教科版高中物理选择性必修第二册第三章交流电专题强化9变压器的综合问题课件(59页PPT)

(共59张PPT)
[学习目标]
1.掌握变压器动态问题的分析方法。
2.掌握变压器原线圈有负载的电路的分析方法。
3.会解决自耦变压器和具有多个副线圈的变压器问题。
1.电压、电流、功率的制约关系
2.理想变压器动态问题的两种常见情况
(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况。
3.动态问题的分析思路
[例1]　(2025·南宁市高二期末)如图所示，理想变压器原线圈接稳压交流电源，R1为定值电阻，小灯泡与电阻箱R并联。现增大电阻箱R的阻值，小灯泡可视为定值电阻。则下列说法正确的是(　　)
A.变压器的输出功率增大
B.变压器的输出功率先减小后增大
C.小灯泡的电功率减小
D.小灯泡的电功率增大
D
解析　增大电阻箱R的阻值，副线圈总电阻增大，副线圈两端电压一定，通过副线圈的电流减小，变压器的输出功率减小，故A、B错误；副线圈电压一定，副线圈的电流减小，R1分压减小，小灯泡两端的电压增大，小灯泡的电功率增大，故C错误，D正确。
[例2]　(多选)如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U1为加在原线圈两端的交变电压(保持U1不变)，I1、I2分别为原、副线圈中的电流。下列说法正确的是(　　)
BC
A.S由b切换到a，R上消耗的功率减小
B.S由a切换到b，I2减小
C.S由b切换到a，I1增大
D.S由a切换到b，变压器的输入功率增大
解析　保持U1不变，S由b切换到a时，副线圈匝数增大，则输出电压U2增大，电流I2增大，R消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，输入功率也增大，故I1增大，A错误，C正确；S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，输出电流I2减小，所以根据P2＝I2U2知，P2减小，又因P1＝P2，所以变压器输入功率减小，B正确，D错误。
[总结提升]
理想变压器动态问题的处理方法
(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。
(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻的变化。
(3)根据闭合电路的欧姆定律，判断副线圈电流的变化、功率的变化。
(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判断原线圈电流的变化及输入功率的变化。
分析理想变压器原线圈接有负载的问题时，要明确原线圈所在的电路结构，从而确定各物理量之间的关系。
(1)负载与原线圈串联，如图甲所示。
(2)负载与原线圈并联，如图乙所示。
[例3]　(多选)在如图甲所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为定值电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
A.所用交流电的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
AD
[例4]　(多选)心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联，如图所示。心电图仪与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，将可变电阻R的阻值调小的过程中(　　)
A.原线圈两端的电压不变，副线圈两端的电压不变
B.通过原线圈的电流变大，通过副线圈的电流变大
C.当R＝R0时，R获得的功率最大
BD
1.自耦变压器
图甲所示是自耦变压器的示意图，这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作为原线圈，整个线圈作为副线圈，就可以升高电压。
调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，A、B之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。
2.有多个副线圈的变压器
如图，S1、S2都闭合：
(2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3。
(3)功率关系：P1＝P2＋P3。
[例5]　如图所示为理想自耦变压器，其中P为变压器上的滑动触头，Q为滑动变阻器上的滑片，则以下说法正确的是(　　)
A.适当调节变压器上的滑动触头P，该自耦变压器既可升压也可降压
B.滑片Q不动，滑动触头P逆时针转动，电流表读数变大
C.图示位置，U2>U1
D.滑动触头P不动，滑片Q缓慢向下滑动时，U2一直在减小
B
[例6]　(多选)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是(　　)
BC
1.(变压器的动态问题)如图所示，一自耦变压器接在交流电源上，V1、V2为理想交流电压表，下列说法正确的是(　　)
A.若P不动，滑片F向下滑动时，V1示数不变，V2示数变小
B.若P不动，滑片F向下滑动时，灯泡消耗的功率变大
C.若F不动，滑片P向上滑动时，V1示数不变，V2示数变大
D.若F不动，滑片P向上滑动时，灯泡消耗的功率变小
A
2.(变压器原线圈有负载的电路分析)如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表。下列说法正确的是(　　)
A.R1的电功率为40 W
B.电流表示数为1 A
C.副线圈两端电压为20 V
D.副线圈的输出功率为80 W
A
AC
A.仅将P顺时针旋转到合适位置
B.仅将P逆时针旋转到合适位置
C.仅将灯泡串联一个阻值为196 Ω的电阻
D.仅将灯泡并联一个阻值为196 Ω的电阻
4.(有多个副线圈的变压器)如图所示，接入理想变压器中的四个规格相同的灯泡均正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为(　　)
A.1∶1∶1 B.3∶2∶1
C.6∶2∶1 D.2∶2∶1
B
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[基础巩固练]
1.(多选)如图所示，理想交流电流表A1、A2，定值电阻R1、光敏电阻R2(阻值随光照强度增大而减小)，分别接在理想变压器的原、副线圈上。U0为正弦交流电源电压的有效值，且保持恒定。若减小光照强度，下列说法正确的是(　　)
A.原、副线圈两端电压U1、U2都不变
B.电流表A1、A2示数都减小
C.R1两端的电压减小
D.R1的电功率增大
ABC
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2.(多选)如图所示是一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑片，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则(　　)
ABD
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消耗的功率减小
C.保持U1不变，S合到a处时，使P上滑，I1将增大
D.保持P的位置不变，S合到a处时，若U1增大，I1将增大
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3.(多选)如图，理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头T调节，副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R0和R1、开关S。S处于闭合状态，在原线圈电压U0不变的情况下，为提高R1的热功率，可以(　　)
A.保持T不动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动
B.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片位置不变
C.将T向a端移动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动
D.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片向e端滑动
AC
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解析　保持T不动，根据理想变压器的性质可知副线圈中电压不变，当滑动变阻器R的滑片向f端滑动时，R与R1串联后的总电阻减小，电流增大，根据P＝I2R1可知此时热功率增大，故A正确；将T向b端移动，副线圈匝数变小，故副线圈两端电压变小，滑动变阻器R的滑片位置不变时，通过R1的电流减小，故热功率减小，故B错误；将T向a端移动，副线圈匝数增加，故副线圈两端电压变大，滑动变阻器R的滑片向f端滑动，R与R1串联后的总电阻减小，电流增大，此时热功率增大，故C正确；将T向b端移动，副线圈匝数减少，故副线圈两端电压变小，滑动变阻器R的滑片向e端滑动，R与R1串联后的总电阻增大，电流减小，此时热功率减小，故D错误。
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4.如图所示，理想变压器的原线圈与交流电源相连，当规格为“2 V　0.4 W”的灯泡正常发光时，R1消耗的功率为0.1 W，已知R1＝10 Ω，R2＝5 Ω，下列说法正确的是(　　)
A.变压器原线圈中的电流为0.2 A
B.变压器副线圈两端的电压为2 V
C.原、副线圈输入、输出的功率之比为2∶1
D.原、副线圈的匝数比为2∶1
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5.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶2，原线圈与定值电阻R1串联后，接入输出电压有效值恒定的正弦交流电。副线圈电路中负载电阻为可变电阻R2，A、V为理想交流电表。当R2＝2R1时，电流表的读数为1 A，电压表的读数为4 V，则(　　)
A.电源输出电压为6 V
B.电源输出功率为4 W
C.保持R1阻值不变，当R2＝8 Ω时，电压表的读数为6 V
D.保持R1阻值不变，当R2＝8 Ω时，变压器输出的功率最大
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6.某理想自耦变压器接入电路中的示意图如图甲所示，图乙所示是其输入电压u的变化规律。已知滑动触头P0在图示位置时，原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，电阻R＝22 Ω。下列说法正确的是(　　)
A.通过R的交变电流的频率为100 Hz
C
C.此时变压器的输入功率为22 W
D.将P0沿顺时针方向转动一些，电流表A1的示数变大
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7.(2025·重庆市高二期中)如图所示，理想变压器的匝数比为n1∶n2∶n3＝2∶1∶1，电阻R1＝R2＝R3＝R。当A、B两接线柱接正弦交流电时，通过R2的电流为I，则R1的功率为(　　)
B
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[能力提升练]
8.(2024·重庆卷)(多选)小明设计了台灯的两种调光方案，电路图分别如图甲、乙所示，图中额定电压为6 V灯泡的电阻恒定，R为滑动变阻器，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220 V的交流电，滑片P可调节灯泡L的亮度，P在R最左端时，甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作，则(　　)
AC
A.n1∶n2＝110∶3
B.当P滑到R中点时，图甲中L功率比图乙中的小
C.当P滑到R最左端时，图甲所示电路比图乙更节能
D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大
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9.(多选)图甲是手机无线充电器的示意图，其原理如图乙所示，该装置等效为理想变压器，当送电线圈接上220 V的正弦交变电流后，手机中的受电线圈中产生交变电流；送电线圈的匝数为N1，受电线圈的匝数为N2，且N1∶N2＝3∶1。两个线圈中所接的电阻R1、R2的阻值都为R，当用该装置给手机充电时，手机两端的电压为5 V，充电电流为2 A，则(　　)
A.若充电器线圈中通恒定电流，则手机线圈中
将产生恒定电流
B.受电线圈两端cd的输出电压为66.5 V
C.流过送电线圈与受电线圈的电流之比为1∶3
D.送电线圈所接电阻R1的两端电压为22.5 V
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10.(多选)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为3∶1，在原线圈回路中接有定值电阻R1＝900 Ω，副线圈回路中接有滑动变阻器R2，R2的最大阻值等于R1，原线圈一侧接u＝Umsin 100πt V的正弦式交流电源，电流表和电压表均为理想交流电表，电源内阻忽略不计。滑动变阻器滑片自上向下滑动时，下列说法正确的是(　　)
A.副线圈中交流电的频率为100 Hz
B.当R2＝100 Ω时R2消耗的功率最大
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11.光伏发电可以有效解决偏远农村地区用电难的问题，相对于传统发电机，光伏发电系统更为便捷，电池板只需安装在屋顶上，就可直接将太阳能转化为电能供应，完全不受供电通道的限制。如图，某户农家将输出电压U0＝220 V交流电的光伏发电系统接到变压器上，通过副线圈n2、n3分别向10只标称为“12 V　1.5 A”的灯泡和一台电动机供电，电动机线圈电阻r＝1.0 Ω，原线圈上所接灯泡L的额定电压UL＝40 V，副线圈n2的匝数为60匝。电路接通后，各用电器都正常工作，光伏发电系统的输出功率P0＝440 W，电压表的示数为36 V，变压器为理想变压器，求：
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(1)原线圈上所接灯泡L消耗的功率PL；
(2)变压器原线圈n1的匝数；
(3)电动机输出的机械功率P机。
答案　(1)80 W　(2)900匝　(3)155 W
解析　(1)根据题意，设原线圈上的电流为I1，则有P0＝U0I1，PL＝I1UL
解得PL＝80 W。
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C
A.理想电流表的初始示数为6 A
B.逐渐增大R2的阻值，灯泡L逐渐变暗
C.当R2＝26 Ω时，副线圈功率达到最大
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