2019版高考物理一輪復習 培優(yōu)計劃 高考必考題突破講座（11）理想變壓器的解題策略學案

高考必考題突破講座(十一)理想變壓器的解題策略題型特點考情分析命題趨勢高考對變壓器的考查主要集中在變壓器的工作原理、變壓器的動態(tài)分析以及電能的輸送與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系問題，題型主要以選擇題形式出現(xiàn)，難度不太大2016·全國卷，192016·四川卷，22016·天津卷，52016·江蘇卷，4原線圈端接有負載的變壓器問題是變壓器中的典型問題，物理量之間的關系更復雜，對考生的能力要求提高，高考對變壓器的考查在2015年難度有所上升，因此，2019年高考考查有負載的變壓器問題的可能性會加大1變壓器動態(tài)分析流程圖2涉及問題(1)U2U1，當U1不變時，不論負載電阻R變化與否，U2都不會改變(2)輸出電流I2決定輸入電流I1(3)輸出功率P2決定輸入功率P1解題方法1變壓器原線圈通入交變電流時，原線圈是交流電源的負載，此時原線圈和與之串、并聯(lián)的用電器同樣遵循串、并聯(lián)電路的特點和性質對直流電，變壓器不起作用，副線圈輸出電壓為零2變壓器的副線圈是所連接電路的電源，其電源電動勢U2由輸入電壓和匝數(shù)比決定3對其他形狀的鐵芯(如“日”字)，應認真分析原、副線圈之間磁通量的關系，再結合其變壓原理來分析變壓器的電壓和匝數(shù)之間的關系角度1匝數(shù)比不變，負載R變化(如圖甲)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可知不論負載電阻R如何變化，U2不變(2)當負載電阻R變化時，I2變化，可推出I1的變化(3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1P2知P1的變化角度2負載電阻R不變，匝數(shù)比變化(如圖乙)(1)U1不變，發(fā)生變化，故U2變化(2)R不變，U2改變，故I2發(fā)生變化(3)根據(jù)P2，P1P2，可以判斷P2發(fā)生變化時，P1變化，U1不變時，I1發(fā)生變化角度3變壓器原線圈接有負載(如圖丙)變壓器原線圈接有負載R時，原、副線圈的制約關系依然成立，但電路輸入的總電壓U不再等于變壓器原線圈的電壓U1，而是UU1U負載，顯然UU1.變壓器原、副線圈兩端的功率也始終相等，但電路輸入的電功率P也不等于原線圈兩端的功率P1，而是PP1P負載角度4變壓器副線圈接有二極管(如圖丁)變壓器副線圈接有二極管時，由于二極管的單向導電性，使得cd端一個周期的時間內只有半個周期有電流，依據(jù)這一特點可畫出cd間It關系圖象展開分析例1圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n251，電阻R20 ，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關原線圈接正弦交變電源，輸入電壓u隨時間t的變化關系如圖乙所示現(xiàn)將S1接1、S2閉合，此時L2正常發(fā)光下列說法正確的是(D)A輸入電壓u的表達式u20sin 50t VB只斷開S2后，L1、L2均正常發(fā)光C只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大D若S1換接到2后，R消耗的電功率為0.8 W解析由圖象可知Um20 V，T0.02 s，故100 rad/s，輸入電壓u的表達式u20sin 100t V，所以選項A錯誤；S1接1、S2閉合，此時電路中只有燈泡L2且正常發(fā)光，故燈泡的額定電壓UU2U14 V，斷開S2后兩燈泡串聯(lián)，總電壓仍為4 V，所以L1、L2均不能正常發(fā)光，選項B錯誤；根據(jù)P入P出可知，斷開S2后R總增大，故P入變小，選項C錯誤；若S1接2，由P可得P0.8 W .故選項D正確例2如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2.原線圈通過一理想電流表A接正弦交流電源，一個二極管和阻值為R的負載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端假設該二極管的正向電阻為零，反向電阻為無窮大用交流電壓表測得a、b端和c、d端的電壓分別為Uab和Ucd，則(BD)AUabUcdn1n2B增大負載電阻的阻值R，電流表的讀數(shù)變小C負載電阻的阻值越小，cd間的電壓Ucd越大D將二級管短路，電流表的讀數(shù)加倍解析若變壓器初級電壓Uab，則次級電壓U2Uab，由于二極管的單向導電性，使得cd端只在一半的時間內有電流，即UcdU2，故，選項A錯誤；增大負載電阻的阻值R，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，即電流表的讀數(shù)變小，選項B正確；c、d間的電壓由原線圈中的電壓和變壓器的匝數(shù)比決定，與電阻R無關，選項C錯誤；將二極管短路，副線圈中的電流加倍，則原線圈中的電流也加倍，選項D正確1(2018·江蘇無錫模擬)如圖所示，理想變壓器的輸入端通過燈泡L1與輸出電壓恒定的正弦交流電源相連，副線圈通過導線與兩個相同的燈泡L2和L3相連，開始時開關S處于斷開狀態(tài)當S閉合后，所有燈泡都能發(fā)光，則下列說法中正確的有(C)A副線圈兩端電壓不變B燈泡L1亮度變亮，L2的亮度不變C副線圈中電流變大，燈泡L1變亮，L2變暗D因為不知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，所以L1及L2的亮度變化不能判斷解析在原線圈回路中，UI1RL1U1，在副線圈回路中，U2I2RL，根據(jù)變壓器工作原理有，綜合以上各式有UI2(RL1RL)，當S閉合后，RL減小，通過副線圈的電流I2增大，由可知，通過原線圈的電流也增大，故L1因兩端電壓變大而變亮，則原線圈兩端的輸入電壓減小，副線圈兩端的輸出電壓也隨之減小，L2兩端電壓變小，L2變暗，所以只有選項C正確2(2018·湖北黃岡模擬)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2225，原線圈接u220sin 100t V的交流電，電阻R1R2 25 ，D1、D2為兩只理想二極管，假設兩二極管的正向電阻為零，反向電阻為無窮大，則副線圈電路中理想交流電流表的讀數(shù)為(B)A1 A B2 A C A D2 A解析由于二極管具有單向導電性，在一個周期內相當于只有一個電阻能夠正常工作，由理想變壓器變壓規(guī)律可知，輸出電壓U250 V，所以電流表讀數(shù)I A2 A，選項B正確3(多選)如圖所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，P為滑動變阻器的滑動觸頭在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則(BC)A保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變大B保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變小C保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變大D保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變小解析Q位置不動，副線圈電壓U2不變，當P上滑時，R增大，由P可知總功率減小，原線圈電壓U1不變，由PU1I1，可知原線圈電流I1減小，故選項A錯誤，B正確；當P位置不動，Q上滑時，由知U2增大，同理分析原線圈電流I1增大，故選項C正確，D錯誤4為模擬遠距離輸電實驗電路圖，兩理想變壓器的匝數(shù)n1n4<n2n3，四根模擬輸電線的電阻R1、R2、R3、R4的阻值均為R，A1、A2為相同的理想交流電流表，L1、L2為相同的小燈泡，燈絲電阻RL>2R，忽略燈絲電阻隨溫度的變化當A、B端接入低壓交流電源時(D)AA1、A2兩表的示數(shù)相同BL1、L2兩燈泡的亮度相同CR1消耗的功率大于R3消耗的功率DR2兩端的電壓小于R4兩端的電壓解析設A、B兩端所加電壓為U.由歐姆定律知，通過A2表的電流大小I2.通過升壓變壓器升壓后輸出電壓UU，降壓變壓器獲得電壓為UI1·2RUI1·2R，燈泡L1兩端電壓為(UI1·2R)，則通過燈泡L1的電流為.故由變壓器電流變化規(guī)律得I1 .又因為n1n4<n2n3，解上式得I1.因為RL>2R，n2>n1，求差得RL·2R(RL2R)(n2n1)·()>0，即RL·2R>RL2R，所以I1<I2.選項A錯誤；通過燈泡L1的電流為I1I1>I2，故燈泡L1亮度更大，選項B錯誤；由于I1<I2，根據(jù)歐姆定律以及電功率的有關知識可知，選項C錯誤，D正確5(多選)如圖所示，理想變壓器原線圈接有交流電源，當副線圈上的滑片P處于圖示位置時，燈泡L能發(fā)光要使燈泡變亮，可以采取的方法有(BC)A向下滑動PB增大交流電源的電壓C增大交流電源的頻率D減小電容器C的電容解析要使燈泡變亮，可將電壓調大，或增大副線圈匝數(shù)，即向上滑動P，選項A錯誤，B正確；電容器對交變電流的作用為“通高頻，阻低頻”，且電容越小，阻礙作用越大，故增大頻率，電壓增大，減小電容，電壓減小，選項C正確，D錯誤電容器的特點：阻直流，通交流，阻低頻，通高頻6自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分一升壓式自耦調壓變壓器的電路如圖所示，其副線圈匝數(shù)可調已知變壓器線圈總匝數(shù)為1 900匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 V的交流電源上當變壓器輸出電壓調至最大時，負載R上的功率為2.0 kW.設此時原線圈中電流有效值為I1，負載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為(B)A380 V5.3 A B380 V9.1 AC240 V5.3 A D240 V9.1 A解析理想變壓器功率P1P2U1I12 kW，U1220 V，可得I19.1 A；由可得U2U1380 V選項B正確7(多選)圖甲是某燃氣爐點火裝置的原理圖轉換器將直流電壓轉換為圖乙所示的正弦交變電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2.V為交流電壓表當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5 000 V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體以下判斷正確的是(BC)A電壓表的示數(shù)等于5 VB電壓表的示數(shù)等于 VC實現(xiàn)點火的條件是>1 000D實現(xiàn)點火的條件是<1 000解析根據(jù)題圖乙可知原線圈中電壓最大值U1m5 V，有效值U1 V，又電壓表的示數(shù)為有效值，選項A錯誤，B正確；由變壓器的電壓關系得，當實現(xiàn)點火時需滿足U2m>5 000 V，選項C正確，D錯誤7