人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學案：專題拓展課四 理想變壓器的綜合問題

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1專題拓展課四理想變壓器的綜合問題〖學習目標要求〗1.綜合應用變壓器的原理和基本關系分析電路的動態(tài)變化。2.能夠利用變壓器的基本關系和能量守恒定律分析原線圈含電阻的變壓器問題。拓展點1理想變壓器的動態(tài)電路分析1．制約關系(1)電壓：原決定副根據(jù)變壓器的原理可知，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，U2＝eq\f(n2,n1)U1。當U1不變時，不論負載電阻R的阻值變化與否，U2都不會改變。(2)電流：副決定原輸出電流I2決定輸入電流I1。當負載電阻R的阻值增大時，I2減小，則I1相應減??；當負載電阻R的阻值減小時，I2增大，則I1相應增大。因此，在使用變壓器時不能使變壓器副線圈短路。(3)功率：副決定原輸出功率P2決定輸入功率P1。理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等，即P2＝P1。在輸入電壓U1一定的情況下，當負載電阻R的阻值增大時，I2減小，則P2＝I2U2減小，P1也將相應減??；當負載電阻R的阻值減小時，I2增大，P2＝I2U2增大，則P1也將增大。利用以上關系可解決變壓器的電壓、電流、功率等問題。2．常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1。(2)負載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。3．特別提醒(1)理想變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時總是“量出為入”，即用戶消耗多少，原線圈就提供多少，因而輸出功率決定輸入功率。(2)可以把理想變壓器的副線圈看作給用戶供電的無阻電源，對負載電路進行動態(tài)分析時，可以參照直流電路動態(tài)的分析方法?！祭?〗(2021·河北唐山市高二期末)如圖是街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。如果變壓器的輸入電壓不變，變壓器上的能量損失可以忽略，當R的滑片向下移時()A．電壓表V2示數(shù)變小 B．電壓表V3示數(shù)變大C．電流表A2示數(shù)變大 D．電流表A1示數(shù)變小〖答案〗C〖解析〗原線圈電壓不變，匝數(shù)比不變，所以副線圈電壓不變，即電壓表V2示數(shù)不變，A錯誤；當R的滑片向下移時，有效電阻減小，則副線圈電流變大，電流表A2示數(shù)變大，根據(jù)原、副線圈電流關系，電流表A1示數(shù)變大，C正確，D錯誤；副線圈電流變大，則R0兩端的電壓增大，而副線圈兩端的總電壓不變，所以R兩端的電壓減小，即電壓表V3示數(shù)變小，B錯誤?！坚槍τ柧?〗(2021·江蘇蘇州市高二期末)如圖甲所示電路，理想變壓器原線圈輸入電壓如圖乙所示，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器，C為耐壓值為22V的電容器，所有電表均為理想電表。下列說法正確的是()A．原、副線圈中磁通量變化率的最大值之比等于原、副線圈匝數(shù)比B．原、副線圈匝數(shù)比大于10∶1時，可保證電容器C不被擊穿C．滑動片P向下移時，電流表A1和A2示數(shù)均增大D．滑動片P向下移時，電壓表V1示數(shù)不變，變壓器的輸出功率也不變〖答案〗C〖解析〗根據(jù)理想變壓器的定義，原、副線圈共用同一個磁路，所以原、副線圈中磁通量變化率的最大值相等，A錯誤；電容器的耐壓值22V指的是最大值，若原、副線圈匝數(shù)比等于10∶1時，副線圈兩端電壓最大值是31.1V，高于電容器的耐壓值22V，電容器C一定被擊穿，當原、副線圈匝數(shù)比大于10∶1時，也不能保證電容器C不被擊穿，B錯誤；滑動片P向下移時，滑動變阻器的阻值減小，而原、副線圈兩端的電壓U1、U2保持不變，則副線圈的電流I2增大，而匝數(shù)比不變，所以原線圈的電流I1也增大，故電流表A1和A2示數(shù)均增大，變壓器的輸出功率P2＝U2I2增大，C正確，D錯誤。拓展點2原線圈含電阻的變壓器問題對于一組原、副線圈電路，電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律成立，即eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)；但要注意電壓與匝數(shù)成正比關系成立的條件，原線圈接有用電器時，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)中U1指的是原線圈兩端電壓，而不是電源電壓。原線圈兩端電壓和與原線圈串聯(lián)的用電器兩端電壓之和等于電源電壓?！祭?〗(多選)(2021·山西朔州市高二期末)如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶2，原線圈接有阻值為1Ω的定值電阻R0，副線圈接有兩個阻值均為2Ω的定值電阻R1、R2，A、B兩端接在u＝5eq\r(2)sin(100πt)V的電源上，則下列說法正確的是()A．R0兩端的電壓為4VB．R1兩端的電壓為4VC．R0消耗的電功率為20WD．R2消耗的電功率為2W〖答案〗AD〖解析〗通過原、副線圈的電流之比為eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(2,1)原、副線圈兩端的電壓之比為eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(1,2)定值電阻R0、R1兩端的電壓分別為U0＝I1R0，U2＝eq\f(I2,2)R1又U0＋U1＝U＝5V聯(lián)立解得I1＝4A、I2＝2AR0兩端的電壓和消耗的電功率分別為U0＝I1R0＝4V，P0＝Ieq\o\al(2,1)R0＝16W，A項正確，C項錯誤；R1兩端的電壓為UR1＝U2＝eq\f(I2,2)R1＝2VR2消耗的電功率為P＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I2,2)))2R2＝2W，B項錯誤，D項正確?！坚槍τ柧?〗(多選)如圖所示，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是()A．原、副線圈匝數(shù)比為9∶1B．原、副線圈匝數(shù)比為1∶9C．此時a和b的電功率之比為9∶1D．此時a和b的電功率之比為1∶9〖答案〗AD〖解析〗設燈泡的額定電壓為U0，兩燈泡均能正常發(fā)光，所以原線圈兩端電壓為U1＝9U0，副線圈兩端電壓為U2＝U0，故eq\f(U1,U2)＝eq\f(9,1)，eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(9,1)，選項A正確，B錯誤；根據(jù)公式eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可得，eq\f(I1,I2)＝eq\f(1,9)，由于小燈泡兩端的電壓相等，所以根據(jù)公式P＝UI可得，燈泡a和b的電功率之比為1∶9，選項C錯誤，D正確。1．(理想變壓器的動態(tài)電路分析)如圖所示的變壓器，a線圈接交流電源，b線圈接交流電壓表，下列說法正確的是()A．只增加b線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大B．只增加a線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大C．同時增加a、b兩線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大D．只改變a線圈兩端的電壓，電壓表的示數(shù)不變〖答案〗A〖解析〗電壓表示數(shù)設為Ub，交流電源電壓設為Ua，則eq\f(Ub,Ua)＝eq\f(nb,na)，所以只增加nb，Ub一定增大，A正確；而只增加na，Ub一定減小，B錯誤；na、nb都增加，Ub不一定增大，C錯誤；只改變Ua，Ub一定改變，D錯誤。2．(原線圈含電阻的變壓器問題)(多選)(2021·河北唐山市高二期末)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220V的正弦交流電源上，則()A．原、副線圈兩端的電壓之比為2∶1B．原、副線圈中的電流之比為2∶1C．原線圈兩端的電壓為88VD．副線圈兩端的電壓為88V〖答案〗AD〖解析〗根據(jù)變壓器電壓變化規(guī)律得eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(2,1)，A正確；根據(jù)變壓器電流變化規(guī)律得eq\f(I1,I2)＝e