高中物理选修2步步高同步讲义 第三章 专题强化12 变压器的综合问题

专题强化12变压器的综合问题第三章交变电流【学习目标】1.了解几种常见的变压器.2.掌握变压器动态问题的分析方法，会分析变压器的综合

问题.【内容索引】探究重点提升素养随堂演练逐点落实专题强化练TANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重点提升素养1一、几种常见的变压器1.自耦变压器图1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原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压.图1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之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压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串联在待测电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的关系式I1n1＝I2n22.互感器(2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志.①测量仪器不同，电压互感器用电压表，电流互感器用电流表.②原、副线圈匝数关系不同.③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上.(3)使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地.图2例1

一自耦变压器如图2所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中A.U2>U1，U2降低

B.U2>U1，U2升高C.U2<U1，U2降低

D.U2<U1，U2升高√例2如图3所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220V，电流表示数为10A，则高压输电线的送电功率为A.2.2×103W B.2.2×10－2WC.2.2×108W D.2.2×104W√图3二、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(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.2.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.例3

(多选)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图4所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则图4A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小√√解析在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定.因此保持Q的位置不动，输出电压不变，将P向上滑动时，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小，输入电流也减小，则电流表的读数变小，故A正确，B错误；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，则输出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故C正确，D错误.针对训练1如图5所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，以下说法正确的是A.副线圈两端M、N的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R上的电压减小C.通过灯泡L1的电流增大D.原线圈中的电流增大图5√当K接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I2变大，输电线等效电阻R上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，B、C错误；三、有多个副线圈的变压器2.S1、S2都闭合(2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3.(3)功率关系：P1＝P2＋P3.例4

如图6所示，理想变压器原线圈的匝数为1000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6V

2W”的小灯泡，L2是“12V

4W”的小灯泡，当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为图6√针对训练2如图7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，理想电压表的示数为U，理想电流表的示数为I，L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件不能计算出的物理量是(忽略温度对电阻的影响)A.线圈A的匝数B.灯泡L2两端的电压C.变压器的输入功率D.通过灯泡L1的电流图7√返回通过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；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；根据题意无法求出线圈A的匝数，故选A.SUITANGYANLIAN

ZHUDIANLUOSHI随堂演练逐点落实21.(自耦变压器)如图8所示，一自耦变压器(可看作理想变压器)输入端A、B间加一正弦式交流电压，在输出端C、D间接灯泡和滑动变阻器，转动滑片P可以改变副线圈的匝数，移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值，则A.只将P顺时针转动，灯泡变亮B.只将P逆时针转动，灯泡变亮C.只将Q向上移动，灯泡变亮D.只将Q向下移动，灯泡变亮√123图8123同理可知将P逆时针转动时，灯泡变亮；灯泡L与滑动变阻器R并联，若只是移动滑片Q，灯泡两端电压不变，灯泡亮度不变，故选B.2.(变压器的动态分析)(2020·福建泉州月考)如图9甲，理想变压器原、副线圈匝数比为22∶1，接线柱a、b所接正弦交变电压u随时间t变化规律如图乙所示.变压器副线圈接有一火警报警系统，其中R1为定值电阻，R2为热敏电阻，其电阻随温度升高而增大.电压表、电流表均为理想电表，下列说法中正确的是A.电压表示数为10V B.此交变电源的频率为0.5HzC.出现火警时，电流表示数增大

D.出现火警时，电压表示数增大图9123√解析由题图乙可知，输入的电压有效值为220V，理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比，由此可得副线圈的电压为10V，电压表测的是热敏电阻的电123当出现火警时，温度升高，电阻R2变大，副线圈的电流变小，所以原线圈电流即电流表示数减小，R1的电压要减小，由于副线圈的总电压不变，所以R2的电压即电压表示数就要变大，故C错误，D正确.压，R1、R2的总电压为10V，所以电压表的示数小于10V，故A错误；3.(变压器的动态分析)(2020·义乌市第三中学月考)如图10所示，变压器为理想变压器，原线圈一侧接在交流电源上，副线圈中电阻变化时变压器输入电压不会有大的波动.R0为定值电阻，R为滑动变阻器，A1和A2为理想电流表，V1和V2为理想电压表.若将滑动变阻器的滑片向下移动，则A.A1示数不变

B.A2示数变大C.V1示数变大

D.V2示数变小图10√123解析V1示数等于变压器输入电压，不变；V2示数等于变压器输出电压，由输入电压和匝数比决定，则V2示数也不变，选项C、D错误；123返回ZHUANTIQIANGHUALIAN专题强化练31.如图1所示是“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验示意图，a线圈接交流电源，b线圈接交流电压表，在实验过程中A.只增加b线圈的匝数，电压表的示数一

定增大B.只增加a线圈的匝数，电压表的示数一

定增大C.同时增加a、b两线圈的匝数，电压表的示数一定增大D.只改变a线圈两端的电压，电压表的示数不变基础强化练123456789101112√图1123456789101112而只增加na，Ub一定减小，B错误；na、nb都增加，Ub不一定增大，C错误；只改变Ua，Ub一定改变，D错误.2.(多选)(2020·长春市第二实验中学高二期末)如图2所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，原、副线圈中通过的电流分别为I1、I2，若保持n1、n2、U1不变，将开关S由闭合变为断开，则A.U2增大B.I1增大C.I2减小D.变压器的输入功率减小123456789101112图2√√123456789101112解析原、副线圈匝数比不变、输入电压U1不变，则输出电压U2不变，故A错误；将开关S由闭合变为断开，总电阻增大，总电流I2减小，根据变压器原理可知I1也减小，故B错误，C正确；根据P1＝U1I1，由于U1不变，I1减小，可知变压器的输入功率减小，故D正确.3.(2020·北京丰台高二上期末)如图3所示，理想变压器原线圈匝数n1＝

1210，副线圈匝数n2＝121，输入电压u＝311sin100πt(V)，负载电阻R＝44Ω.不计电表对电路的影响，下列说法正确的是A.交流电流表读数为0.05AB.交流电压表读数为311VC.输入电压的频率为100HzD.若增大R的电阻值，变压器的输入功率增大123456789101112√图31234567891011121234567891011124.(多选)如图4所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是A.P向下滑动时，灯L变亮B.P向下滑动时，变压器的输出电压不变C.P向下滑动时，变压器的输入电流变小D.P向下滑动时，变压器的输出功率变大图4√123456789101112√解析由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L的亮度不随P的滑动而改变，故选项A错误，B正确.1234567891011125.(多选)(2020·济南二中模拟)图5甲为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为4∶1，原线圈接图乙所示的正弦交流电.图中RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表.则下列说法正确的是A.图乙所示电压的瞬时值表

达式为u＝51sin50πt(V)B.变压器原、副线圈中的电

流之比为1∶4C.变压器输入、输出功率之比为1∶4D.RT处温度升高时，电压表示数不变，电流表的示数变大图5√√123456789101112123456789101112123456789101112根据变压器的工作原理可知，理想变压器的输入、输出功率之比应为1∶1，故C错误；电压表测的是原线圈的输入电压，恒定不变，则副线圈的输出电压不变，RT处温度升高时，阻值减小，根据欧姆定律可知，电流表的示数变大，故D正确.6.自耦变压器的铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图6所示，其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1900匝，原线圈为1100匝，接在电压有效值为220V的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0kW，设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想变压器，则U2和I1分别约为A.380V和5.3A B.380V和9.1AC.240V和5.3A D.240V和9.1A123456789101112图6√1234567891011127.普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图7所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则A.ab接MN、cd接PQ，Iab<IcdB.ab接MN、cd接PQ，Iab>IcdC.ab接PQ、cd接MN，Iab<IcdD.ab接PQ、cd接MN，Iab>Icd图7√解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，Iab>Icd，故B正确.1234567891011128.(2020·北京西城北师大实验中学高二期中)如图8所示的理想变压器，b是原线圈的中点接头，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上正弦交变电压，现将单刀双掷开关与a连接，下列说法正确的是能力综合练A.滑动变阻器触头P向上移动时，电压表、电流表示数均变小B.滑动变阻器触头P向上移动时，原线圈中电流增大C.单刀双掷开关由a掷向b，电压表、电流表示数均变大D.单刀双掷开关由a掷向b，变压器输入功率将变小图8123456789101112√解析滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，副线圈所在电路的总电阻变大，由于副线圈两端电压是由输入电压和匝数比决定的，所以副线圈中的电流变小，电流表示数变小，电压表的示数不变，所以A错误；电流与匝数成反比，副线圈中电流减小，原线圈电流也减小，所以B错误；当单刀双掷开关由a掷向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变小，所以输出的电压升高，电压表和电流表的示数均变大，所以C正确；由C知电压表和电流表的示数均变大，理想变压器输入功率等于输出功率将变大，所以D错误.1234567891011129.(多选)(2020·山东章丘四中月考)如图9所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，使电灯L变暗，下列哪些措施可以使电灯L重新变亮A.其他条件不变，P1下移，

同时P2上移B.其他条件不变，P1上移，

同时P2下移C.其他条件不变，滑动变阻器滑片P向下移动D.其他条件不变，断开开关S图9123456789101112√√123456789101112原线圈的输入电压降低，其他条件不变，则副线圈电压减小，将滑动变阻器滑片P向下移动，并联部分电阻减小，副线圈电路中电流增大，电阻R1分压变大，电灯L两端电压减小，电灯L变暗，故C错误；123456789101112原线圈的输入电压降低，其他条件不变，则副线圈电压减小，断开开关S，并联部分电阻增大，副线圈电路中电流减小，R1分压减小，电灯L两端电压增大，可以使电灯L重新变亮，故D正确.10.某理想自耦变压器接入电路中的示意图如图10甲所示，图乙是其输入电压u的变化规律.已知滑动触头P0在图示位置时，原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，电阻R＝22Ω.下列说法正确的是A.通过R的交变电流的频

率为100HzB.电流表A2的示数为2AC.此时变压器的输入功率

为22WD.将P0沿逆时针方向转动一些，电流表A1的示数变小图10123456789101112√123456789101112123