2020年物理高考大一轮复习 高考必考题突破讲座11 理想变压器的解题策略课件

第十一章交变电流传感器高考总复习·物理高考必考题突破讲座(十一)理想变压器的解题策略高考总复习·物理考情分析题型特点五年试题核心考点高考对变压器的考查主要集中在变压器的工作原理、变压器的动态分析以及电能的输送与生产、生活的联系问题，题型主要以选择题形式出现，难度不太大2018·天津卷，42017·北京卷，162016·全国卷Ⅰ，162016·全国卷Ⅲ，192015·全国卷Ⅰ，162015·全国卷Ⅱ，21(1)原线圈端接有负载的变压器问题(2)含有多个副线圈的变压器问题(3)变压器与二极管相结合问题(4)副线圈含有电动机问题[解题思维]1．变压器原线圈通入交变电流时，原线圈是交流电源的负载，此时原线圈和与之串、并联的用电器同样遵循串、并联电路的特点和性质．对直流电，变压器不起作用，副线圈输出电压为零．2．变压器的副线圈是所连接电路的电源，其电源电动势U2由输入电压和匝数比决定．3．对其他形状的铁芯(如“日”字)，应认真分析原、副线圈之间磁通量的关系，再结合其变压原理来分析变压器的电压和匝数之间的关系．角度一原线圈中含有用电器的变压器问题(1)在原线圈回路中，原线圈两端的电压与负载两端电压之和等于电源的电压．(2)要求原线圈中负载的电流、电压、功率，一般需要先求副线圈中的电流，然后根据理想变压器的关系求得原线圈中负载的电流．【例题1】(2019·江西重点中学协作体高三一模)一含有理想变压器的电路如图所示，变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是4Ω、23Ω和103Ω，U为有效值恒定的正弦交流电压源．当开关S断开时，理想电流表的示数为I.当S闭合时，且电源电压增加到2U，则电流表的示数为()A．6IB．8IC．10ID．12IB解析开关S断开时，根据电压之比等于匝数之比可得U－IR1R2＋R3×3I＝31，解得U＝40I，同理，当S闭合时，且电源电压增加到2U，2U－I1R13I1R2＝31，解得U＝5I1，综上所述可得I1＝8I，故选项B正确．【例题2】(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数之比为9∶1B．原、副线圈匝数之比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9AD解析设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故U1U2＝91，n1n2＝U1U2＝91，选项A正确，B错误；根据公式I1I2＝n2n1可得I1I2＝19，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得两者的电功率之比为1∶9，选项C错误，D正确．角度二含有多个副线圈的变压器电路分析副线圈有两个或两个以上时，一般从输入、输出功率相等入手．由于电压与匝数仍然成正比，副线圈的用电器为纯电阻时，应用P2＝U22R求副线圈功率，或副线圈的用电器正常工作时，功率等于额定功率，而原线圈的功率应用P1＝U1I1，之后根据P1＝P2求解相关量．【例题3】(2019·许昌期中)如图所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为()A．1∶1∶1B．3∶2∶1C．6∶2∶1D．2∶2∶1B解析灯泡正常发光，可得UA＝UB＝UC＝UD，所以U2＝2U3，由变压器的电压比公式n2n3＝U2U3＝2U3U3＝21，所以n2＝2n3，同理，灯泡正常发光，功率相等，即PA＝PB＝PC＝PD，由P＝I2R，得IA＝IB＝IC＝ID，即I1＝I2＝I3，由U1I1＝U2I2＋U3I3得n1I1＝n2I2＋n3I3，即n1＝n2＋n3＝2n3＋n3＝3n3，所以n1∶n2∶n3＝3∶2∶1.角度三变压器与二极管相结合问题的分析当副线圈回路中含有二极管时，由于二极管具有单向导电性，会使交变电流只有一半时间通电，经过二极管后的输出电压的有效值与副线圈两端交流电压的正常有效值不相等；经过二极管后的输出电压的有效值应根据电流的热效应进行计算．【例题4】(2019·蚌埠高三质检)如图所示，原、副线圈匝数比为10∶1的理想变压器，原线圈输入电压为u＝402sin100πtV的正弦式交流电，负载电路中理想二极管和R1并联，已知R1＝R2＝2Ω，则理想交流电压表V的示数为()A.10VB．4VC．25VD．42VA解析原线圈电压有效值U1＝4022V＝40V，原、副线圈匝数比为10∶1，据U1∶U2＝n1∶n2，解得副线圈两端电压有效值U2＝4V，因为负载电路中理想二极管和R1并联，在二极管导通的半个周期R2两端电压为UR21＝4V，在二极管截止的半个周期R2两端电压为UR22＝U2R1＋R2R2＝2V，设理想电压表示数为UV，根据有效值的定义可得U2VR2T＝U2R21R2·T2＋U2R22R2·T2，解得UV＝10V，故选项A正确．角度四副线圈中含有电动机的电路分析电动机工作时，副线圈的电路为非纯电阻电路，计算副线圈功率时，不能用P＝I2R或P＝U2R，只能用P＝IU.【例题5】(2019·邯郸高三一模)(多选)如图所示，理想变压器副线圈接有滑动变阻器、理想电流表和额定电压为10V、内阻为1Ω的电动机．原线圈接入电压瞬时值表达式为u＝1102sin100πtV的交流电，当滑动变阻器接入电路的电阻为22.5Ω时，电流表示数为2A，电动机正常工作，则下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数比为2∶1B．电动机消耗的功率为10WC．电动机的输出功率为16WD．突然卡住电动机，电动机内阻消耗的功率为100WAC解析输入电压最大值为1102V，有效值为U1＝11022V＝110V，R两端的电压UR＝I2R＝2×22.5＝45V，所以副线圈两端的电压U2＝UR＋UM＝45V＋10V＝55V，可得n1n2＝U1U2＝11055＝21，选项A正确；电动机消耗的功率为P＝UMI2＝10×2W＝20W，选项B错误；电动机消耗的热功率为P热＝I22r＝22×1W＝4W，则输出功率P出＝P－P热＝(20－4)W＝16W，选项C正确；突然卡住电动机时可看作纯电阻电路，电动机内阻消耗的功率为P＝U2R＋r2r＝5.47W，选项D错误．[突破训练]1．(2019·漳州高三二模)(多选)如图所示，理想变压器的原线圈与二极管一起接在u＝2202sin100πtV的交流电源上副线圈接有R＝55Ω的电阻，原、副线匝数比为2∶1.假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，电流表为理想电表．则()A．交流电源的频率为100HzB．副线圈的输出功率为110WC．变压器的输出功率等于输入功率D．电流表的读数为1ABC解析交流电源的频率为f＝ω2π＝100π2π＝50Hz，选项A错误；交流电的有效值为U＝220V，原线圈输入电压有效值为U1，则U21RT＝U2T2R，解得U1＝U2＝1102V，则次级电压有效值为U2＝12U1＝552V，则副线圈的输出功率为P2＝U22R＝552255W＝110W，选项B正确；理想变压器的输出功率等于输入功率，选项C正确；电流表的读数为I2＝U2R＝55255A＝2A，选项D错误．2．(2019·石家庄一模)如图所示，理想变压器三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中匝数为n1的原线圈接到220V的交流电源上，匝数为n2和n3的两个副线圈分别与电阻R2、R3组成闭合回路．已知通过电阻R3的电流I3＝2A，电阻R2＝110Ω，则通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1分别是()A．10A12AB．10A20AC．1A0.7AD．1A3AC解析根据电压与匝数成正比可得U1n1＝U2n2＝U3n3，而n1∶n2∶n3＝10∶5∶1,U1＝220V，解得U2＝110V，U3＝22V，根据欧姆定律得I2＝U2R2＝110110A＝1A，根据变压器的输入的功率和输出的功率相等可得U1I1＝U2I2＋U3I3即220I1＝110×1＋22×2，所以有I1＝0.7A，故选项C正确，A、B、D错误．3．(2019·深圳调研)如图所示，a、b两端接在正弦交流电源上，原副线圈回路中A、B电阻的阻值相同，原、副线圈匝数比为n1∶n2，下列说法正确的是()A．A、B电阻的电流之比为n1∶n2B．A、B电阻的电压之比为n1∶n2C．A、B电阻的功率之比为n22∶n21D．原线圈与副线圈的电压之比为1∶1C解析根据I1I2＝n2n1可得A、B电阻的电流之比为n2∶n1，由于两电阻相等，则A、B电阻的电压之比为n2∶n1，选项A、B错误；根据P＝I2R可知，A、B电阻的功率之比为n22∶n21，选项C正确；原副线圈的电压之比为U1U2＝n1n2，选项D错误．4．(2019·湖北八市高三联考)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为5∶1，副线圈接有电动机M，电动机线圈电阻为4Ω.原线圈接交变电源u＝2202sin100πtV，电动机正常工作，电流表的示数为0.2A，电表对电路的影响忽略不计．则()A．此交流电的频率为100HzB．电压表的示数为442VC．正常工作时电动机的输出功率为40WD．若电动机由于卡住了而不转动，则电流表的示数为11AC解析该交流电的频率为f＝ω2π＝100π2π＝50Hz，选项A错误；原线圈输出端电压为U1＝22022V＝220V，根据n1n2＝U1U2可得副线圈两端的电压为U2＝44V，即电压表的示数为44V，选项B错误；根据n1n2＝I2I1可得副线圈中的电流为I2＝1A，所以正常工作时电动机的输出功率为P＝U2I2－I22RM＝40W，选项C正确；若电动机由于卡住了而不转动，变成线性电阻，故副线圈中的电流为I′2＝U2RM＝444A＝11A，据n1n2＝I2I1可得电流表示数为I′1＝15×11＝2.2A，选项D错误．5．(2019·河南中原名校高三质检)如图所示，一理想变压器，左、右两边共接有额定电压均为U的6盏完全相同的灯泡(额定功率为P)，左端接在一电压恒为U0的交流电源两端．此时6盏灯刚好正常发光．下列说法错误的是()A．该变压器的原副线圈匝数比为1∶2B．此时交流电源输出的功率为6PC．U0＝6UD．如果灯L6突然烧断，灯L1和L2将变暗，而其余3盏灯将变得更亮答案A解析由于各盏灯相同且均正常发光，所以流过每盏灯的电流均相同，原线圈中的电流I1等于灯泡的额定电流I，而副线圈中的总电流为I2＝4I，由n1∶n2＝I2∶I1＝4∶1，选项A错误；由于理想变压器本身不消耗能量，所以交流电源输出功率为6盏灯的总功率6P，选项B正确；设原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，则U2＝U，U0＝U1＋2U，而U1∶U2＝n1∶n2＝4∶1，代入得U0＝6U，选项C正确；当灯L6突然烧断，变压器输出的功率将减小，所以输入功率也将减小，由P1＝U1I1得I1减小，所以灯L1和L2将变暗，同时因L1和L2分得的电压减小，变压器输入端的电压U1将增大，所以变压器输出的电压也将增大，使其余3盏灯变得更亮，选项D正确．