與變壓器有關問題的處理策略

◇ 山東 張立勇

與變壓器有關問題的處理策略

◇ 山東 張立勇

變壓器既是電磁感應知識的延續(xù),也是交流電路認識的基礎,與其相關的知識密切聯系實際生活,因此成為高考命題的熱點.本文對此類問題的求解歸納總結幾個策略,供參考.

1 熟知變壓器原理

例1 (2016年全國卷)一含有理想變壓器的電路如圖1所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別是3、1和4Ω,?為理想交流電流表,U為正弦交流電壓源,輸出電壓的有效值恒定.當開關S斷開時,電流表的示數為I;當S閉合時,電流表的示數為4I.該變壓器原、副線圈匝數比為( ).

圖1

A 2; B 3; C 4; D 5

當S斷開時,電路如圖2所示,由閉合電路歐姆定律,原線圈兩端電壓

圖2

當S閉合時,電路如圖3所示,由閉合電路歐姆定律,原線圈兩端電壓U′1＝U－4I·R1.

圖3

變壓器的工作原理是電磁感應的應用,故必須是針對交流電,當然它還涉及互感知識,解答的關鍵是要弄清變壓器的基本原理以及線圈的繞行方向.本題求解中由于原電路有電阻,原線圈兩端電壓不等于電源電壓.

2 把握理想變壓器的內涵

例2 (2016年四川卷)如圖4所示,接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電,如果將原、副線圈減少相同匝數,其他條件不變,則( ).

圖4

A 小燈泡變亮;

B 小燈泡變暗;

C 原、副線圈兩段電壓的比值不變;

D 通過原、副線圈電流的比值不變

由于原線圈電壓恒定不變,則副線圈電壓減少,電燈泡實際功率減小,小燈泡變暗,則選項B正確.

理想變壓器是指沒有漏磁通情況存在,磁通量全部在鐵芯內循環(huán),也不計電流在原副線圈及鐵芯上的熱效應、無能量損失的變壓器.本題中所涉及的變壓器是單工作回路的理想變壓器,只有副線圈回路有負載,而原線圈回路沒有工作元件,因此電路規(guī)律的應用只是在副線圈電路中,原線圈兩端的電壓等于電源電壓.

3 明確內部關系

例3 (2016年全國卷)如圖5所示,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b,當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時,兩燈泡均能正常發(fā)光.下列說法正確的是( ).

A 原、副線圈匝數比為9∶1;

B 原、副線圈匝數比為1∶9;

C 此時a和b的電功率之比為9∶1;

D 此時a和b的電功率之比為1∶9

圖5

因為兩燈泡額定電壓相同且均正常發(fā)光,由于輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍,所以理想變壓器的輸入、輸出電壓比為9∶1.由理想變壓器的變壓規(guī)律可知,原、副線圈的匝數比也為9∶1,則選項A正確、選項B錯誤;由理想變壓器電流規(guī)律可知,原、副線圈的電流比為1∶9,則由電功率公式P＝UI可知,a和b的電功率之比為1∶9,則選項C錯誤、選項D正確.

副線圈的輸出功率決定原線圈的輸入功率.當次級電路斷開時,輸出功率為零,則輸入功率也為零.有多個副線圈時,功率應按需分配,同時一定滿足P入＝P出.

4 把握變化過程

例4 如圖6,一理想變壓器原副線圈的匝數比為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.現閉合開關,燈泡正常發(fā)光.若用U1和I1分別表示此時電壓表和電流表的讀數,則( ).

圖6

由燈泡正常發(fā)光可知,U2＝220V,P2＝22 W,先由得U1＝110V,再由P2=U2I2,得最后由得 I1＝0.2A,電壓表、電流表的示數均為有效值,故選項A正確.

理想變壓器中涉及的電壓和電流均為交流電的有效值.另外本題也可以根據小燈泡正常發(fā)光額定功率為22W來計算副線圈的電流.

綜上,解答與變壓器有關的問題需弄清問題的本質,理清解題的思路,掌握有效的解題方法,規(guī)范嚴謹的解題步驟,如此才能順利解決問題.通過對相關問題的處理,希望同學們能夠從中能領悟思路,掌握方法.

(作者單位:山東省平陰縣第一中學)