2020版高中物理 第五章 习题课四 变压器问题课件 新人教版选修3-2

习题课四变压器问题课堂探究突破要点类型一理想变压器的动态分析[例1]如图所示,为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器触头,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流强度,则以下说法错误的是()A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大B.保持U1及P的位置不变,S由b合到a时,R消耗的功率将减小C.S合在a处,保持U1不变,使P上滑,I1将增大D.S合在a处,保持P的位置不变,若U1增大,I1将增大C审题指导题干关键获取信息理想变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率S由a合到b变压器原线圈的匝数减少,副线圈的电压增加使P上滑副线圈上的负载电阻的阻值变大解析:S由a合到b时,n1减小,由12UU=12nn可知U2增大,P2=22UR,P2随之增大,而P2=P1,又P1=U1I1,从而I1增大,故A正确;S由b合到a时,与上述情况相反,P2应减小,故B正确;P上滑时,R增大,因P2=22UR,所以P2减小,又P1=P2,P1=U1I1,从而I1减小,故C错误;若U1增大,由12UU=12nn可知U2增大,所以P2增大,因而I2增大,由12II=21nn,所以I1也增大,故D正确.规律方法理想变压器动态变化的分析技巧(1)理想变压器动态变化的两种基本情况①匝数比不变,负载变.a.电压分析:U1不变,根据12UU=12nn,不论负载电阻R如何变化,U2不变.b.电流分析:当负载电阻发生变化时,I2=2UR变化,由于12II=21nn,故I1发生变化.c.功率分析:I2变化引起P2=U2I2变化,P1=P2,故P1发生变化.②负载电阻不变,匝数比变.a.电压分析:U1不变,12nn发生变化,根据12UU=12nn,U2变化.b.副线圈电流分析:R不变,U2变化,故I2=2UR发生变化.c.功率分析:根据P2=22UR,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化.d.原线圈电流分析:根据P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化.(2)动态问题的分析思路可表示为U1=U2I2I1P1[跟踪训练1](2019·辽宁沈阳检测)如图所示,T为理想变压器,A1,A2为交流电流表,R1,R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,原线圈两端接恒压交流电源,当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时()A.A1的读数变大,A2的读数变大B.A1的读数变大,A2的读数变小C.A1的读数变小,A2的读数变大D.A1的读数变小,A2的读数变小A解析:当滑动触头向下滑动时,R3↓,R总↓,I=UR总,U不变I↑,UR1↑,U并=(U-UR1)↓,通过R2的电流IR2↓,IA2=(I-IR2)↑,A2的示数变大,由原、副线圈电流与匝数成反比,可知A1的示数变大.类型二有多个副线圈的变压器[例2]如图所示,接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为()A.1∶1∶1B.3∶2∶1C.6∶2∶1D.2∶2∶1B审题指导题干关键获取信息灯泡A串联在原线圈上电源电压U1不等于原线圈电压,把原线圈所在电路当做一回路处理,原线圈相当于一非纯电阻用电器有两个副线圈两个副线圈两端电压与原线圈电压的比值等于匝数比,原线圈的输入功率等于两个副线圈的输出功率之和解析:灯泡正常发光,可得UA=UB=UC=UD,所以U2=2U3.则23nn=23UU=332UU=21,所以n2=2n3.同理,灯泡正常发光,功率相等,即PA=PB=PC=PD.由P=I2R,得IA=IB=IC=ID,即I1=I2=I3.由U1I1=U2I2+U3I3得n1I1=n2I2+n3I3,即n1=n2+n3=2n3+n3=3n3,所以n1∶n2∶n3=3∶2∶1,故B正确.规律方法解决有多个副线圈问题的技巧(1)电压比等于匝数比仍然成立,11Un=22Un=33Un=….(2)解决问题的突破口:理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入=P出,I1U1=I2U2+I3U3+….(3)电流比与匝数比的关系:n1I1=n2I2+n3I3+….[跟踪训练2]如图所示,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“6V2W”的小灯泡,L2是“12V4W”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()CA.160AB.130AC.120AD.110A解析:对多个副线圈,其电压关系有:11Un=22Un=33Un,由于输入功率和输出功率相等,有n1I1=n2I2+n3I3.两灯正常发光,对L1必有U2=6V,I2=22PU=13A,对L2有U3=12V,I3=33PU=13A.原线圈上电压U1=12nnU2=100050×6V=120V,副线圈上总的输出功率P出=PL1+PL2=2W+4W=6W,原线圈上输入功率P入=P出=6W.原线圈中的电流I1=1PU入=6120A=120A,故C正确.要点三变压器和分压器[例3]如图(甲)、(乙)所示电路中,当A,B接10V交变电压时,C,D间电压为4V;M,N接10V直流电压时,P,Q间电压也为4V.现把C,D间接4V交变电压,P,Q间接4V直流电压,下面哪个选项可表示A,B间和M,N间的电压()A.10V,10VB.10V,4VC.4V,10VD.10V,0B解析:对于题图(甲),当A,B作为输入端,C,D作为输出端时,相当于一个降压变压器,两边电压之比等于两边线圈的匝数之比,当C,D作为输入端,A,B作为输出端时,相当于一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所以C,D接4V交变电压时,A,B间将得到10V电压.题图(乙)是一个分压电路,当M,N作为输入端时,上、下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比.但是当把电压加在P,Q两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻中没有电流,两端也就没有电势差,即M,P两点的电势相等.所以当P,Q接4V直流电压时,M,N两端的电压也是4V,故选项B正确.规律方法变压器和分压器的区别(1)变压器是一种电感性仪器,是根据电磁感应原理工作的;而分压器是一种电阻性仪器,是根据电阻串联分压原理工作的.(2)变压器只能改变交流电压,不能改变直流电压;而分压器既可改变交流电压,也可改变直流电压.(3)变压器可以使交流电压升高或降低;而分压器不能使电压升高.(4)对于理想变压器,电压与线圈匝数成正比,即Uab∶Ucd=n1∶n2;而对于分压器,电压与电阻成正比,即Uef∶Ugh=Ref∶Rgh.(5)若在cd间、gh间分别接入负载电阻R0后,对于变压器,Ucd不随R0的变化而变化;而对于分压器,Ugh将随R0的增大而增大,随R0的减小而减小.(6)理想变压器工作时,穿过铁芯的磁通量是一定的,线圈两端的电压遵循法拉第电磁感应定律,两线圈中存在E1=n1t,E2=n2t.而分压器工作时,回路电流为定值,遵循欧姆定律,即Uef=IRef,Ugh=IRgh.(7)理想变压器的输入功率随输出功率的变化而变化,且始终相等,即P入=P出;而分压器空载时,输入功率P入=I2Ref不变.[跟踪训练3]如图所示是4种亮度可调的台灯的电路示意图,它们所用的白炽灯泡相同,且都是“220V40W”.当灯泡所消耗的功率都调至20W时,台灯消耗的功率最小的是()C解析:台灯的消耗功率包含灯泡和其他辅助器件的总功率.由四选项分析可知:C中理想变压器功率损耗为零,电源输出的总功率(台灯消耗功率)等于灯泡的功率20W.而其他选项中,不论滑动变阻器是分压接法还是限流接法,滑动变阻器上总有功率损耗,台灯的消耗功率都大于20W,故选项C正确.随堂演练检测效果1.(2019·广西南宁检测)一理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,如图所示,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)()A.V1,V2不变,A1增大,A2减小,P入增大B.V1,V2不变,A1,A2增大,P入增大C.V1,V2不变,A1,A2减小,P入减小D.V1不变,V2增大,A1,A2减小,P入减小C解析:因输入电压和线圈匝数不变,由12UU=12nn知输出电压不变,所以V1,V2的示数不变.滑片上移,则负载电阻增大,由I2=2UR知I2减小,所以A2的示数减小.由12II=21nn知I1减小,所以A1的示数也减小.由P出=U2I2得,当I2减小时,P出减小,又P出=P入,所以P入减小,故C正确.2.在如图所示的两电路中,当a,b两端与e,f两端分别加上220V的交流电压时,测得c,d间与g,h间的电压均为110V;若分别在c,d与g,h的两端加上110V的交流电压,则a,b间与e,f间的电压分别为()A.220V,220VB.220V,110VC.110V,110VD.220V,0B解析:对变压器,根据12UU=12nn可得Uab=220V;对分压器来说,当gh间接上110V交流电压时,ef间电压Uef=110V,故B正确.3.一理想变压器的原、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U.原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则()AA.U=66V,k=19B.U=22V,k=19C.U=66V,k=13D.U=22V,k=13解析:设原、副线圈中的电流分别为I1,I2,则12II=21nn=13,故k=2122IRIR=19.设原线圈两端的电压为U1,则1UU=12nn=31,故U1=3U,而与原线圈串联的电阻电压为I1R=23I·R=13U,故3U+3U=220V,解得U=66V,故A正确.4.(2019·黑龙江双鸭山检测)(多选)如图所示是一台理想自耦变压器,在a,b之间接正弦交流电,A,V分别为理想交流电流表和交流电压表.若将调压端的滑动头P向上移动,则()A.电压表V的示数变大B.变压器的输出功率变小C.电流表A的示数变小D.电流表A的示数变大BC解析:a,b间为原线圈,当P向上移动时,原线圈匝数增多,原、副线圈匝数比变大,由变压规律12UU=12nn知,U1不变,U2变小,电压表V的示数变小,R不变,由P2=22UR可知,变压器的输出功率P2变小,故A错误,B正确,由P2=P1=U1I1可知,I1变小,故C正确,D错误.5.(多选)有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节,如图所示,在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交流电源,则()A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变小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BC解析:保持Q的位置不动,副线圈匝数不变,由12UU=12nn知U2不变,当P向上滑动时,R变大,由I2=20URR知I2减小,I1减小,故电流表的读数变小,故A错误,B正确;保持P的位置不动,将Q向上滑动时,副线圈的匝数增多,由12UU=12nn知U2增大,由I2=20URR知I2增大,I1增大,故电流表的读数变大,故C正确,D错误.