【摘要】當(dāng)前，電路系統(tǒng)已成為考試的重要部分.本文針對高中物理教學(xué)中理想變壓器與動態(tài)電路的問題進行詳細探究.分析在原、副線圈匝數(shù)比不變的情況下，負載的改變?nèi)绾斡绊戨娐?，以及在負載不變的情況下，原、副線圈匝數(shù)比的變化對電路的影響.通過這兩種情況的分析，揭示理想變壓器在實際應(yīng)用中的復(fù)雜行為，并強調(diào)理解匝數(shù)比與負載之間的關(guān)系對于電路分析和設(shè)計的重要性.

【關(guān)鍵詞】理想變壓器；動態(tài)電路；高中物理

1 引言

在高中物理教學(xué)中，理想變壓器和動態(tài)電路是電磁學(xué)部分的重要內(nèi)容，對于學(xué)生理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其應(yīng)用具有重要意義.理想變壓器的匝數(shù)比關(guān)系和能量傳輸特性，為電路分析提供了簡潔而有效的工具.然而，當(dāng)涉及負載的改變或原、副線圈匝數(shù)比的調(diào)整時，變壓器的輸出特性和動態(tài)電路的行為將變得更為復(fù)雜.本文旨在通過分析原、副線圈匝數(shù)比不變時負載改變，以及負載不變時匝數(shù)比發(fā)生變化的情況，探討理想變壓器與動態(tài)電路在這些條件下的相互作用和影響.

2 原、副線圈匝數(shù)比不變，負載改變

在原、副線圈匝數(shù)比不變的情況下，負載的改變會直接影響變壓器的輸出電壓和電流.當(dāng)負載電阻增大時，輸出電流減小，導(dǎo)致輸出電壓相對穩(wěn)定；而當(dāng)負載電阻減小時，輸出電流增大，可能導(dǎo)致輸出電壓下降.這種情況下，變壓器的工作狀態(tài)會發(fā)生明顯變化，從而影響整個電路的性能.

分析 如圖1所示的模型，應(yīng)注意以下幾點：（1）當(dāng)輸入電壓U1恒定，根據(jù)U1U2=n1n2，U1決定U2，不論R如何變化，U2不變；（2）當(dāng)負載電阻發(fā)生變化時，根據(jù)P=U2R，可知P2變化，P1等于P2，故輸入功率發(fā)生變化；（3）U2不變，P2發(fā)生變化，根據(jù)P=UI，可知I2發(fā)生變化，再根據(jù)I1I2=n2n1，可知I1發(fā)生變化.

例1 如圖2所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，原線圈通過燈泡L1與正弦式交流電源相連，電源電壓恒定，副線圈通過導(dǎo)線與燈泡L2和L3相連，三個燈泡規(guī)格完全相同.三個燈泡都能發(fā)光（不考慮燈絲電阻隨溫度變化的情況），工作中L3燈絲被燒斷，關(guān)于L3燈絲燒斷后說法正確的是（ ）

（A）燈泡L1變亮.

（B）燈泡L2變亮.

（C）原線圈兩端的電壓變小.

（D）變壓器輸入功率不變.

解析 本題根據(jù)并聯(lián)電路特點，分析副線圈的電阻變化，根據(jù)等效電阻的思想，結(jié)合歐姆定律討論原線圈的電流變化，最后根據(jù)變壓器原副線圈電流和電壓變化特點分析.燈泡L3燈絲燒斷后，根據(jù)并聯(lián)電路特點，副線圈回路總電阻R副變大，如圖3所示，根據(jù)變壓器的等效電阻R等=n1n22R副可知，R等電阻變大，電源電壓恒定，根據(jù)歐姆定律，原線圈電流減小，故燈泡L1變暗，故（A）錯誤；原線圈電流減小，電源電壓恒定，所以變壓器的輸入功率變小，由于輸入電流變小，燈泡L1兩端的電壓減小，原線圈兩端電壓增大，匝數(shù)比不變，故副線圈兩端電壓增大，所以燈泡L2變亮，故（B）正確，（C）（D）錯誤.

3 負載不變，原、副線圈匝數(shù)比發(fā)生變化

在負載不變的情況下，原、副線圈匝數(shù)比的變化會直接影響變壓器的電壓變換比例.這種變化會導(dǎo)致負載端的電壓和電流也隨之改變，從而影響電路的工作狀態(tài).因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)所需輸出電壓和電流的要求，合理調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，以確保電路的正常工作.

分析 如圖4所示的模型時，應(yīng)注意以下幾點：（1）輸入電壓U1不變，根據(jù)U1U2=n1n2，匝數(shù)比發(fā)生變化，故U2發(fā)生變化；（2）R不變，U2發(fā)生變化，根據(jù)P=U2R，故P2發(fā)生變化，P1發(fā)生變化；（3）根據(jù)P1=U1I1，U1不變，P1發(fā)生變化，故I1發(fā)生變化，再根據(jù)I1I2=n2n1，知I2發(fā)生變化.

例2 如圖5所示，理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1，連接一個理想交流電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)n2可以通過滑動觸頭P調(diào)節(jié)，副線圈接有定值電阻R0和壓敏電阻R，壓敏電阻的阻值R與所受壓力大小F的對應(yīng)關(guān)系如圖6所示.物塊m置于壓敏電阻上，保持原線圈輸入的交流電壓不變.下列說法正確的是（ ）

（A）只減小物塊對R的壓力，電流表的示數(shù)減小.

（B）只增大物塊對R的壓力，R0兩端的電壓增大.

（C）只將滑動觸頭P向左滑動，電流表的示數(shù)增大.

（D）只將滑動觸頭P向右滑動，R0兩端的電壓增大.

解析 只減小物塊對R的壓力，則R阻值減小，次級電阻減小，根據(jù)歐姆定律，則次級電流變大，故初級電流變大，即電流表的示數(shù)變大，故（A）錯誤；只增大物塊對R的壓力，則R阻值變大，因次級電壓不變，可知R0兩端的電壓減小，故（B）錯誤；只將滑動觸頭P向左滑動，副線圈匝數(shù)減小，則次級電壓減小，根據(jù)歐姆定律，則次級電流減小，根據(jù)功率表達式P=I2R可知，副線圈功率減小，則初級功率也減小，初級電流減小，即電流表的示數(shù)減小，故（C）錯誤；只將滑動觸頭P向右滑動，次級匝數(shù)增加，則次級電壓變大，總電流增大，則R0兩端的電壓增大，故（D）正確.

4 結(jié)語

通過本文對高中物理中理想變壓器與動態(tài)電路問題的探究，學(xué)生深入理解了變壓器在不同負載和匝數(shù)比條件下的工作原理和特性.盡管理想變壓器和動態(tài)電路的概念在理論上相對簡單，但其在實際應(yīng)用中的行為卻可以非常復(fù)雜.特別是在負載改變或匝數(shù)比發(fā)生變化時，變壓器的輸出電壓和電流會隨之變化，從而影響整個電路的性能.這些發(fā)現(xiàn)不僅豐富了學(xué)生對電磁學(xué)基本概念的理解，也為他們在實際電路設(shè)計和分析中提供了重要的指導(dǎo).

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