高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器学案

变压器

必备知识·自主学习

一、变压器的原理

　生产生活中有各种各样的变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。

问题：变压器是如何改变电压的呢？

提示：利用互感现象。

1.变压器的构造：

由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。

（1）原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

（2）副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。

2.原理：互感现象是变压器的工作基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。

3.作用：改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率。

4.注意：

（1）变压器不改变交变电流的周期和频率。

（2）变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。

（3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。

二、电压与匝数的关系

1.理想变压器：

（1）定义：没有能量损失的变压器。

（2）特点

①变压器铁芯内无漏磁。

②原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。

③铁芯中不产生涡流。

2.原、副线圈的电压关系：

（1）对理想变压器，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝。

（2）由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。当有多组线圈时，则有＝＝…

3.两类变压器：

（1）降压变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器。

（2）升压变压器：副线圈的电压比原线圈电压高的变压器。

　关于变压器的原理和应用：

解释符合科学实际的有：①②③。

①变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。

②在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的。

③理想变压器的输入功率和输出功率相等。

④输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。

⑤变压器能改变所有交变电流的电压。

⑥我们可以根据变压器线圈导线的粗细判断其匝数的多少。

　（1）变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流的电压。（√）

（2）实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。（√）

（3）理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。（×）

（4）理想变压器是客观存在的。（×）

（5）＝适用于任何理想变压器。（√）

关键能力·合作学习

知识点一　理想变压器的基本关系

1.理想变压器的特点：

（1）变压器铁芯内无漏磁，无发热损失。

（2）原、副线圈不计内阻，即无能量损失。

2.电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝。

3.电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。当有n组线圈时，则有＝＝…

4.功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。

5.电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得＝＝。

当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…

6.变压器的分类：

【典例】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B两端电压u1＝12sin（100πt） V。下列说法正确的是（　　）

A.电流频率为100 Hz　　　　　 B．的读数为24 V

C．的读数为0.5 A        D．变压器输入功率为6 W

【解题探究】

变压器中提到的电压关系、电流关系、电路中电表的示数是什么值？

提示：都是交流电的有效值。

【解析】选D。根据u1＝12sin（100πt） V及U＝知，U1＝12 V，f＝＝50 Hz，选项A错误；根据＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即的读数为6 V，选项B错误；又I2＝＝ A＝1 A，即的读数为1 A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝＝ W＝6 W，选项D正确。

1.（母题追问）在【典例】中，若在原线圈上串联一个相同阻值的灯泡，则的示数、的示数、变压器输入功率各为多少？

【解析】设原线圈中的电流为I1，由＝得，副线圈中的电流I2＝2I1，原线圈上的电压U1＝U1－I1RL，U2＝I2RL，由＝得，＝，解得：I1＝0.4 A。即的示数为0.8 A，U2＝2I1×6 V＝4.8 V，即的示数为4.8 V。变压器的输入功率P1＝P2＝U2I2＝4.8×0.8 W＝3.84 W。

答案：4.8 V　0.8 A　3.84 W

2.（多选）如图所示的理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶2，U1＝220sin （ωt） V，n1＝1 100，以下说法中正确的是（　　）

A.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1∶2

B．穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为 V

C．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2 V

D．原、副线圈电压的最大值之比为1∶2

【解析】选B、C、D。对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过两个线圈的磁通量相同，磁通量的变化率相同，A错误；根据E1＝n1得磁通量的变化率的最大值为每一匝线圈产生的电动势的最大值，即（）max＝ V＝ V，所以每一匝产生的电动势的有效值为0.2 V，B、C正确；由于匝数比为1∶2，所以原、副线圈电压最大值之比也为1∶2，D正确。

知识点二　理想变压器的制约关系和动态分析

1.电压、电流、功率的制约关系：

（1）电压制约：输入电压U1决定输出电压U2。当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝。

（2）电流制约：输出电流I2决定输入电流I1。当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝。而变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，即I2＝。

（3）功率制约：输出功率P2决定输入功率P1。变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，即P2＝P负1＋P负2…。P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为零，P1为零。

2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：

（1）原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。

（2）负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。

　（1）当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率为多少？它们之间是什么关系？

（2）在一个副线圈的情况下，为什么电流与匝数成反比？

提示：（1）零，输出功率决定输入功率。

（2）因为电压与匝数成正比，而输入功率与输出功率相等，所以得到电流与匝数成反比。

【典例】（多选）如图所示，为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则以下说法正确的是（　　）

A.①，S由a合到b时，I1将增大

B．保持P的位置及U1不变， S由b合到a时，R消耗的功率将减小

C．②，I1将增大

D．保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大

【审题关键】

【解析】选A、B、D。S由a合到b时，n1减小，由＝可知U2增大，P2＝，P2随之增大，而P2＝P1，又P1＝U1I1，从而I1增大，A正确； S由b合到a时，与上述情况相反，P2将减小，B正确；P上滑时，R增大，因P2＝，所以P2减小，又P1＝P2，P1＝U1I1，从而I1减小，C错误；U1增大，由＝可知U2增大，所以P2增大，因而I2增大，由＝，所以I1也增大，D正确。

　含有变压器的动态电路问题的解题思路

1.（母题追问） 上例中，若保持输送功率不变，S合在a处，使P上滑时，则U1、I1如何变化？

【解析】由P＝IR知，R增大，I2减小，故I1减小。又由P＝U1I1知，U1增大。

答案：见解析

2.（多选）（2021·湖北适应性测试）如图（a）所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝1∶5，定值电阻R1的阻值为10 Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为50 Ω，定值电阻R3的阻值为10 Ω，图中电表均为理想电表。原线圈输入如图（b）所示的交变电流，其有效值不随负载变化。当滑动变阻器接入电路的阻值由50 Ω减小到0的过程中（　　）

A．电流表的示数为5 A

B．通过R2的电流减小

C．电压表的示数减小

D．R2和R3的总电功率先增大后减小

【解析】选A、C。根据有效值的定义（）2R＋（）2R＝I2RT，解得I＝5 A，选项A正确；原线圈电流的有效值不随负载变化，因此当滑动变阻器接入电路的阻值由50 Ω减小到0的过程中，副线圈的总电流不变，根据并联电路分流规律可知，通过R2的电流增大，选项B错误；负载电阻减小时，副线圈中的电流有效值不变，故电压表的示数减小，选项C正确；设副线圈中的总电流为I，R2和R3的总电功率P＝（I）2（R2＋R3）＝I2R，当R2＋R3＝时，可得R2＝0时，输出功率最大，滑动变阻器接入电路的阻值由50 Ω减小到0的过程中，R2和R3的总电功率单调递减，选项D错误。

　　　【加固训练】

　　（多选）如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是（　　）

A.P向下滑动时，灯L变亮

B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变

C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小

D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大

【解析】选B、D。由于U1保持不变，由＝可知，副线圈的输出电压U2不变，B正确；P向下滑动时，灯泡L两端的电压为U2，保持不变，灯泡的亮度不变，A错误；P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，副线圈电路的总电阻R总变小，根据P2＝可知，变压器的输出功率变大，由P1＝U1I1＝P2可知，变压器的输入电流增大，C错误，D正确。

知识点三　科学探究——探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

1.实验目的：

探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。

2.实验器材：

可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干。

3.实验原理：

电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于交变电流的大小、方向在不断地变化，铁芯中的磁场强弱和方向也在不断地变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。

4.实验操作：

（1）按图示电路连接电路。

（2）保持原线圈匝数n1不变，副线圈的匝数n2逐渐增多，观察小灯泡亮度情况。

（3）保持副线圈的匝数n2不变，原线圈的匝数n1逐渐增多，观察小灯泡亮度情况。

（4）原线圈接6 V低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，改变副线圈匝数n2，用多用电表交流电压挡测出副线圈两端的电压，记入表格，重复三次。

（5）原线圈接6 V低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，改变原线圈匝数n1，用多用电表交流电压挡测出副线圈两端的电压，记入表格，重复三次。

5.实验现象：

小灯泡的亮度如表所示。

（1）当原线圈匝数不变时，副线圈的匝数越多小灯泡越亮；当副线圈的匝数不变时，原线圈的匝数越多小灯泡越暗。

（2）将不同的原线圈接入线路测出线圈当中的电压填入表中：

6.数据处理：

（1）小灯泡越亮，表明其两端的电压越大；小灯泡越暗，表明其两端的电压越小。

（2）计算＝的值。

7.实验结论：

在误差范围内，变压器原、副线圈两端电压与匝数成正比，数学表达式为＝。

【典例】某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。

（1）下列说法正确的是　　　　　。

A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数

B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”

C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响

D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量

E．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈

F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用

（2）如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是　　　　。

A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力

B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变

C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起

（3）理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即＝。

【解析】（1）为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，不是铁芯导电，传输电能，故E错误，F正确。

（2）与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据电压比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据电流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确。

（3）理想变压器模型应忽略的次要因素如下：

①不计漏磁，即通过原副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失；

②不计原副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失；

③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失。

综上，理想变压器在传输能量时没有能量损失。

根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈产生的感应电动势分别为E1＝n1，E2＝n2，因理想变压器不计原、副线圈的电阻，则线圈两端的电压等于它产生的感应电动势，

即U1＝E1，U2＝E2

联立解得，＝。

答案：（1）C、D、F　（2）A、C　（3）见解析

实验室中有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器，如图所示，该变压器可近似看作理想变压器。某同学想测量它的初级、次级线圈匝数：先在闭合铁芯的上端铁轭处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜线两端与理想交流电压表构成闭合回路。

（1）在次级线圈左、右两端的接线柱上输入12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为6.0 V，则次级线圈的匝数为　　　　　匝；在初级线圈左、右两端的接线柱上输入12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为3.0 V ，则初级线圈的匝数为　　　　　匝。

（2）若初级线圈左、右两端接线柱接入的交变电压瞬时表达式为u＝311sin （100πt） V，则与次级线圈左、右两端接线柱直接相连的理想交流电压表的示数为　　　　　V。

【解析】（1）在闭合铁芯的上端铁轭处紧密缠绕100匝漆包细铜线，即上端铁轭处线圈匝数n＝100匝，在次级线圈左、右两端的接线柱上输入U2＝12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为U＝6.0 V，由＝可知，次级线圈的匝数n2＝200匝。在初级线圈左、右两端的接线柱上输入U1＝12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为U′＝3.0 V， 由＝可知，则初级线圈的匝数为n1＝400匝。

（2）因交流电压表示数为电压有效值，该变压器初级、次级线圈的匝数比为2∶1，由表达式知U1＝220 V，由＝可知，与次级线圈左、右两端接线柱直接相连的理想电压表的示数为110 V。

答案：（1）200　400　（2）110

　　　【加固训练】

　　1.某小组用如图甲所示的可拆变压器探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系，在实验时组装的变压器如图乙所示。在铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为n1＝800和n2＝200，原线圈两端与正弦式交流电源相连，用交流电压表测得原、副线圈两端的电压分别为10 V和0.8 V，这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是（　　）

A.副线圈的匝数太少

B．副线圈的电阻太小

C．原线圈的匝数太多，电阻过大

D．没有将铁芯B安装在铁芯A上

【解析】选D。理想变压器的铁芯必须构成闭合回路，这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是没有将铁芯B安装在铁芯A上，导致通过副线圈n2的磁通量减少，副线圈两端的电压减小，选项D正确。

2.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。

（1）下列器材中，实验需要的器材是（　　）

A．干电池        B．低压交流电源

C．220 V交流电源     D．条形磁铁

E．可拆变压器和导线    F．直流电压表

G．多用电表

（2）关于实验操作，下列说法正确的是（　　）

A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V

B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路

C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量

（3）在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将　　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）。

【解析】（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，需要的器材是：低压交流电源，可拆变压器和导线，多用电表。

（2）实验操作中，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，选项A正确B、C错误。

（3）在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，根据变压器变压公式，副线圈两端的电压将增大。

答案：（1）B、E、G　（2）A　（3）增大

　　　【拓展例题】考查内容：电压互感器和电流互感器

【典例】（多选）如图所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220 V和10 A，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则（　　）

A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V

B．甲图是电流互感器，输电电流是100 A

C．乙图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V

D．图示高压输电电路输入的总功率为2.2×103 kW

【解析】选A、D。题图甲中的原线圈并联在电路中，是电压互感器，电表是电压表，故B错误；根据＝，有U1＝U2＝×220 V＝22 000 V，故A正确；题图乙中的原线圈串联在电路中，是电流互感器，电表是电流表，故C错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比＝，有I1＝I2＝×10 A＝100 A，根据P＝UI得输入的总功率P＝U1I1＝22 000×100 W＝2.2×103 kW，故D正确。

情境·模型·素养

　图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2，电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。

探究：

（1）图中开关闭合时电压表的示数是多少；

（2）变压器原、副线圈的匝数满足怎样的关系才能实现点火？

【解析】（1）电压表测量的是交流电压的有效值，从乙图可知，最大值为5 V，因此交流电压的有效值为U＝＝ V＝3.54 V，因此开关闭合时，电压表的示数为3.54 V。

（2）副线圈电压最大值为5 000 V，根据

＝＝＝1 000，

因此当变压器原、副线圈的匝数满足>1 000时才能实现点火。

答案：（1）3.54 V　（2）>1 000

　交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ T。为用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220 V　11 kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示。

探究：

（1）从图示位置作为计时起点，写出此交流发电机的输出电压瞬时值的表达式；

（2）变压器原、副线圈的匝数比为多少？

（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？

【解析】（1）因为ω＝2πf＝100π rad/s，矩形线圈转动，产生感应电动势的最大值

Em＝NBSω＝1 100 V

瞬时值表达式为u＝1 100cos （100πt） V

（2）因为U1＝ V＝1 100 V，

由U2＝220 V知＝＝

（3）根据P入＝P出＝2.2×104 W，又P入＝U1I1

解得I1＝20 A，则与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为20 A。

答案：（1）u＝1 100cos（100πt） V　（2）5∶1　（3）20 A

课堂检测·素养达标

1.（教材二次开发·P60【练习与应用】T1改编）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，变压器原线圈与电阻不计的导轨相连，导体棒的电阻不变，当长为l的导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数是12 mA，则电流表A2的示数为（　　）

A．3 mA       B．0

C．48 mA       D．与负载R的值有关

【解析】选B。导体棒做匀速直线运动，产生的电动势：E＝Blv是定值，穿过副线圈的磁通量不变，是定值，副线圈不产生感应电动势，副线圈电流为零，电流表A2的示数为0，故B正确。

2.（多选）如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 100匝，接电压U1＝220 V的交变电流，副线圈接“20 V　10 W”的灯泡，灯泡正常发光，可知（　　）

A.副线圈的匝数n2＝200匝

B．副线圈中的电流I2＝0.5 A

C．原线圈中的输入功率为10 W

D．原线圈中的电流I1＝0.1 A

【解析】选B、C。由于理想变压器原、副线圈两端的电压比＝，则副线圈匝数n2＝100匝，A错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为10 W，C正确；由功率P＝UI可得副线圈中的电流I2＝0.5 A，原线圈中的电流I1＝I2＝0.045 A，B正确，D错误。

3.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消耗的功率变大

B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大

C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大

D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大

【解析】选B。当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误。

4.（2021·广东选择考）某同学设计了一个充电装置，如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60。下列说法正确的是（　　）

A.交流电的频率为10 Hz

B．副线圈两端电压最大值为3 V

C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关

D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率

【解析】选B。周期是T＝0.2 s，频率是f＝＝5 Hz，故A错误；由理想变压器原理可知＝，则副线圈两端的最大电压为U2＝U1＝3 V，故B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误。

　　　【加固训练】

　　一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中（　　）

A.U2>U1，U2降低　　　 B．U2>U1，U2升高

C．U2<U1，U2降低      D．U2<U1，U2升高

【解析】选C。由＝，n1>n2知U2<U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点的过程，n2减小，n1不变，U1不变，则U2降低，C项正确。