14.4变压器动态变化（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

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第13.4讲 变压器动态变化
【知识点精讲】
1．理想变压器中各量的制约关系
（1）电压制约关系：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定：U2＝ eq \f(n2,n1) U1
（2）电流制约关系：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定：I1＝ eq \f(n2,n1) I2
（3）功率制约关系：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
2．理想变压器的动态分析问题的两种情况
(1)匝数比不变，负载变化的情况。
(2)负载电阻不变，匝数比变化的情况。
【方法归纳】
解决理想变压器电路动态分析问题的一般思路
(1)分清不变量和变量。
(2)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。
(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。
两种情况的分析思路：
1. 匝数比不变，负载变化的情况的分析思路
一般电路如图所示，
(1)U1不变，根据 eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) ，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变。
(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化。
(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化。
2. 负载电阻不变，匝数比变化的情况的分析思路更多课件 教案 视频 等优质滋源请 家 威杏 MXSJ663 一般电路如图所示。
(1)U1不变， eq \f(n1,n2) 发生变化，U2变化。
(2)R不变，U2变化，I2发生变化。
(3)根据P2＝ eq \f(U22,R) 和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。
【最新高考题精练】
1．（2021高考新课程II卷海南卷）如图，理想变压器原线圈接在的交流电源上，副线圈匝数可通过滑片P来调节．当滑片P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比，为了使图中“，”的灯泡能够正常发光，下列操作可行的是（ ）
A．仅将滑片P向上滑动
B．仅将滑片P向下滑动
C．仅在副线圈电路中并联一个阻值为的电阻
D．仅在副线圈电路中串联一个阻值为的电阻
【参考答案】BD
【名师解析】理想变压器原线圈接在的交流电源上，原线圈输入电压U1=220V，若原、副线圈的匝数比，则副线圈输出电压为110V，大于灯泡额定电压100V，为了使图中“，”的灯泡能够正常发光，可以仅将滑片P向下滑动，降低输出电压，也可仅在副线圈电路中串联一个阻值为的电阻，选项BD正确。
3、 (2021·新课程湖北卷·6)如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻．在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中( )
A．电流表A1示数减小
B．电流表A2示数增大
C．原线圈输入功率先增大后减小
D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大
【参考答案】 A
【名师解析】 由于原线圈所接电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出电压恒定，滑动变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，则由欧姆定律得I2＝eq \f(U2,R副)，可知副线圈的电流逐渐减小，由eq \f(n1,n2)＝eq \f(I2,I1)，可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小，故A正确，B错误；原线圈的输入功率为P入＝U1I1，由于I1逐渐减小，则原线圈的输入功率逐渐减小，故C错误；滑片从a端向b端滑动时，副线圈干路电流减小，滑动变阻器右半部分和R并联总电阻减小，则并联部分分压减小，由PR＝eq \f(U2,R)知，定值电阻R消耗的功率减小，故D错误．
4. （2021新高考湖南卷）如图，理想变压器原、副线圈匝数比为，输入端、接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡、的阻值始终与定值电阻的阻值相同。在滑动变阻器的滑片从端滑动到端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（ ）
A. 先变暗后变亮，一直变亮
B. 先变亮后变暗，一直变亮
C. 先变暗后变亮，先变亮后变暗
D. 先变亮后变暗，先变亮后变暗
【参考答案】A
【命题意图】本题考查变压器动态变化及其相关知识点。
【解题思路】在滑动变阻器R的滑片从a滑动到b的过程中，在滑动R的中点时，变压器负载电阻最大，输出电流和输出电功率最小，灯泡L2一直变亮，灯泡L1先变暗后变亮，选项A正确BCD错误。
【名师点评】两个电阻并联，若两个电阻之和为定值，当两个电阻阻值相等时，并联等效电阻最大。
5．（2020高考北京卷）如图所示， 理想变压器原线圈接在的交流电源上， 副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后
A．电流表的示数减小
B．电压表的示数减小
C．电压表的示数不变
D．电流表的示数不变
【参考答案】A
【命题意图】本题考查变压器动态变化及其相关知识点。
【解题思路】闭合开关S后，副线圈输出电流增大，电压表V1示数不变，V2示数减小，A2示数减小，选项A正确BC错误；根据变压器的输出电功率决定输入电功率，可知副线圈输出电流增大，导致变压器输入电流增大，即电流表A1的示数增大，选项D错误。
【最新模拟题精练】
1. . (2023鄂东南省级示范性高中教育改革联盟5月模拟)如图所示，两接线柱间接入电压恒定的交流电，三个灯泡、、的规格完全相同，变压器可视为理想变压器，在以下各种操作中电路元件都没有损坏，下列说法正确的是（ ）
A. 仅使滑片M上移，灯泡变暗
B. 仅使滑片M上移，灯泡、都变亮
C. 仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，电流表示数一直增大
D. 仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，灯泡中的电流一直增大
【参考答案】D
【名师解析】
设输入端电压U0，初级电流电压I1、U1次级电流电压I2、U2，每个灯泡电阻R，次级总电阻R2则
解得
可知当仅使滑片M上移时，减小，则I1变大，灯泡变亮，灯泡两端电压变大，则变压器输入电压减小，则变压器输出电压大小不能确定，则灯泡、不一定都变亮，选项AB错误；
仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，则整个并联部分的总电阻先变大后变小，副线圈电压不变，则副线圈电流，即电流表示数先减小后增大，选项C错误；仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，灯泡所在支路电阻逐渐减小，则灯泡中的电流一直增大，D正确。
2. （2023山东烟台一模）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为，电源的输出电压，定值电阻，，滑动变阻器的最大阻值为，a、b为滑动变阻器的两个端点，所有电表均为理想电表。现将滑动变阻器滑片P置于a端，则（ ）
A. 电流表示数为1.5A
B. 电压表示数为15V
C. 滑片P由a向b缓慢滑动，消耗的功率增大
D. 滑片P由a向b缓慢滑动，变压器的输出功率减小
【参考答案】C
【名师解析】
题图的电路图可以等效为
设原线圈两端电压为，副线圈两端电压为，又因为理想变压器原副线圈的功率相等，有
整理有
电源的电压输出为，因为电流表和电压表测量的为有效值，电源的有限值为30V，电流表的示数为
原线圈两端电压的有效值为
电压表测量的是副线圈两端的电压，即
整理有
故AB错误；
C．当滑片P从a向b缓慢滑动过程中，其电阻的阻值减小，根据电流规律可知，其总电阻减小，结合之前的分析可知，其电流将增加，即流过电阻的电流变大，根据
可知，电阻不变，电流变大，所以功率变大，故C项正确；
D．由之前的分析，电路图等效为
当滑片在a端时，其等效电阻为
当滑片在b端时，其等效电阻为
可以将电阻与电源放在一起，等效成新电源，其副线圈输出功率变为新电源的输出功率，有电源的输出功率的规律可知，当等效电阻等于新电源的内阻时，即等效电阻为时，其输出功率最大，所以在滑片从a向b缓慢滑的过程中，其副线圈的输出功率先增大，后减小，故D项错误。
故D项错误。
3. （2023湖南新高考联盟第一次联考） 如图所示为理想变压器，其原、副线圈匝数比为k，所接电源为有效值恒定的正弦交流电压，且不计电源内阻。原线圈接有定值电阻，副线圈接有定值电阻、，以及滑动变阻器，四个理想交流电表的连接如图所示。现将的滑动触头向下滑动少许，电表的示数变化量的绝对值分别为、、、，则下列说法正确的是（ ）
A. 电压表示数减小，电流表的示数减小
B. 电压表的示数增大，电流表的示数增大
C.
D.
【参考答案】D
【名师解析】
滑动变阻器的触头向下滑动，则副线圈电路电阻值增大，作出该变压器的等效电路如图所示，可知等效电阻增大，则电流表示数减小，从而示数也减小，又因为分压减小，示数增大，由变压比可知示数增大，AB两项错误；
C．由原副线圈电压比与匝数比的关系可得
可知
由原副线圈电流比与匝数比的关系可得
可知
则有
则有
C选项错误；
由以上分析可知 ，
则有
D选项正确。
4. （2023河南开封二模）如图所示，b是理想变压器原线圈的中心抽头，灯泡、的铭牌上均标注“，”字样，电流表为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图所示的交流电，当单刀双掷开关与b连接时，灯泡恰好正常发光，则（ ）
A. 理想变压器原副线圈匝数之比为
B. 1秒内流过灯泡的电流方向改变50次
C. 当单刀双掷开关与b连接时，向上移动滑片P，两灯泡均变暗
D. 当单刀双掷开关由b扳向a时，电流表的示数变大
【参考答案】A
【名师解析】
b是理想变压器原线圈的中心抽头，当单刀双掷开关与b连接时，灯泡恰好正常发光，灯泡的额定电压为，而由原线圈c、d两端所加交流电的图像可得此交流电的有效值为，则有
解得 ，故A正确；
由原线圈c、d两端所加交流电的图像可得交流电的变化周期为，可知其频率为，正弦式交流电的方向一个周期内改变两次，因此可知1秒内流过灯泡的电流方向改变100次，故B错误；
C．当单刀双掷开关与b连接时，向上移动滑片P，滑动变阻器的接入电路中的阻值增大，副线圈所在回路中的总电阻增大，则副线圈回路中的电流减小，由于原线圈两端的电压不变，因此副线圈两端的电压也不变，而灯泡两端的电压等于副线圈两端的电压，故灯泡正常发光，流过灯泡的电流不变，但灯泡与灯泡并联，从而分流，而干路电流减小，则可知通过灯泡的电流减小，因此将变暗，故C错误；
当单刀双掷开关由b扳向a时，原线圈的匝数增大，原线圈与副线圈的匝数比增大，而原线圈两端的电压不变，又原副线圈两端的电压比等于匝数比，因此可知副线圈两端的电压减小，副线圈中的电流减小，导致原线圈中的电流减小，则接在原线圈回路中的电流表的示数减小，故D错误。
。
5.(2023湖南怀化名校联考)如图所示，发电机可输出频率一定、电压有效值恒为U的正弦交流电，变压器原、副线圈的匝数分别为、，变压器可视为理想变压器。开始时开关断开，闭合，四个灯泡亮度相同。灯泡规格一样且不计灯丝电阻随温度的变化。下列说法正确的是（ ）
A. 变压器原、副线圈匝数比
B. 发电机输出电压U与一个灯泡两端电压的比为
C. 若开关闭合，则灯泡变亮，、变暗
D. 若开关断开，则灯泡、变暗，变亮
【参考答案】D
【名师解析】
根据理想变压器的规律有，可知原、副线圈匝数比为2∶1，故A错误；
又
故
即，故B错误；
研究灯泡亮度变化时，可把变压器和其右侧电路等效为一个电阻，对理想变压器有，
当闭合开关时，等效电阻不变，灯泡被短路，总电阻减小，总电流增大，灯泡分压变大，变亮，等效电阻分压变大，即原线圈两端电压变大，灯泡、变亮，故C错误；
当开关断开时，等效电阻，变大，分压变大，即原线圈两端电压变大，灯泡变亮，灯泡、的分压变小，、变暗，D正确。
6. （2022湖南长沙长郡中学模拟）如图甲所示，理想变压器原，副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1，R3为定值电阻，R2为NTC型热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为70 V的电容器，所有电表均为理想电表．下列判断正确的是( )
A. 当单刀双掷开关与A连接，传感器R2所在处温度升高，A1的示数变大，A2的示数减小
B. 当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为25 Hz
C. 当单刀双掷开关由A→B时，电容器C不会被击穿
D. 其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍
【参考答案】AC
【名师解析】
若传感器R2所在处温度升高，R2的阻值减小，根据欧姆定律知，副线圈的电流变大，所以原线圈电流跟着变大，即A1的示数变大，R2与R1并联后的总电阻减小，故在副线圈中分的电压减小，所以A2的示数减小，故A正确；交流电的频率与匝数无关，不会发生变化，还是50Hz，所以B错误；
原线圈电压最大值为220V，当单刀双掷开关由A→B时，匝数之比为5:1，根据变压规律可得副线圈电压最大值为44V ，小于电容器的耐压值，故电容器不会被击穿，所以C正确；
D．开关由A→B时，副线圈电压U2为原来的2倍，输出功率，为原来的4倍，所以D错误。
7. （2023河南名校调研）图示电路中，变压器为理想变压器，在变压器的原线圈接一交变电流，交变电流的电压有效值恒定不变。副线圈接有灯泡L1和L2（设灯泡的电阻保持不变）和热敏电阻R。已知热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，下列说法正确的是（ ）
A. 只将热敏电阻的温度升高，理想电流表的示数变小
B. 只将热敏电阻的温度升高，灯L2变亮
C. 只将S2从4拨向3时，理想电流表示数变大
D. 只将S1从2拨向1时，理想电流表示数变小
【参考答案】AB
【名师解析】
只将热敏电阻的温度升高，热敏电阻的阻值增大，副线圈电路中电阻增大，电流变小，变压器线圈匝数比不变，理想电流表的示数变小，故A正确；
只将热敏电阻的温度升高，热敏电阻的阻值增大，与L2并联后的总电阻R并变大，由串联电路分压原理可知，L2两端电压升高，灯L2变亮，故B正确；
只将S2从4拨向3时，原、副线圈匝数比变小，副线圈两端电压变小，副线圈功率变小，原线圈功率变小，理想电流表示数变小，故C错误；
只将S1从2拨向1时，原、副线圈匝数比变大，副线圈两端电压变大，副线圈功率变大，原线圈功率变大，理想电流表示数变大，故D错误。
8. （2022陕西宝鸡陈仓区二模）由半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，经常用于火警报警装置。如图甲所示是一火警报警器的电路示意图，理想变压器原线圈接入图乙所示的正弦交流电，副线圈与理想电压表、理想电流表、热敏电阻及报警器（有内阻）组成闭合电路，流过报警器的电流超过时就会发出警报声。则以下判断正确的是（ ）
A. 变压器原线圈两端交变电压
B. 当所在处出现火情时，变压器输入功率增大
C. 当所在处出现火情时，电压表示数增大
D. 在时，电流表示数为
【参考答案】B
【名师解析】
由图乙可知变压器原线圈两端交变电压为
A错误；当所在处出现火情时，可知减小，根据欧姆定律可得
副线圈输出功率为
可知副线圈输出功率增大，即变压器输入功率增大，B正确；
当所在处出现火情时，可知减小，根据欧姆定律可得
可知副线圈电流增大，两端电压为
可知两端电压减小，即电压表示数减小，C错误；
电流表示数为电流有效值，故在时，电流表示数不为，D错误；
9. （2021广东惠州第三次调研）如图甲所示的电路中，S为单刀双掷开关，电表为理想电表，Rt为热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），理想变压器原线圈接如图乙所示的正弦交流电，则
A.变压器原线圈中交流电压u的表达式
B.开关S接在a端，Rt温度升高时，变压器的输入功率变小
C.开关S接在a端，Rt温度升高时，电压表和电流表的示数均变大
D.开关S由a切换到b，Rt消耗的功率变小
【参考答案】.D
【命题意图】本题考查变压器动态变化及其相关知识点。
【解题思路】由交变电压图像可知，交变电流周期T=0.02s，所以变压器原线圈中交流电压u的表达式，选项A错误；开关S接在a端，Rt温度升高时，热敏电阻的阻值减小，变压器输出电流增大，输出电功率增大，变压器的输入功率变大，选项B错误；开关S接在a端，Rt温度升高时，热敏电阻的阻值减小，变压器输出电流增大，输出电压不变，电压表示数不变，电流表的示数变大，选项C错误；开关S由a切换到b，变压器副线圈匝数减小，输出电压减小，由平面的里可知输出电流减小，Rt消耗的功率变小，选项D正确。