且U= 220 V220 V，可得U2= 40 V 40 V , 12= R= 4 A4 A，选项 B B 正确, C C 错误；若滑动变阻器的滑片 P向a端移动，连入电路的电阻值增大，电压不变，电流将变 小，选项 D D 错误。 【例题 4 4】如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以 通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻

12、 R）和滑动变阻器R P为滑动变阻器 的滑动触头。在原线圈上加一电压为 U的正弦交流电，则以下说法 正确的是（）B.B.当滑动变阻器的滑动触头 P向上滑动时，电压表 V V 示数变大 C.C.当滑动变阻器的滑动触头 P向上滑动时，电流表 A A 示数变大 D.D.若闭合开关 S S,则电流表 A A 示数变大, A示数变大 解析 由交流电的输入电压可知频率 3 f = 2 2 n = 50 50 Hz,Hz,选项 A A 错误；电表读数均为有效 A.A.保持Q的位置不动，将 P向上滑动时，电流表读数变大 解析 保持Q的位置不动，则副线圈两端电压 U2不变，P向上滑动，则R增大，副线圈 电流丨2

13、减小，由R= UIi= HI 2,可知Ii减小，电流表读数减小， A A 错误、B B 正确。保持P位 U U2 m U2 置不动，贝U R不变，Q向上滑动，n2变大，根据几=n2得，U = nU贝U U2增大，由12= RR, 知丨2增大，由UIi = UI2, U不变，知Ii增大，电流表读数变大，所以 C C 正确、D D 错误。故选 四、远距离输电 1 1.理清三个回路 回路2 回路 1 1：发电机回路。该回路中，通过线圈 1 1 的电流Ii等于发电机中的电流I机；线圈 1 1 两端的电压 U等于发电机的路端电压 U机；线圈 I I 输入的电功率Pi等于发电机输出的电功 率P机。 回路

14、2 2：输送电路。丨2 =丨3 = IR, U= U3+ U F2= P+ P3。 回路 3 3:输出电路。|4 = I用，U4= U用，R= P用。 2 2抓住两个联系 1 1 和回路 2 2,由变B.B. 保持 Q Q 的位置不动，将 C.C. 保持 P P 的位置不动，将 D.D. 保持 P P 的位置不动，将 P向上滑动时，电流表读数变小 Q向上滑动时，电流表读数变大 Q向上滑动时，电流表读数变小 回路 （1 1）理想的升压变压器联系着回n2 ni， P = R。 理想的降压变压器联系着回路 2 2 和回路 3 3,由变压器原理可得：线圈 3(3(匝数为 n ns) ) 压器原理可得：

15、线圈 1 1（匝数为ni） U ni I2 和线圈 2 2（匝数为 n0n0 中各个量间的关系是=仁，匚 13 ns 13 n4 和线圈 4(4(匝数为nJ中各个量间的关系是U4 = H4, ns，P3 = F4。 3.3. 掌握两种损耗 U2 耗是热损耗，计算功率损耗时用公式 F= IRR线或 P= 可。 【例题 1 1】如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化 的图象，则 A.A. 用户用电器上交流电的频率是 100 100 HzHz B.B. 发电机输出交流电的电压有效值是 500 V500 V C.C. 输电线上的电流只由降压变压器原、畐 U U 线圈的匝数比

16、决定 D.D. 当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小 1 1 解析 由图乙知，交流电的周期为 0.02 s0.02 s，所以频率f = T= 50 50 Hz Hz , A A 错误。发电机输 (1)(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗, U= U2 U3= I RR。 (2)(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗, F= F2- P3= I RR线。输电线上能量损 出交流电的电压最大值为 U= 500 V500 V，故有效值 im U=2 2= 250 2 V 250 2 V , B B 错误。输电线电流I线 理想的降压变压器联系着回路 2 2 和回路 3 3,由

17、变压器原理可得：线圈 3(3(匝数为 n ns) ) 【例题 2 2】如图所示，有一台交流发电机 E, 通过理想升压变压器 T T1和理想降压变压器 T T2向远处用户供电，输电线的总电阻为 R TR Ti的输 入电压和输入功率分别为 U和P，它的输出电压 和输出功率分别为 U U 和 F F2; T T2的输入电压和输入 t/4P4 SSX5T T2 功率分别为U3和F3;它们的输出电压和输出功率分别为 14和F4。设 T Ti的输入电压 U定， 当用户消耗的电功率变大时，有 A. A. U2减小，U4变大 B B U不变，U3变大 C. Pi变小，F2变小 D. P2变大，Ps变大 解析 由理想变压器输出功率决定输入功率可得， 当用户功率增大时， 升压变