變壓器問題的幾種特殊情況

山東 趙世渭

一、交流電頻率變化導致電壓、電流變化

【例1】如圖1所示，將手搖交流發(fā)電機與一理想變壓器的原線圈相連，副線圈電路中接有三個定值電阻、開關、燈泡及一個壓敏電阻。壓敏電阻具有這樣的特點：只有加在它兩端的電壓大于某一值時，才會有電流通過?，F將手搖發(fā)電機的手柄勻速轉動，小燈泡周期性的閃亮，閉合開關后，小燈泡不再閃亮。下列說法正確的是

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圖1

A.將滑動頭P向上滑動，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，且閃亮頻率不變

B.將滑動頭P向下滑動，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變小

C.將滑動頭P向上滑動，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變大

D.增大發(fā)電機手柄的轉速，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變大

【答案】AD

【點評】線圈匝數的變化會導致副線圈輸出電壓發(fā)生變化，但不能改變交流電的頻率。轉速的變化，不但使交流電的頻率改變，也能使發(fā)電機產生的電動勢改變，進而使燈泡亮度發(fā)生變化。

二、穿過原、副線圈的磁通量不相等

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圖2

A.15 V B.30 V C.60 V D.120 V

【答案】B

【點評】此類變壓器問題要弄清穿過原線圈的磁通量的變化率與穿過副線圈磁通量的變化率不相等，再根據法拉第電磁感應定律推導U1與U2的關系，實質上是要準確理解變壓器的工作原理。

三、構建等效電源

【例3】如圖3所示，理想變壓器的副線圈接有三個完全相同的燈泡L1、L2和L3，在原線圈輸入電壓U一定的情況下，開始時開關S斷開，現閉合開關S，下列判斷正確的是

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圖3

A.L1、L2都變亮

B.L1、L2都變暗

C.變壓器的輸入功率減小

D.閉合開關S后，L2、L3消耗的功率之和小于S斷開時L2消耗的功率

【解析】原、副線圈匝數及原線圈輸入電壓U1不變，則副線圈輸出電壓U2不變。S閉合后，輸出端回路總電阻減小，電流I2增大，L1變亮，L2電壓減小，亮度變暗，選項AB錯誤；由P2=U2I2可知，輸出功率增大，則輸入功率增大，選項C錯誤；副線圈相當于電源，將L1等效為電源內阻。S斷開時，電源內阻等于外電阻，電源的輸出功率最大，當閉合S后，L2、L3所在電路視為外電路，并聯(lián)阻值小于L1的電阻值，即外電阻小于內阻，電源的輸出功率減小，選項D正確。

【答案】D

【點評】變壓器的副線圈相當于電源，跟其連接的負載構成閉合回路。將L1等效為電源內阻，結合直流電路中電源的輸出功率與外電阻之間的關系圖象即可作出判斷。

四、副線圈接有二極管

【例4】如圖4甲所示，一理想變壓器的原、副線圈的匝數比是10∶1。原線圈接入如圖4乙所示的正弦交流電，一只理想二極管和一個阻值為20 Ω的滑動變阻器串聯(lián)后接在副線圈上，滑片位于正中央，兩電表均為理想電表。則

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圖4

B.電流表示數為0.11 A

C.當滑片向b端滑動時，兩電表示數均變大

【答案】BD

五、原線圈并聯(lián)負載

【例5】如圖5所示 ，a、b兩端接在電壓有效值恒定的正弦交流電源上 ，L1、 L2、 L3是三個相同的燈泡，T為理想變壓器 ， 開關S斷開時 ， 燈泡L1、 L2、 L3亮度相同 ( 未達到正常發(fā)光狀態(tài) )， 若閉合S。下列判斷正確的是

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圖5

A.燈泡L1變亮

B.燈泡L2、L3變暗

C.原、副線圈兩端的電壓比為2∶1

D.原線圈中增加的電流大于副線圈中增加的電流

【解析】根據題意開關S斷開時 ， 燈泡L1、 L2、 L3亮度相同 ， 即三只燈泡兩端的電壓相等 ，L1兩端的電壓等于原線圈兩端的電壓 ，U1=U， 副線圈兩端的電壓U2=2U，故原副線圈兩端的電壓比為1∶2，故選項C錯誤；閉合S后，因L1并聯(lián)在原線圈兩端 ， 原線圈電壓不變 ， 燈泡L1亮度不變， 副線圈兩端的電壓不變，燈泡L2、L3兩端電壓不變，亮度不變，選項AB錯誤；根據電流與匝數成反比可知，原線圈電流是副線圈的2倍，所以電流增加量也是副線圈的2倍，即原線圈中增加的電流大于副線圈中增加的電流，選項 D正確。

【答案】D

【點評】輸出電壓是由輸入電壓和匝數比決定的，輸入功率的大小是由輸出功率的大小決定的，電壓與匝數成正比，電流與匝數成反比，根據理想變壓器的工作原理分析即可。

六、原線圈串聯(lián)負載

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圖6

B.電壓表示數為40 V

C.R1、R2兩端的電壓之比為5∶1

D.R1、R2消耗的功率之比為1∶5

【答案】D

【點評】特別應注意的是電阻R1兩端電壓UR1不等于原線圈兩端電壓U1，處理時可用U2或I2表示出UR1及U1，再根據電源電壓U=UR1+U1進行計算，作出判斷。