2025高考物理总复习变压器典型问题分析

第3讲专题提升变压器典型问题分析高考总复习2025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: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: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

典题1(多选)(2023河南郑州二模)如图所示的电路中,变压器为理想变压器,初级线圈接电压为U的交流电源,电路中R0为光敏电阻(阻值随光照强度的增加而减小),R为定值电阻。刚开始光敏电阻R0<R,理想电压表V1、V2、V3示数分别为U1、U2、U3,理想电流表A示数为I,当环境光照强度增加时,下列说法正确的是(

)A.变压器输入功率减小

B.I增大,U3增大C.R0消耗的功率变小

D.U1增大,U2不变CD解析

当环境光照强度增加时,光敏电阻的阻值减小,副线圈的总电阻减小,副线圈两端的电压不变,由

可知,副线圈的功率增大,变压器为理想变压器,所以变压器输入功率增大,A错误。副线圈中R与R0串联,电压表V2测副线圈总电压,总电压不变,故U2不变,电压表V1测电阻R两端的电压,电压表V3测R0两端的电压,电流表A测副线圈中的电流,由于R0减小,由

,所以I增大,由U1=IR,所以U1增大;由U3=U2-U1,所以U3减小,B错误,D正确。R0消耗的功率

;当R0=R时,消耗的功率最大,由于刚开始光敏电阻R0<R,所以当环境光照强度增加时,R0阻值减小,R0消耗的功率变小,C正确。考向二

匝数比改变、负载不变的情况

典题2(2022湖南卷)如图所示,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交流电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U,理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是(

)A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小B解析

保持P1位置不变,由题意可知,变压器接入电路中原、副线圈的匝数比为2,若原线圈的电流为I,则副线圈的电流为2I,根据欧姆定律可得副线圈两端的电压有效值为U2=2IR1,则变压器原线圈两端的电压有效值为U1=2U2=4IR1,设输入电压有效值为U0,则U0=4IR1+IR2,可得

。P2向左缓慢滑动的过程中,R2减小,I变大,而U1=4IR1,可知变压器原线圈两端的电压有效值变大,输入电压有效值不变,则R2两端的电压不断变小,即电压表示数U变小,原线圈两端的电压、输入的电流都变大,则变压器输入功率变大,根据原、副线圈的功率相等,可知R1消耗的功率增大,故B正确,A错误。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可用等效电阻法(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,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,则等效电阻为典题3(2024湖南教学联盟联考)理想变压器如图所示,其原、副线圈匝数比为k,所接电源为有效值恒定的正弦式交流电压,且不计电源内阻。原线圈接有定值电阻R0,副线圈接有定值电阻R1、R3以及滑动变阻器R2,四个理想交流电表的连接如图所示。现将R2的滑片向下滑动少许,电表的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔI1、ΔI2,则下列说法正确的是(

)A.电压表V2的示数减小,电流表A2的示数减小B.电压表V1的示数增大,电流表A1的示数增大D解析

R2的滑片向下滑动,则副线圈电路总电阻阻值增大,作出该变压器的等效电路如图所示,可知等效电阻k2R增大,则电流表A1示数减小,从而电流表A2示数也减小,又因为R0分压减小,电压表V1示数增大,由变压比可知电压表V2示数增大,A、B错误;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(多选)(2023广东湛江一模)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,其输入电压如图乙所示。输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。降压变压器右侧部分为一火灾报警系统(报警器未画出),R0和R1为定值电阻,R为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,下列说法正确的是(

)甲乙B.乙图中电压的瞬时值表达式为u=250sin100πtVC.R处出现火情时,输电线上的电流增大D.R处出现火情时,电压表V的示数增大答案

BC

B正确;当R处出现火情时,其阻值减小,负载总电阻减小,负载的总功率增大,则I4增大,I3增大,C正确;又ΔU=增大,输入电压U1不变,n1和n2不变,所以U2不变,由于ΔU=U2-U3,所以U3减小,n3和n4不变,则U4变小,即电压表V的示数减小,D错误。考向二

发电功率一定的动态分析问题典题5(2023山东威海模拟)某小区的输电线路如图所示,两变压器均为理想变压器,输电线的总电阻R=8Ω。发电站发电机的输出功率为100kW,输出电压为250