【推荐】专题46 理想变压器的动态分析-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

【推荐】专题46 理想变压器的动态分析-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

一：专题概述 ‎1．常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。‎ ‎2．变压器动态问题的分析流程 二：典例精讲 ‎1．匝数比不变，负载改变 典例1： 如图所示，理想变压器原线圈输入电压U＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器．V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是(　　) ‎ A. I1和I2表示电流的瞬间值 B. U1和U2表示电压的最大值 C. 滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D. 滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小 ‎【答案】C 典例2：如图甲所示，有一个原、副线圈匝数比为4:1的理想变压器，图中的电压表和电流表均为理想电表，原线圈接如图乙所示的正弦式交流电，其中Rt为热敏电阻，R为定值电阻．下列说法正确的是(　　 )‎ A. 副线圈两端电压的瞬时值表达式为u′＝9sin50πt(V)‎ B. t＝0.02s时电压表V2的示数为9V C. 变压器原、副线圈中的电流之比和输入、输出功率之比均为1:4‎ D. Rt处温度升高时，电流表的示数变大，电压表V2的示数不变 ‎【答案】BD ‎2．匝数比改变，负载不变 典例3：一台理想变压器，开始时开关S接1，此时原、副线圈的匝数比是11∶1，原线圈接入电压为220 V的正弦交流电．一只理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上，如图所示．则下列判断正确的是(　　)‎ A. 原、副线圈中的功率之比为1∶1‎ B. 若只将S从1拨到2，电流表示数增大 C. 若开关S接1，滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω时，则1 min内滑动变阻器产生的热量为1 200 J D. 若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，则两电表示数均减小 ‎【答案】AC ‎3．匝数比、负载都改变 典例4：如图所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，使电灯L变暗，下列哪些措施可以使电灯L重新变亮 A. 其他条件不变，P1下移，同时P2上移 B. 其他条件不变，P1上移，同时P2下移 C. 其他条件不变，滑动变阻器滑动片P向下移动 D. 其他条件不变，断开电键S ‎【答案】AD ‎【解析】原线圈的输入电压降低，其他条件不变，P1下移，即原线圈匝数减少，P2上移，即副线圈匝数增多，由可以使U2增大，可以使电灯L重新变亮，故A正确；同理可知，B错误；原线圈的输入电压降低，其他条件不变，则副线圈电压减小，将滑动变阻器滑动片P向下移动，并联部分电阻减小，灯泡两端电压更小，灯泡不能变亮，故C错误．原线圈的输入电压降低，其他条件不变，则副线圈电压减小，断开电键S，并联部分电阻增大，副线圈中电流减小，R1分担电压减小，灯泡两端电压增大，可以使电灯L重新变亮，故D正确；故选AD．‎ 三 总结提升 ‎1．变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法 ‎(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．‎ ‎2．含有变压器的动态电路问题的解题思路：‎ 四 提升专练 ‎1.(多选)如图所示，理想变压器的原线圈a、b两端接正弦式交变电压，副线圈c、d两端通过输电线接三只相同的灯泡L1、L2、L3，输电线的等效电阻为R，当开关由原来的断开状态变为闭合状态时，下列说法正确的是(　　)‎ A．输电线上的电压增大 B．通过原线圈的电流增大 C．通过灯泡L1的电流减小 D．变压器的输入功率减小 ‎【答案】ABC ‎2.一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.在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,原线圈上加一交流电源,则以下说法正确的是( )‎ A. 保持P位置不动,将Q向下滑动时,电流表的读数变大 B. 保持P位置不动,将Q向上滑动时,变压器的输入功率变大 C. 保持Q位置不动,将P向下滑动时,电流表的读数变小 D. 保持Q位置不动,将P向上滑动时, 变压器的输入功率变大 ‎【答案】B ‎3.(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，I1、I2分别为原、副线圈中的电流。下列说法中正确的是(　　)‎ A．保持U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小 B．保持U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C．保持U1不变，S由b切换到a，则I1增大 D．保持U1不变，S由a切换到b，则变压器的输入功率增大 ‎【答案】BC ‎【解析】当保持P的位置及U1不变，S由b切换到a时，副线圈匝数增多，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，其输入功率也增大，故I1增大；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，P2减小；又因P1＝P2‎ ‎，所以变压器输入功率减小。由以上分析可知，正确选项为B、C。‎ ‎4.(多选) 如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则(　　)‎ A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 ‎【答案】BC ‎5.(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶2,电源电压u=220sin ωt V,原线圈电路中接入一熔断电流 I0=1 A的保险丝,副线圈中接入一滑动变阻器R,如图所示.为了使保险丝不致熔断,调节R时,其阻值可以为(　　) ‎ A. 440 Ω B. 440 Ω C. 885 Ω D. 880 Ω ‎【答案】CD ‎【解析】由题意得：U1=220V，根据电压与匝数成正比得：U2=440V，原线圈电路中电流的最大值为1A，根据电流与匝数成反比，解得I2=0.5A，则可变电阻R的阻值最小值为：R==880Ω，故选CD.‎ ‎6.如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接理想电流表A、理想电压表V，副线圈上通过输电线接有一个灯泡L、一个电动机M，输电线的等效电阻为R，副线圈匝数可以通过调节滑片P改变。S断开时，灯泡L正常发光，滑片P位置不动，当S闭合时，以下说法中正确的是(　　)‎ A．电压表读数增大 B．电流表读数减小 C．等效电阻R两端电压增大 D．为使灯泡L正常发光，滑片P应向下滑动 ‎【答案】C ‎7.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1： n2=5：1，电阻R=20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接l、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的( )‎ A. 输入电压u的表达式是u =20√2sin(50πt)V B. 只断开S2后，L1、L1均正常发光 C. 只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D. 若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W ‎【答案】D ‎【解析】周期是0．02s，，所以输入电压u的表达式应为u=20sin（100πt）V，A正确；断开S1，L1、L2的电路都被断开，则L1、L2均不能正常发光，B错误；只断开S2后，负载电阻变大，原副线圈电流变小，原线圈的输入功率减小，C错误；若S1换接到2后，电阻R电压有效值为4V，R消耗的电功率为，D正确．故选AD．‎ ‎8.(多选)‎ 如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为，电流表、电压表均为理想电表，是光敏电阻（其阻值随光强增大而减小）．原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压，下列说法正确的是（ ）‎ A. 电压的频率为5Hz B. 电压表的示数为22V C. 照射的光变强时，灯泡变暗 D. 照射的光变强时，电流表的示数变大 ‎【答案】BD ‎9.(多选) 如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为5：1，原线圈接入图乙所示的电压，副线圈接火灾报警系统 （报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，R0为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小．下列说法中正确的是（　　）‎ A. 图乙中电压的有效值为110V B. 电压表的示数为44V C. R处出现火警时电流表示数增大 D. R处出现火警时电阻R0消耗的电功率增大 ‎【答案】ACD ‎10.(多选)一台理想变压器，开始时开关S接1，此时原、副线圈的匝数比是11∶1，原线圈接入电压为220 V的正弦交流电，一只理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上，如图所示，则下列判断正确的是(　　)‎ A. 原、副线圈中的功率之比为11∶1‎ B. 若只将S从1拨到2，电流表示数减小 C. 若开关S接1，滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω时，则1 min内滑动变阻器产生的热量为1 200 J D. 若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，则两电表示数均减小 ‎【答案】BC ‎【解析】原副线圈的输入功率等于输出功率，故A错误；若只将S从1拨到2，副线圈的电压减小，副线圈电流减小，原线圈电流即电流表示数减小，故B正确；原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈端电压为，由于副线圈接着二极管，它具有单向导电性，根据电流的热效应知，解得，若滑动变阻器接入电路的阻值为，则内滑动变阻器产生的热量为 ‎，故C正确；将滑动变阻器滑片向下滑动，接入电路中的阻值变大，电流表的读数变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，故D错误。‎ ‎11. (多选) 如图所示，理想变压器副线圈1、2之间的匝数是总匝数的一半，二极管D具有单向导电性(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，R是可变电阻，K 是单刀双掷开关，原线圈接在电压不变的正弦交流电源上．下列说法正确的是(　　) ‎ A. 若R阻值不变，当K分别接1和2时，电压表读数之比为2∶1‎ B. 若R阻值不变，当K分别接1和2时，电压表读数之比为 C. 当K分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为2∶1‎ D. 若K分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为 ‎【答案】BC ‎12. 如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1，交流电源电压u1=311sin100πtV，F是熔断电流为I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻．‎ ‎（1）当电阻R=100Ω时，保险丝能否被熔断？‎ ‎（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？‎ ‎【答案】（1）不会（2）55 Ω；220 W ‎（1）当R=100Ω时，副线圈中电流 由得原线圈中的电流为 由于 (熔断电流)，故保险丝不会熔断．‎ ‎（2）设电阻R取某一值时，原线圈中的电流刚好达到熔断电流，即，则副线圈中的电流为 电阻R的阻值为 此时变压器的输出功率为可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值不能小于55Ω，变压器输出的电功率不能超过220W.‎