高中物理第二章交变电流微专题培优(三)含有变压器的动态电路问题教科版

1、含有变压器的动态电路问题负载变化引起的动态变化1.含有变压器的动态电路问题的答题模型(1)构建模型硝定顷线圈电压U =原线圈电.3为定值:n 确定副线圈电压场= 既魂知，若所为定曲 s也为定值U -确定副线圈电流小 0 由修粤知，代增大时A旗小U硼定输由功率R=» 由居=人5如,人减小时8减小g厂.、确定输入功率FlU由丹=/知,2浦小时尸L也减小Ur 、刷定慌线圈电流/I w由=苗知，科减小-:也被小(2)模型突破：解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入

2、”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。可以把理想变压器的副线圈看做给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。2.负载变化的情况有(1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。(2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。3.解题思路变与不变结合，根据答题模型从副线圈向原线圈推进。 如果原副线圈的匝数不变， 则副 线圈电压不变，根据负载电阻的变化， 判断出副线圈电流或功率的变化情况， 然后根据输出 功率决定输入功率的特点，分析原线圈电流或功率的变化。例1如图1所示，理想变压器原、合时()O(S副线圈回路中的输电线的电阻

3、忽略不计。当S闭7产，忖A.电流表A1的读数变大，电流表 外的读数变小B.电流表A1的读数变大，电流表 A2的读数变大C.电流表Al的读数变小，电流表 A2的读数变小D.电流表Ai的读数变小，电流表 A2的读数变大 思路点拨原、副线圈及回路中 导线电阻忽略不计变压器为理想变压器, 一且副线圈的负载仅为R、R和 RS闭合后,电阻减小副线圈电压不变，可求副线圈电流、功率变化情况原线圈电流 变化情况解析当S闭合后，变压器副线圈中的输电回路的电阻减小，而输出电压不变。由12= 一鼻一得I2增大，即电流表 A2的读数增大。再由电流比公式可知，Il也增大，即电r+r+r流表A的读数也增大，选项 B正确。答

4、案B线圈匝数变化引起的动态变化1 .线圈匝数变化的情况有(1)原线圈匝数不变，副线圈匝数变化。(2)副线圈匝数不变，原线圈匝数变化。(3)原副线圈的匝数同时变化，且变化后匝数比与之前不同。2 .解题思路根据电压与匝数成正比的特点，判断输出电压如何变化，然后根据答题模型从副线圈向 原线圈推进。例2(多选)如图2所示，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U为加在原线圈两端的电压，Ii为原线圈中的电流强度，则 ()A.保持U及P的位置不变，K由a合到b时，Ii将增大B.保持U及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C.保持U不变，K合在a处，使P上滑，Ii将增大D.保

5、持P的位置不变，K合在a处，若U增大，Ii将增大思路点拨 本类型题目首先应该明确变压器的动态变化的原因是什么，要求辨清原副线圈中的变量与不变量， 明确各量间“谁制约谁”的制约关系，处理这类题型，先找出不变的量，并以此量为突破口向其他量渗透。u ni Ui.（多选）对理想变压器，下列说法中正确的是（）A.原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B.原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D.当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零解析：选 AB理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的 输出功率的变化而变化， 原线

6、圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误。 一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调 电阻R设原线圈的电流为Ii,输入功率为Pi,副线圈的电流为I2,输出功率为P2,当R增 大时（）A. Ii减小，R增大B. Ii减小，Pi减小C. I2增大，P2减小D . I2增大，P2增大U2 _ ”U22 斛析：选B当R增大时，副线圈中的电流I 2= R,则I2减小；功率P2=_r,则P2减小， 又因为Pi=P2,则R减小，Ii减小，所以选项 B正确。3.如图i所示，M是一个小型理想变

7、压器，原、副线圈匝数之比ni ： n2=i0 ： i,接线柱a、b接一正弦交变电源，电压 u=3iisin i00兀t （V）。变压器右侧部分为一火警系统原 理图，其中R为用半导体热敏材料制成的传感器 （电阻随温度升高而减小），R为一定值电阻。 下列说法正确的是（）一、”一解析K由a合到b时，ni减小，由；-=-,可知12增大，2=万随之增大，而 R = U2 n2RP2,又R=IiU,从而Ii增大，A正确；K由b合到a时，与上述情况相反， B将减小，B正确；P上滑时，R增大，P2=石减小，又P=P2, R=IiU,从而Ii减小，C错误；U增大， R.U ni .,U2 11n2 . ， ，一

8、由元=一可知，U2增大，12=至随之增大，由 厂=一可知Ii也增大，D正确，故选项 A B、Du n2r12 ni正确。答案ABD专题培优练（三图iA.当R2所在处出现火警时，电阻 R的功率变小B.当R所在处出现火警时，电压表 V2的示数变大C.当R所在处出现火警时，电流表 A的示数变小D.电压表Vi示数为22 V解析：选D当R2所在处出现火警时，R2阻值减小，变压器输出电流增大，输出功率增大，电阻R两端电压增大，电阻 R的功率变大，电压表 V2的示数变小，选项 A B错误；由 输入功率等于输出功率可知，当 R所在处出现火警时，电流表 A的示数变大，选项 C错误; 由变压器变压公式，变压器输出

9、电压为 22 V,电压表Vi示数为22 V,选项D正确。4. 一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图 2所示，如果负载电阻的滑 片向上移动，则图中所有交流电表的示数及输入功率变化情况正确的是（均为理想电表）（ ）图2A. Vi、不变，A增大，A2减小，P增大B. Vi、*不变，A、A增大，P增大C. Vi、V2不变，A、4减小，P减小D. Vi不变，V2增大，Ai、A2减小，P减小.，一 一 Ui ni. 一一解析：选 C因输入电压和线圈匝数不变，由 ；;=一知输出电压不变，所以 Vi、%的不U2 n2数不变。滑片上移，则负载电阻增大，由12=2知I2减小，所以A2的示数减小。由F

10、= B知R12巾Ii减小，所以Ai的示数也减小。由 P出=UI2得，当I 2减小时，P出减小，又P出 = P入，所以 输入功率P减小。故C正确。5.理想降压变压器的原线圈接电流表Ai和电阻R后，接6 V恒定直流电源，如图 3所示，当副线圈的负载电阻 R变小时，以下说法正确的是 （）图3A.输出功率增大B. A2读数增大C. Ai读数增大D. Ai读数不为零，且保持不变解析：选D根据变压器的工作原理，变压器不能用来改变恒定直流电压，因此本题变 压器原线圈接在 6V恒定电流电源上，副线圈上无电压，无输出功率，由于原线圈构成直流 通路，故电流表 Ai有恒定读数，本题选项 D正确。6.（多选）一理想变

11、压器原、副线圈的匝数比为10： 1,原线圈输入电压的变化规律如图4甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是（）乙图4A.副线圈输出电压的频率为50 HzB,副线圈输出电压的有效值为31 VC. P向右移动时，原、副线圈的电流比减小D. P向右移动时，变压器的输出功率增加解析：选 AD由图像可知原线圈输入电压的最大值：im= 311 V, T= 2X10 2s,则原线圈输入电压的有效值:imU = -2= 220 V，f=T= 2X10 2 s11 rn=5。Hz,选项A正确。由口 = Rr2 .可得：U2 = -u = 22 V, B错误。p向右移动时，副线圈的

12、电阻减小，副线圈输出电压不变,所以副线圈的电流增大,原线圈的电流也增大，而匝数比不变，所以原、副线圈的电流比不变，C错误。P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以变压器的输出 功率增加，D正确。7 .如图5甲所示，为一种可调压自耦变压器的结构示意图，线圈均匀绕在圆环型铁芯上，若AB间输入如图乙所示的交变电压，转动滑动触头 P到如图甲中所示位置， 在BC间接一个55 Q的电阻（图中未画出），则（）甲乙图5A.该交流电的电压瞬时值表达式为u= 22012sin（25 nt） V8 .该交流电的频率为50 HzC.流过电阻的电流接近于4 AD.电阻消耗的功率接近于220 W1 一解析

13、：选D 由题中图乙可知正弦交流电的周期T= 0.04 s,则f=T= 25 Hz,=2兀f=50兀rad/s ,所以该交流电的电压瞬时值的表达式为u= 220A/2sin（50 % t） V, A、B错误；， 一， , ,1 从题图甲中可以看出，自耦变压器的副线圈的匝数约是原线圈匝数的故副线圈两端的电压约为110 V,流过电阻的电流约为2 A, C项错误；电阻消耗的功率P= U2I2 = 220 W, D项正确。8.如图6所示，理想变压器原线圈输入电压u=Usin cot,副线圈电路中 R为定值电阻，R是滑动变阻器。V1和。V2是理想交流电压表，示数分别用U和U表示；。A1和OA2 是理想交流

14、电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是（）图6A. I 1和12表示电流的瞬间值B. U1和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D.滑片P向下滑动过程中，U变小、I1变小解析：选C电流表和电压表的示数表示有效值，故选项A、B错；滑片P向下滑动时，一-1Um _、_Un1_、,R减小，因U= J2,所以U不变，又由=知，U2不变，由I2=RTR知，I2增大，又由I 1U1= I2U2知，I1变大，所以选项 C对。9.（多选）为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值 不变的正弦交流电源上， 副线圈连接相同的灯泡 L1、L2,电路中分

15、别接了理想交流电压表 V1、 V2和理想交流电流表 A、A2,导线电阻不计，如图 7所示。当开关S闭合后（）图7A. Ai示数变大，Ai与Ae示数的比值不变B. Ai示数变大，Ai与忿示数的比值变大C. V2示数变小，Vi与W示数的比值变大D. V2示数不变，Vi与Ve示数的比值不变解析：选AD电源电压有效值不变，所以Vi示数不变，原、副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数之比不变，故 V2示数不变，Vi与V2示数的比值也不变，所以 C错误，D正确; 当开关S闭合后，副线圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈电路中的电流增大，Ae的示数增大，原、副线圈的电流之比等于匝数反比，匝数之比不变，A

16、与Ae示数的比值不变，所以A正确，B错误。i0.如图8为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为 2 ： i,原线圈接有交流电压 u=220sin100 7tt V,图中电压表和电流表均为理想交流电表，R为负温度系数的热敏电阻（即当温度升高时，阻值减小），R为定值电阻，C为电容器。下列说法正确的是（）图8A.电压表示数是ii0 VB.交流电的频率为 i00 HzC.通过R的电流始终为零D.当R处温度升高时，电压表示数不变，电流表示数变大解析：选D原线圈所加交变电压的有效值为220,、,U = V,由理想变压器的变压比公式"得 口八卜赞V = 55啦V,选工® A错误；由交变电压的

17、瞬时值表达式u=220sin i0。兀t V可知，该交变电流的频率 仁啜Hz = 5。Hz,选项B错误；由于交变电流能对R,选项C错误；因变压器为理想变R处的温度升高时，其电阻阻值变小，电容器进行充、放电，所以会有充、放电电流通过电阻 压器，线圈电阻不计，因此，电压表的示数不变，当 所以电流表的示数变大，选项D正确。当副线圈上的滑片 P处于图11 .（多选）如图9所示，理想变压器原线圈接有交流电源，示位置时，灯泡 L能发光。要使灯泡变亮，可以采取的方法有（）图9A.向下滑动PB .增大交流电源的电压C.增大交流电源的频率D .减小电容器 C的电容解析：选BC向下滑动P时，副线圈的匝数变少，由理

18、想变压器的电压关系可知，副线圈两端的电压变小，灯泡变暗，选项 A错误；增大交流电源的电压，由理想变压器的电压关系可知，副线圈两端的电压增大，灯泡变亮，选项 B正确；电压不变，增加交变电流的频 率，电容器的容抗减小，电路中电流增大，灯泡变亮，C正确；减小电容，增加了容抗，电流减小，灯泡变暗，D错误。12 .图10甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 m ：龛=5： 1,电阻R= 20 Q , L1、 L2为规格相同的两只小灯泡， S为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是（ ）A.B.C.D.ccfccf

19、c, u -u图10输入电压 u的表达式u=20j2sin（50只断开S2后，Li、L2均正常发光只断开S2后，原线圈的输入功率增大若S换接到2后，R消耗的电功率为Tlt)V0.8 W解析：选D 由题图知，Un= 20也 V , T= 0.02 sco2兀一 .=100兀rad/s ,输入电U ni 皿Uru 20X177 = 一，故 L2= VU2 n2ni5压U= 20-/2sin（100兀t）V,故A错；由变压器的变压规律知:=4 V,由题中将Si接1、S2闭合时，灯泡L2正常发光可得，灯泡 L2的额定电压为4 V,当 只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为 Li、L2串联，故Li、L2均不能正常 U2发光，B错；此时P出= b-,副线圈负载 R总增大，故P出减小，又P入=P出，故原线圈的输 R1224 2入功率减小，C错误；当S换接到2后，副线圈的负载仅是电阻 R故P= =后W= 0.8 W R 20D正确。13 . (2016 全国卷I )一含有理想变压器的电路如图11所示，图中电阻 R、R和R的阻值分别为3 、1 和4 ,。为理想