【物理】2019届一轮复习人教版变压器模型学案

【物理】2019届一轮复习人教版变压器模型学案

模型界定 本模型中涉及变压器结构与原理，常见各种变压器，涉及变压器问题的解题思路以及变压器的动态分析问题。 源 : 中教 ]‎ 模型破解 ‎1.变压器 ‎(i)结构 如图1所示为变压器的结构图，它是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.跟电源相连的叫原线圈；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈.铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.[来 源:中 国教育^出 版 ]‎ ‎(ii)工作原理 当在原线圈上加交变电源时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯上中产生交变磁通量，磁通量通过铁芯也穿过副线圈，磁通量的变化在副线圈上产生感应电动势.若副线圈上接有负载形成闭合电路，有交变电流通过时，也会产生磁通量通过铁芯穿过原线圈，在原线圈上产生感应电动势.这样原、副线圈在铁芯中磁通量发生了变化，从而发生互相感应（称为互感现象），产生了感应电动势. 中 ^国 教育出 版 ]‎ ‎(iii)理想变压器[来 源: s tep.c o m]‎ 理想变压器是一种理想模型，它有三个特点：‎ 铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都一样；‎ ‚线圈绕组的电阻不计，不产生热量，无电能损失；‎ ƒ铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无电能损失.‎ ‎(iv)常见变压器 自耦变压器 自耦变压器是指它的绕组一部分是高压边和低压边共享的,另一部分只属于高压边.它只有一个线圈,有三个抽头,可升压也可降压.图甲是降压器,图乙是升压器.[中国^ 教育出 版 ]‎ ‚调压变压器 调压变压器属于自耦变压器,但电压连续可调.‎ ƒ互感器 图甲是电压互感器,实质是降压变压器.图乙是电流互感器,实质是升压变压器.[来 源: s t ep. com]‎ 例1.如图所示，一理想自耦变压器线圈AB绕在一个圆环形的闭合铁芯上，输入端AB间加一正弦式交流电压，在输出端BP间连接了理想交流电流表、灯泡和滑动变阻器，移动滑动触头P的位置，可改变副线圈的匝数，变阻器的滑动触头标记为Q．则 A．只将Q向下移动时，灯泡的亮度变大 B．只将Q向下移动时，电流表的读数变大 C．只将P顺时针方向移动时，电流表的读数变大 D．只提高输入端的电压U时，电流表的读数变大 ‎【答案】D ‎2.涉及变压器问题的常用思路 ‎(i)电压思路：‎ 变压器原、副线圈的电压之比为；‎ 当变压器有多个副绕组时……‎ ‚适用条件 理想变压器且通过原副线圈每匝的磁通量都相同,即无漏磁. ste p. ^c om]‎ ƒ注意U1与U2都是线圈两端的电压而不一定是电源电压或负载两端电压.‎ 例2.为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是 ‎ ‎ A．[来 ^源:中教 ]‎ B．[中国教 ^育 出版 ]‎ C．为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移 D．为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移 ‎【答案】BD[来 源:中国教 ^育出版 ]‎ ‎【解析】:由图乙知交变电流的周期为0.02s,电压峰值为,故其瞬时值表达式为,A错误B正确.由于用户得到的电压为 ‎,由知在U1与n2不变的情况下要增大U2需减小n1,故C错误D正确.‎ 例3.如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈，上线圈两端与u=51sin314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是[www . ste p.^com]‎ A．2．0 V B．9．0 V ‎ C．12．7V D．144．0 V[ :中 教 ]‎ ‎【答案】A 模型演练 ‎1.输入电压为220V，输出电压为36V的变压器副线圆烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同 拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如题图所示，然后将原线圈接到220V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为：‎ A 1100、360 B 1100、180 ‎ C 2200、180 D 220、360‎ ‎(ii)电流思路：‎ 由知，对只有一个副绕组的变压器有； 中 ^教 ]‎ 当变压器有多个副绕组时，‎ 例4.如图所示，理想变压器的初、次级线圈分别接着定值电阻、，且，初、次级线圈的匝数比，交流电源电压为U，则 st^ep .c om ]‎ A．两端的电压为 B．两端的电压为 C．两端的电压为 D．两端的电压为[中 国教 育^出版 ]‎ ‎【答案】AC 例5.如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知nl ：n2=1000 ：l，n3 ：n4=1 ：100，图中电压表示数为220V，电流表示数为10A，则高压输电线的送电功率为（ ）‎ 例4题图 A．2.2×103W B．2.2×l0-2W ‎ C．2.2×108W D．2.2×104W ‎【答案】C[中国教育 出 ^ 版 ]‎ ‎[中 国教育 出版 ]‎ 模型演练 ‎2.如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原副线圈匝数之比n1:n2=10:1，接线柱a、b接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示。变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料（电阻随温度升高而减小）制成的传感器，R1为一定值电阻。下列说法中正确的是 （ ）‎ ‎ A．电压表示数为22 V ‎ ‎ B．当传感器R2所在处出现火警时，电压表的示数减小 ‎ C．当传感器R2所在处出现火警时，电流表的示数减小 ‎ D．当传感器R2所在处出现火警时，电阻R1的功率变小 ‎【答案】B ‎【解析】: 由图乙知变压器原线圈两端的电压，则副线圈两端的电压 ‎，而电压表测的是热敏电阻R2两端的电压，R1有分压作用，A错误。出现火情时R2的阻值减小，电路中的电流增大，原线圈中电流即电流表的示数增大 ，C错误；定值电阻R1两端电压增大，消耗的功率，增大，D错误；由知R2两端电压即电压表的示数减小，B正确。‎ ‎(iii)功率思路：‎ 理想变压器的输入等于输出功率:，即；‎ 当变压器有多个副绕组时 中 ^ 教 ]‎ 例6.如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则 A．‎ B．‎ C．[ :中国 教 育出版 ]‎ D．‎ ‎【答案】A 模型演练 ‎3.如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1=1000匝，副线圈匝数为n2=200匝，电阻R=8.8Ω，原线圈接入一电压 (V)的交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则 A．副线圈交变电流的频率是100 H ‎ B． t=1s的时刻，电压表的示数为0‎ C．变压器的输入电功率为220W D．电流表的示数为10A ‎【答案】C ‎(iv)原理思路：‎ 当线圈的电阻可忽略时:[来 源:中教^ ]‎ ‎，,‎ 若变压器通过原副线圈每匝的磁通量都相同,则有:. ‎ 例7.在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．已知线圈1、2的匝数之比n1∶n2=2∶1．在不接负载的情况下 ‎ A．当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110V B．当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V[中国教 育 出版^ ]‎ C．当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220V D．当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V[来 源 :中 国教育出版 ]‎ ‎【答案】BD ‎【解析】: 因为理想变压器原、副线圈电压之比（U1/U2）等于线圈中产生的感应电动势之比（E1/E2‎ ‎），所以当从线圈1输入电压U1=220V时，由 得,A错误B正确.当从线圈2输入电压U2=110V时，同理由得,C错误D正确.‎ ‎(v)制约思路——变压器动态问题分析思路：‎ .电压制约： ste p.c^ o m]‎ 当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压由输入电压决定，即，可简述为“原制约副”。‎ ‚.电流制约：‎ 当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流由副线圈中的输出电流决定，即，可简述为“副制约原”。[ ^: s tep ]‎ ƒ负载制约：‎ 变压器副线圈中的功率由用户负载决定，；‎ 变压器副线圈中的电流由用户负载及电压确定，；‎ 总功率。（为线路上损耗功率）‎ 动态分析问题的思路程序可表示为：‎ 例8图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1:n2=5:1，电阻R=20 ，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是 ‎ ‎ A.输入电压u的表达式u=20sin(50)V ‎ B.只断开S1后，L1、L2均正常发光 C.只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D.若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W ‎【答案】D[中 国教育 ^出版 ]‎ 例9.为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后 ‎ A. A1示数变大，A1与A2示数的比值不变[ :中 教 ]‎ B. A1示数变大，A1与A2示数的比值变大 C. V2示数变小，V1与V2示数的比值变大 D. V2示数不变，V1与V2示数的比值不变 ‎【答案】AD ‎【解析】:原线圈两端电压不变,则由副线圈两端电压不变,即两电压表的示数都不变,当然示数的比值也不变,C错误D正确.闭合S后变压器的负载阻值减小,由知A2示数增大,再由知A1的示数也增大,但比值不变,A正确B错误.‎ 模型演练 ‎4.如右图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1，原线圈端接入一正弦交流电源，副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表，下列结论正确的是 A．若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为 B．若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半[ : s te ^p ]‎ C．若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍[ ^ : 中教 ]‎ D．若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍 ‎【答案】AD ‎5.一理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是 ‎[来 源: 中 教 ]‎ A.副线圈输出电压的频率为50H [w^w w . st ep.c om]‎ B. 副线圈输出电压的有效值为31V s te p.c o m]‎ C. 向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D. 向右移动时，变压器的输出功率增加 ‎【答案】AD 中国教^ 育 出版 ]‎ ‎6. 图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯L两端的电压等于其额定电压为止。用表示流过原线圈的电流，表示流过灯泡的电流，表示灯泡两端的电压，表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 ‎ ‎ ‎【答案】C ‎【解析】：滑动头向上匀速滑动，副线圈匝数均匀增加，与时间t成正比，由U1：U2=n1：n2得：U2＝n2U1/n1,故U2与t也成正比，故C正确；‎ 随着白炽灯变亮，其本身电阻也逐渐增大，灯泡的I-t图线斜率逐渐减小，故B错误；‎ 由于副线圈输出功率增大，原线圈的输入功率也增大，由P=UI知，输入电流也要增大，故A错误；灯泡消耗的功率，所以P2与U2不成正比，即P-t图象不满足正比例函数关系，故D错误；‎ ‎7.一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R。设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2，当R增大时 A. I1减小，P1增大　　　　　　　　　　　B. I1减小，P1减小 C. I2增大，P2减小　　　　　　　　　　　D. I2增大，P2增大 ‎【答案】B ‎8.如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，为加在原线圈两端的电压，为原线圈中的电流强度，则（ ）‎ A. 保持及P的位置不变，K由a合到b时，将增大 B. 保持及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小 C. 保持不变，K合在a处，使P上滑，将增大 D. 保持P的位置不变，K合在a处，若增大，将增大 ‎【答案】ABD ‎【解析】:K由a合到b时，减小，由，可知增大，随之增大，而，又，从而增大，A正确；K由b合到a时，与上述情况相反，‎ 将减小，B正确；P上滑时，R增大，减小，又，从而减小，C错误；增大，由可知，增大，随之增大，由可知也增大，D正确。故选项A、B、D正确。‎ ‎9.如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。 V1 和 V2 为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1 、A2 和 为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是[中国教 育出 版 ]‎ A．U2变小、I3变小 B．U2不变、I3变大 C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大 ‎【答案】BC