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变压器问题是高中物理教学中的一个重点，在历年江苏高考中频繁出现，其中含有二极管的变压器问题又是其中的一个难点.在实际教学过程中采取怎样的教学方法才能突破这一难点呢？笔者认为根据学生的认知发展规律，对题目进行适当地“变式拓展”，能够增大学生的知识覆盖面，提高学生的发散思维能力，培养学生综合分析实际问题的能力，最终达到触类旁通的教学效果.下面，笔者就在一道高考题的基础上进行变式拓展.
1 原题呈现——夯实基础
例 （2014年全国）如图1所示，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A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∶n2
B.增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大
D.将二极管短路，电流表的读数加倍
解析 变压器的输入电压为Uab，根据电压比公式Uab∶U2=n1∶n2，可以得到U2=n2n1Uab，由于副线圈回路中二极管的单向导电性，导致交流电在半个周期内可以通过二极管，由电流的热效应可得U22R×T2=U2cdRT，解得变压器输出端交流电的有效值Ucd=22，即Uab∶Ucd=（2n1）∶n2 ，故A错误.当增大负载电阻的阻值R时，总电阻变大，Ucd不变，变压器输出电流I2，变小，根据电流比公式I1∶I2=n2∶n1，即I2决定I1，则可以得到I1变小，故B正确.cd间的电压由输入电压Uab决定，与负载电阻的阻值无关，故C错误.将二极管短路后，输出电压Ucd=U2，根据功率表达式P=U2R可得短路前：P2=U222R=P1=UabI1，短路后：P2′=U22R=P1′=UabI1′，很容易看出功率加倍，则输入电流也必定加倍，即D正确.正确选项为B、D.
3 提高变形——拓宽思维
变式拓展3 如图4所示，理想变压器原副线圈匝数比为n1∶n2=11∶5，现在原线圈AB之间加上u=2202sin100πt （V）的正弦交流电，副线圈上接有一电阻R=25 Ω，D为理想二极管，C为电容器，电阻与电容两支路可由一单刀双掷开关进行切换，则
A.开关拨到1时，电流表示数为5.6 A
B.开关拨到1时，电流表示数为4 A
C.开关拨到2时，二极管反向耐压值至少为1002 V
D.开关拨到2时，二极管反向耐压值至少为2002 V
解析 根据以上变式拓展的分析可以容易得出输出电压U2=100 V，当开关拨到1时，由I2=U2R=4 A，故A错误，B正确.当开关拨到2时，副线圈两端输出电压的最大值为1002 V，当二极管处于正向导通状态时，正好给电容器充电，上极板带正电，下级板带负电，当二极管处于反向截止状态时，电容器无法进行放电，因此两极板间的电势差始终保持1002 V不变，此时副线圈和电容器对于二极管而言，相当于有两个最大电压为1002 V的电源与二极管形成串联电路，即加在二极管两侧的反向电压最大值为1002×2=2002 V，故C错误，D正确.正确选项为B、D.
变式拓展4 如图5甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=3∶1，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、理想线圈、理想二极管和电容器，其中C=10 μF.当原线圈两端接如图5乙所示的正弦交流电压时，下列说法中正确的是
A. 灯泡L1一定比L2暗
B. 副线圈两端的电压有效值为12 V
C. 电容器C放电周期为2×10-2 s
D. 电容器C所带电荷量为1.22×10-4 C
解析 变压器的作用只改变电压和电流，不改变功率和频率.原线圈接的是正弦式交流电，则副线圈通过电磁感应所得到的也是正弦式交流电.由于灯泡L1和电阻R1串联，灯泡L2和电感线圈L串联，两灯泡亮暗的比较取决于电阻与电感的阻碍作用，本题中条件不足无法判断，故A错误.由图象可知输入电压的最大值为U1m=362 V，其有效值U1=36 V，根据电压比公式可得U2=12 V，故B正确.电容器与二极管串联在同一支路中，含容支路一次充电结束以后就相当于断路，不存在周期的说法，故C错误.由于二极管的单向导电性，电容器一次充电结束后所带的电量为Q=CU=10×10-6×362=1.22×10-4 C，故D正确.正确选项为B、D.
通过对高考题的变式拓展，有利于强化学生对物理基本知识的应用和掌握，能够多维度训练学生的辩证思维能力，从而进一步提高学生分析与解决实际问题的能力.
1 原题呈现——夯实基础
例 （2014年全国）如图1所示，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A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∶n2
B.增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大
D.将二极管短路，电流表的读数加倍
解析 变压器的输入电压为Uab，根据电压比公式Uab∶U2=n1∶n2，可以得到U2=n2n1Uab，由于副线圈回路中二极管的单向导电性，导致交流电在半个周期内可以通过二极管，由电流的热效应可得U22R×T2=U2cdRT，解得变压器输出端交流电的有效值Ucd=22，即Uab∶Ucd=（2n1）∶n2 ，故A错误.当增大负载电阻的阻值R时，总电阻变大，Ucd不变，变压器输出电流I2，变小，根据电流比公式I1∶I2=n2∶n1，即I2决定I1，则可以得到I1变小，故B正确.cd间的电压由输入电压Uab决定，与负载电阻的阻值无关，故C错误.将二极管短路后，输出电压Ucd=U2，根据功率表达式P=U2R可得短路前：P2=U222R=P1=UabI1，短路后：P2′=U22R=P1′=UabI1′，很容易看出功率加倍，则输入电流也必定加倍，即D正确.正确选项为B、D.
3 提高变形——拓宽思维
变式拓展3 如图4所示，理想变压器原副线圈匝数比为n1∶n2=11∶5，现在原线圈AB之间加上u=2202sin100πt （V）的正弦交流电，副线圈上接有一电阻R=25 Ω，D为理想二极管，C为电容器，电阻与电容两支路可由一单刀双掷开关进行切换，则
A.开关拨到1时，电流表示数为5.6 A
B.开关拨到1时，电流表示数为4 A
C.开关拨到2时，二极管反向耐压值至少为1002 V
D.开关拨到2时，二极管反向耐压值至少为2002 V
解析 根据以上变式拓展的分析可以容易得出输出电压U2=100 V，当开关拨到1时，由I2=U2R=4 A，故A错误，B正确.当开关拨到2时，副线圈两端输出电压的最大值为1002 V，当二极管处于正向导通状态时，正好给电容器充电，上极板带正电，下级板带负电，当二极管处于反向截止状态时，电容器无法进行放电，因此两极板间的电势差始终保持1002 V不变，此时副线圈和电容器对于二极管而言，相当于有两个最大电压为1002 V的电源与二极管形成串联电路，即加在二极管两侧的反向电压最大值为1002×2=2002 V，故C错误，D正确.正确选项为B、D.
变式拓展4 如图5甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=3∶1，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、理想线圈、理想二极管和电容器，其中C=10 μF.当原线圈两端接如图5乙所示的正弦交流电压时，下列说法中正确的是
A. 灯泡L1一定比L2暗
B. 副线圈两端的电压有效值为12 V
C. 电容器C放电周期为2×10-2 s
D. 电容器C所带电荷量为1.22×10-4 C
解析 变压器的作用只改变电压和电流，不改变功率和频率.原线圈接的是正弦式交流电，则副线圈通过电磁感应所得到的也是正弦式交流电.由于灯泡L1和电阻R1串联，灯泡L2和电感线圈L串联，两灯泡亮暗的比较取决于电阻与电感的阻碍作用，本题中条件不足无法判断，故A错误.由图象可知输入电压的最大值为U1m=362 V，其有效值U1=36 V，根据电压比公式可得U2=12 V，故B正确.电容器与二极管串联在同一支路中，含容支路一次充电结束以后就相当于断路，不存在周期的说法，故C错误.由于二极管的单向导电性，电容器一次充电结束后所带的电量为Q=CU=10×10-6×362=1.22×10-4 C，故D正确.正确选项为B、D.
通过对高考题的变式拓展，有利于强化学生对物理基本知识的应用和掌握，能够多维度训练学生的辩证思维能力，从而进一步提高学生分析与解决实际问题的能力.