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挑战2020年高考物理必须突破15个必考热点
热点（10）变压器及其应用
考向一：变压比计算
【真题引领】
(2016·全国卷Ⅰ)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3
Ω、1
Ω和4
Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为
(　　)
A.2　　　　　　　B.3　　　　　C.4　　　　　D.5
【答案】B
(1)题眼解读：
(2)情境转化：
　解析：设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，当开关S断开时，电流表的示数为I，副线圈电流为I，因此有(U-IR1)I=()2I2(R2+R3)；当S闭合时，电流表的示数为4I，同理有(U-4IR1)×4I=()2(4I)2R2，联立解得原、副线圈匝数比为3，故选B。
(3)错因警示：
警示1：没有从电流关系入手考虑原副线圈电压关系。
警示2：将电压不变，误以为是变压器的输入电压不变。
警示3：电路的简化和计算错误。
变压比计算
解题思路：
1.一般思路：
2.答题模板：
3.易错警示：
(1)乱套公式，不能将题目拆解。
(2)数学运算错误。
考场练兵：
1.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为2∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220
V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则
(　　)
A.U=88
V，k=　　　　
B.U=22
V，k=
C.U=88
V，k=　　　
D.U=22
V，k=
【答案】A　
解析：由于变压器的匝数比为2∶1，可得原、副线圈的电流比为1∶2，根据P=I2R可知原、副线圈中电阻R的功率之比k=，由=，其中U2=U，则U1=2U，结合原、副线圈的电流比为1∶2，可得原线圈中电阻R上的电压为，所以有2U+=220
V，得U=88
V，故选项A正确。
2.如图，一理想变压器输入端接交流恒压源，输出端电路由R1、R2和R3三个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由10∶1改为5∶1后(　　)
A.流经R1的电流增大到原来的
B.R2两端的电压增加到原来的2倍
C.R3两端的电压减小到原来的
D.电阻上总的热功率减小到原来的
【答案】B　
解析：根据=可知变压器原、副线圈的匝数比由10∶1改为5∶1后，输出电压变为原来的2倍，根据I=可知流经R1的电流增大到原来的2倍，选项A错误；由于R2和R3的阻值不变，则电压的分配关系不变，故R2和R3两端的电压都增大到原来的2倍，选项B正确，C错误；因为R1、R2和R3的阻值和连接方式都不变，则总电阻也不变，由P=得电阻上总的热功率增大到原来的4倍，选项D错误。
考向二：与交流电和远距离输电结合
【真题引领】
(2017·北京高考)如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R=55
Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)
A.原线圈的输入功率为220
W　
B.电流表的读数为1
A
C.电压表的读数为110
V
D.副线圈输出交流电的周期为50
s
【答案】B
(1)题眼解读：
　解析：原线圈接在u=220sin(100πt)(V)的交流电源上，所以原线圈电压的有效值为U1=220
V，由变压器的电压关系=，可得副线圈电压为U2=110
V，电压表的示数为交流电的有效值110
V，C选项错误；副线圈的电流为I2==2
A，由变压器的电流关系=，可得通过原线圈的电流为1
A，B选项正确；原线圈的输入功率为P=U1I1=220
W，A选项错误；交流电的周期为T==0.02
s，D选项错误。
(2)错因警示：
警示1：误将交流电的最大值代入计算。
警示2：变压器的电压和电流关系搞错。
警示3：误以为变压器能改变频率。
远距离输电问题的“三
二
一”
1.理清三个回路：在回路2中，U2=ΔU+U3，I2=I线=I3，ΔU=I线·R线
2.抓住两个联系
(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是=，=，P1=P2。
(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是=，=，P3=P4。
3.掌握一个守恒：能量守恒关系式P1=P损+P4。
考场练兵：
1.如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为
(　　)
A.()　　
B.()　　
C.4()2()2r　　
D.4()2()2r
【答案】C　
解析：由I1=和=得Ir=I2=，则输电线上损失的功率Pr=2r=4()2()2r，故选C。
2.如图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1=n42R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时
(　　)
A.A1、A2两表的示数之比=
B.灯泡L1的亮度比L2大
C.R1消耗的功率大于R3消耗的功率
D.R2两端的电压小于R4两端的电压
【答案】B、D　
解析：据远距离输电的原理可知，电源输送相同功率时通过A1的电流和通过A2的电流并不满足变压比要求，R1、R2损失的功率小于R3、R4损失的功率，灯泡L1较亮，A、C错误，B正确；据U=IR可知D正确。
考向三：含变压器的动态电路问题
【真题引领】
(2016·天津高考改编)图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2
A，电流表A2的示数增大了0.8
A，则下列说法正确的是
(　　)
A.电压表V1示数增大　　　　
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
【答案】D　
(1)思维流程：
解析：观察到电流表A1的示数增大了0.2
A，电流表A2的示数增大了0.8
A，即副线圈电流增大，由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，匝数比不变，所以副线圈电压不变，即V1、V2示数不变，根据欧姆定律得负载电阻减小，所以变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，故A错误、D正确；由于电流表A2的示数增大，所以R0两端电压增大，所以滑动变阻器R两端电压减小，即电压表V3示数减小，故B错误；观察到电流表A1的示数增大了0.2
A，电流表A2的示数增大了0.8
A，即原线圈电流增大量小于副线圈电流增大量，根据电流与匝数成反比，所以该变压器起降压作用，故C错误。
(2)错因警示：
警示1：输入电压的分析错误，受闭合电路欧姆定律动态电路分析的影响。
警示2：变压器输入输出电压不变是本题关键。
含有变压器的动态电路问题的解题思路：
考场练兵：
1.(多选)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是
(　　)
A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变小
B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变小
C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变小
D.若闭合开关S，则电流表A1示数变小，A2示数变大
【答案】A、C　
解析：当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R的阻值变大，变压器的次级线圈电压不变，则次级电流减小，则R1消耗的功率及两端电压均变小，电压表的示数等于变压器次级电压减去R1两端的电压，故电压表的示数变大，选项A正确、B错误；由于当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，次级电流减小，故初级电流也减小，电流表A1示数变小，选项C正确；若闭合开关S，则变压器的次级电阻减小，次级电流变大，R1的电压变大，则电压表V示数减小，则R2两端电压减小，电流表A2读数减小，次级电流变大，则初级电流变大，则电流表A1示数变大，选项D错误。
2.如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则
(　　)
A.Uab∶Ucd=n1∶2n2
B.减小负载电阻的阻值R，电流表的读数减小
C.负载电阻的阻值越大，cd间的电压Ucd越大
D.将二极管短路，电流表的读数加倍
【答案】D　
解析：若变压器原线圈电压为Uab，
则副线圈电压为U2=Uab，由二极管的单向导电性得Ucd=U2，故=，选项A错误；减小负载电阻的阻值R，则变压器副线圈电流增大，原线圈电流也增大，即电流表的读数变大，选项B错误；cd间的电压由变压器的原线圈电压决定，与负载电阻无关，选项C错误；将二极管短路时，Ucd=U2，副线圈电流会加倍，所以原线圈电流也加倍，故选项D正确。

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