2019高考物理理想变压器模型试题(含解析)

小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.1/162019高考物理理想变压器模型试题（含解析）一、理想变压器的几个基本问题（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）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U1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，有忽略原、副线圈内阻，有。2211,UU小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.2/16另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相同，于是又有。21由此便可得理想变压器的电压变化规律为。2121nnUU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，而21PP，。111UIP222UIP于是又得理想变压器的电流变化规律为。1221nnII由此可见：①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、副线圈电路的功率因素的差别）。②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。小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.3/16（3）多组副线圈理想变压器的规律。如图所示，原线圈匝数为，两个副线圈的匝数分别为、相应的电压分别为、和，相应的电流分别为、和根据理想变压器的工作原理可得①1n1n2n1U2U3U1I2I3I2121nnUU3131nnUU②可得3232nnUU③根据得：④将出入PP332211IUIUIU①③代入④得整理得3232221212InnUIUInnU（4）原副线圈的地位原（副）线圈在原（副）线圈回路中所处的地位是充当负载（电源）。二、解决理想变压器问题的绝招招数一能量守恒法（功率思路）理想变压器的输入、输出功率为P入=P出，即P1=P2；当变压器有多个副绕组时，P1=P2+P3+……招数二电流、电压关系法小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.4/16变压器原、副线圈的电压之比为；2121nnUU当变压器有多个副绕组时，只要绕在同一闭合铁芯上，任意两线圈之间总有QPQPnnUU对只有一个副绕组的变压器有；1221nnII当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3+……招数三等效负载电阻法变压器等效负载电阻公式的推导：设理想变压器原副线圈的匝数之比为n1：n2，原线圈输入电压为U1，副线圈负载电阻为R，如图1（1）所示，在变压器正常工作时，求a、b间的等效电阻。先画出等效电路图如图1（2）所示，设变压器等效负载电阻为R在（1）中由变压器的分压规律：得：2121nnUU1122UnnU，所以负载电阻R消耗的功率为：在（2）中等效电阻消耗的功率为：RUP21因，所以等效电阻为：（重要结论）PPRnnR2221小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.5/16【例题一】(2016·全国新课标Ⅰ)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3Ω、1Ω和4Ω，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A．2B．3C．4D．5解法一：能量守恒法：设原副线圈匝数比为断开①kS)()(322121RRkIRIIUPS闭合②22122)4()4(4RkIRIIUP①②得即：化简得124PP2222221648534IkIIkI）（3k解法二：电流、电压关系法设原副线圈匝数比为断开时由图可知kSkIIUU1221kIRRkIRRIU5)()(323222即IkU215则①IIkIRUU35211S闭合由图可知kIIUU1221kIkIRRIU442222即IkU214则②IIkIRUU1244211小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.6/16由①②得3k解法三：等效负载电阻法设原副线圈匝数比为断开时等效负载电阻为kS23224)(kRRkR则①IIkRRIU25)(21S闭合时等效负载电阻为222kRkR则②IIkRRIU214)(421①②得3k【例题二】在如图所示的电路中，理想变压器原副线圈的匝数比为2∶1，四个灯泡完全相同，其额定电压为U，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么()AL1和L2都能正常工作BL1和L2都不能正常工作C交流电源电压为2UD交流电源电压为4U【解析】四个灯泡完全相同则电阻均为L3和L4恰能正常工作则RUI1RRUIInnI22112121221nnII根据小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.7/16又因为所以的电流电压均为所以均能正常发光。432III43LL、RUII43U设交流电源的电压为根据及则所以0UUUU2102121nnUUUU21UU40【另解】能量守恒：设交流电源的电压为根据能量守恒，0UUIPUIP10144灯总所以UU40【例题三】如图所示，一理想变压器由一个原线圈和两个副线圈组成，匝数比，a、b端接正弦交流电，电路中电阻，其余电阻均不计。若消耗的功率为，则消耗的功率为1:2:3::321nnn321RRR3RP1RA.9PB.P925C.PD.P3591【解析】方法一：设原线圈的电压为则副线圈的电压分别为、UU32U31因为的功率，则的功率3RPRURUP931223）（2RPRURUP49432222）（根据能量守恒原线圈的输入功率为，则那么消耗的功率又因为所以。P5UPI511RRUPRIP2211)5(PUR9129251PP小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.8/16方法二：设原线圈的电压为则副线圈的电压分别为、设中的电流为则中的电流为，设中的电流为则由能量守恒得所以UU32U313RI2RI21R1IUIUIUI1323II351解法三：由得根据则332211nInInI3135IIRIP2925::23211IIPP所以。PRIRIP9259252211【例题四】如图所示，某理想变压器有一个原线圈，匝数匝，接220伏电路上，另有两个副线圈，甲线圈匝数匝，线圈中电流为安，另一个乙线圈两端电压伏，电流为=0.5安。求n11320n230I212.U310I3（1）乙线圈的匝数和甲线圈两端的电压。（2）原线圈中的电流。解：（1）∵nnUU1313∴匝nUnU331110132022060·∵UUnn1212∴UUnn21212203013205·V（2）∵PPP123∴I12201250510..小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.9/16得。IA1005.巩固训练1、（海南卷）如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值R=11R0，是理想电压表；现将负载电阻的阻值减小为R=5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表读数为5.0V，则A.此时原线圈两端电压的最大值约为34VB.此时原线圈两端电压的最大值约为24VC.原线圈两端原来的电压有效值约为68VD.原线圈两端原来的电压有效值约为48V【答案】AD2、（全国卷）一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3:1，在原、副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220V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，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则UA.B.9166k,VU9122k,VUC.D.3166k,VU3122k,VU答案：A小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.10/163如图，理想变压器的原、副线圈的匝数比为2：1，在原、副线圈的回路中接入的电阻阻值均为R，电压表和电流表均为理想电表，以a、b端接有电压为220sin1OπtV的交流电，开关S处于断开状态时，设电压表读数为U，原、副线圈回路中电阻R消耗的功率之比为k，则2A.U=88V，14kB.U=110V，k=4C.当开关闭合时，电流表的示数会成小D.当开关闭合时，电压表的读数会减小答案：AD三、理想变压器动态分析⑴电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2=U1，可简述为“原制约副”。21nn12nn⑵电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1=I2，可简述为“副制约原”。小初高教案、学案、试题、试卷精选资料Heoftentoldhisfriendsabouthisgoldfishandtheyoftenwenttoseethem.Mr.Brownwasveryhappy.11/16⑶负载制约：①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1+P负2+…；②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2=；动态分析问题的思路程序可表示为：U1P122222121IRUIUnnUU决定决定负载决定决定1112211211)(UIPIUIUIPP【例题1】如图，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，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则：A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B.保持