《高考物理 模型系列之對(duì)象模型 專題11 變壓器模型學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理 模型系列之對(duì)象模型 專題11 變壓器模型學(xué)案（14頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 專題11 變壓器模型 模型界定 本模型中涉及變壓器結(jié)構(gòu)與原理，常見(jiàn)各種變壓器，涉及變壓器問(wèn)題的解題思路以及變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題。 模型破解 1.變壓器 (i)結(jié)構(gòu) 如圖1所示為變壓器的結(jié)構(gòu)圖，它是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的.跟電源相連的叫原線圈；另一個(gè)線圈跟負(fù)載連接，叫副線圈.鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成. (ii)工作原理 當(dāng)在原線圈上加交變電源時(shí)，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯上中產(chǎn)生交變磁通量，磁通量通過(guò)鐵芯也穿過(guò)副線圈，磁通量的變化在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).若副線圈上接有負(fù)載形成閉合電路，有交變電流通過(guò)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁通量通過(guò)鐵芯穿過(guò)原線圈，在原線圈上

2、產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).這樣原、副線圈在鐵芯中磁通量發(fā)生了變化，從而發(fā)生互相感應(yīng)（稱為互感現(xiàn)象），產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). (iii)理想變壓器 理想變壓器是一種理想模型，它有三個(gè)特點(diǎn)： ?鐵芯封閉性好，無(wú)漏磁現(xiàn)象，即穿過(guò)原、副線圈兩繞組每匝的磁通量Φ都一樣； ?線圈繞組的電阻不計(jì)，不產(chǎn)生熱量，無(wú)電能損失； ?鐵芯中的電流不計(jì)，鐵芯不發(fā)熱，無(wú)電能損失. (iv)常見(jiàn)變壓器 ?自耦變壓器 自耦變壓器是指它的繞組一部分是高壓邊和低壓邊共享的,另一部分只屬于高壓邊.它只有一個(gè)線圈,有三個(gè)抽頭,可升壓也可降壓.圖甲是降壓器,圖乙是升壓器. ?調(diào)壓變壓器 調(diào)壓變壓器屬于自耦變壓器,但電壓連續(xù)可

3、調(diào). ?互感器 圖甲是電壓互感器,實(shí)質(zhì)是降壓變壓器.圖乙是電流互感器,實(shí)質(zhì)是升壓變壓器. 例1.如圖所示，一理想自耦變壓器線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的閉合鐵芯上，輸入端AB間加一正弦式交流電壓，在輸出端BP間連接了理想交流電流表、燈泡和滑動(dòng)變阻器，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P的位置，可改變副線圈的匝數(shù)，變阻器的滑動(dòng)觸頭標(biāo)記為Q．則 A．只將Q向下移動(dòng)時(shí)，燈泡的亮度變大 B．只將Q向下移動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 C．只將P順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 D．只提高輸入端的電壓U時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 【答案】D 2.涉及變壓器問(wèn)題的常用思路 (i)電壓思路： ?變壓器原、副線

4、圈的電壓之比為； 當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)…… ?適用條件 理想變壓器且通過(guò)原副線圈每匝的磁通量都相同,即無(wú)漏磁. ?注意U1與U2都是線圈兩端的電壓而不一定是電源電壓或負(fù)載兩端電壓. 例2.為保證用戶電壓穩(wěn)定在220V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，圖甲為調(diào)壓變壓器示意圖。保持輸入電壓不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓。某次檢測(cè)得到用戶電壓隨時(shí)間t變化的曲線如圖乙所示。以下正確的是 A． B． C．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)下移 D．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)上移 【答案】BD 【解析】:由圖乙知交變電流的周期為0.02s,電壓峰值為,故其瞬

5、時(shí)值表達(dá)式為,A錯(cuò)誤B正確.由于用戶得到的電壓為 ,由知在U1與n2不變的情況下要增大U2需減小n1,故C錯(cuò)誤D正確. 例3.如圖所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800和n2=200的兩個(gè)線圈，上線圈兩端與u=51sin314t V的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是 A．2．0 V B．9．0 V C．12．7V D．144．0 V 【答案】A 模型演練 1.輸入電壓為220V，輸出電壓為36V的變壓器副線圓燒壞，為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈

6、，如題圖所示，然后將原線圈接到220V交流電源上，測(cè)得新繞線圈的端電壓為1V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為： A 1100、360 B 1100、180 C 2200、180 D 220、360 (ii)電流思路： 由知，對(duì)只有一個(gè)副繞組的變壓器有； 當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)， 例4.如圖所示，理想變壓器的初、次級(jí)線圈分別接著定值電阻、，且，初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比，交流電源電壓為U，則 A．兩端的電壓為 B．兩端的電壓為 C．兩端的電壓為

7、 D．兩端的電壓為 【答案】AC 例5.如圖所示，L1和L2是高壓輸電線，甲、乙是兩只互感器，若已知nl ：n2=1000 ：l，n3 ：n4=1 ：100，圖中電壓表示數(shù)為220V，電流表示數(shù)為10A，則高壓輸電線的送電功率為（ ） 例4題圖 A．2.2×103W B．2.2×l0-2W C．2.2×108W D．2.2×104W 【答案】C 模型演練 2.如圖甲所示，M是一個(gè)小型理想變壓器，原副線圈匝數(shù)之比n1:n2=10:1，接線柱a、b接上一個(gè)正弦交變電源，電壓隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖

8、，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料（電阻隨溫度升高而減?。┲瞥傻膫鞲衅?，R1為一定值電阻。下列說(shuō)法中正確的是 （ ） A．電壓表示數(shù)為22 V B．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電壓表的示數(shù)減小 C．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電流表的示數(shù)減小 D．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電阻R1的功率變小 【答案】B 【解析】: 由圖乙知變壓器原線圈兩端的電壓，則副線圈兩端的電壓，而電壓表測(cè)的是熱敏電阻R2兩端的電壓，R1有分壓作用，A錯(cuò)誤。出現(xiàn)火情時(shí)R2的阻值減小，電路中的電流增大，原線圈中電流即電流表的示數(shù)增大 ，C錯(cuò)誤；定值電阻R1兩端電壓增大，消耗

9、的功率，增大，D錯(cuò)誤；由知R2兩端電壓即電壓表的示數(shù)減小，B正確。 (iii)功率思路： 理想變壓器的輸入等于輸出功率:，即； 當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí) 例6.如圖，一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1：2；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22W；原線圈電路中接有電壓表和電流表?，F(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光。若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則 A． B． C． D． 【答案】A 模型演練 3.如圖所示，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1=1000匝，副線圈匝數(shù)為n2=200匝，電阻R=8.8Ω，原線圈接入一電壓 (V)的交流電源，電壓表和電

10、流表對(duì)電路的影響可忽略不計(jì)，則 A．副線圈交變電流的頻率是100 Hz B． t=1s的時(shí)刻，電壓表的示數(shù)為0 C．變壓器的輸入電功率為220W D．電流表的示數(shù)為10A 【答案】C (iv)原理思路： 當(dāng)線圈的電阻可忽略時(shí): ，, 若變壓器通過(guò)原副線圈每匝的磁通量都相同,則有:. 例7.在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上．當(dāng)通以交變電流時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過(guò)另一個(gè)線圈，另一半通過(guò)中間的臂．已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1∶n2=2∶1．在不接負(fù)載的情況下 A．當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為110

11、V B．當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為55V C．當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為220V D．當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為110V 【答案】BD 【解析】: 因?yàn)槔硐胱儔浩髟⒏本€圈電壓之比（U1/U2）等于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比（E1/E2），所以當(dāng)從線圈1輸入電壓U1=220V時(shí)，由 得,A錯(cuò)誤B正確.當(dāng)從線圈2輸入電壓U2=110V時(shí)，同理由得,C錯(cuò)誤D正確. (v)制約思路——變壓器動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析思路： ?.電壓制約： 當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定時(shí)，輸出電壓由輸入電壓決定，即，可簡(jiǎn)述為“原制約副”。 ?.電流制約：

12、 當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，原線圈中的電流由副線圈中的輸出電流決定，即，可簡(jiǎn)述為“副制約原”。 ?負(fù)載制約： 變壓器副線圈中的功率由用戶負(fù)載決定，； 變壓器副線圈中的電流由用戶負(fù)載及電壓確定，； 總功率。（為線路上損耗功率） 動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為： 例8圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1:n2=5:1，電阻R=20 ，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦交變電源，輸入電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示。現(xiàn)將S1接1、S2閉合，此時(shí)L2正常發(fā)光。下列說(shuō)法正確的是 A.輸入電壓u的表達(dá)式u=20

13、sin(50)V B.只斷開S1后，L1、L2均正常發(fā)光 C.只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大 D.若S1換接到2后，R消耗的電功率為0.8W 【答案】D 例9.為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1，A2，導(dǎo)線電阻不計(jì)，如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合后 A. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變 B. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大 C. V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大 D. V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值

14、不變 【答案】AD 【解析】:原線圈兩端電壓不變,則由副線圈兩端電壓不變,即兩電壓表的示數(shù)都不變,當(dāng)然示數(shù)的比值也不變,C錯(cuò)誤D正確.閉合S后變壓器的負(fù)載阻值減小,由知A2示數(shù)增大,再由知A1的示數(shù)也增大,但比值不變,A正確B錯(cuò)誤. 模型演練 4.如右圖，一理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4：1，原線圈端接入一正弦交流電源，副線圈電路中R為負(fù)載電阻，交流電壓表和交流電流表都是理想電表，下列結(jié)論正確的是 A．若電壓表讀數(shù)為6V，則輸入電壓的最大值為 B．若輸入電壓不變，副線圈匝數(shù)增加到原來(lái)的2倍，則電流表的讀數(shù)減小到原來(lái)的一半 C．若輸入電壓不變，負(fù)載電阻的阻值增加到原來(lái)的2倍，則

15、輸入功率也增加到原來(lái)的2倍 D．若保持負(fù)載電阻的阻值不變，輸入電壓增加到原來(lái)的2倍，則輸出功率增加到原來(lái)的4倍 【答案】AD 5.一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，為滑動(dòng)變阻器的觸頭。下列說(shuō)法正確的是 A.副線圈輸出電壓的頻率為50Hz B. 副線圈輸出電壓的有效值為31V C. 向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小 D. 向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率增加 【答案】AD 6. 圖中為一理想變壓器，其原線圈與一電壓有效值不變的交流電源相連：P為滑動(dòng)頭?，F(xiàn)令P從均勻密繞的副線圈最底端開始，沿副線圈勻速

16、上滑，直至白熾燈L兩端的電壓等于其額定電壓為止。用表示流過(guò)原線圈的電流，表示流過(guò)燈泡的電流，表示燈泡兩端的電壓，表示燈泡消耗的電功率（這里的電流、電壓均指有效值：電功率指平均值）。下列4個(gè)圖中，能夠正確反映相應(yīng)物理量的變化趨勢(shì)的是 【答案】C 【解析】：滑動(dòng)頭向上勻速滑動(dòng)，副線圈匝數(shù)均勻增加，與時(shí)間t成正比，由U1：U2=n1：n2得：U2＝n2U1/n1,故U2與t也成正比，故C正確； 隨著白熾燈變亮，其本身電阻也逐漸增大，燈泡的I-t圖線斜率逐漸減小，故B錯(cuò)誤； 由于副線圈輸出功率增大，原線圈的輸入功率也增大，由P=UI知，輸入電流也要增大，故A錯(cuò)誤；燈泡消耗的功率

17、，所以P2與U2不成正比，即P-t圖象不滿足正比例函數(shù)關(guān)系，故D錯(cuò)誤； 7.一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻R。設(shè)原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2，當(dāng)R增大時(shí) A. I1減小，P1增大　　　　　　　　　　　B. I1減小，P1減小 C. I2增大，P2減小　　　　　　　　　　　D. I2增大，P2增大 【答案】B 8.如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，為加在原線圈兩端的電壓，為原線圈中的電流強(qiáng)度，則（ ） A. 保持及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，將增大

18、 B. 保持及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小 C. 保持不變，K合在a處，使P上滑，將增大 D. 保持P的位置不變，K合在a處，若增大，將增大 【答案】ABD 【解析】:K由a合到b時(shí)，減小，由，可知增大，隨之增大，而，又，從而增大，A正確；K由b合到a時(shí)，與上述情況相反，將減小，B正確；P上滑時(shí)，R增大，減小，又，從而減小，C錯(cuò)誤；增大，由可知，增大，隨之增大，由可知也增大，D正確。故選項(xiàng)A、B、D正確。 9.如圖，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的。 V1 和 V2 為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2；A1 、A2 和 為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3?，F(xiàn)斷開S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是 A．U2變小、I3變小 B．U2不變、I3變大 C．I1變小、I2變小 D．I1變大、I2變大 【答案】BC