◇ 湖南 王躍軍

高考變壓器?？紗栴}及解析

◇ 湖南 王躍軍

理想變壓器是由2組線圈(原、副線圈)繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成的變壓器,是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來工作的.理想變壓器不計(jì)線圈的電阻,不計(jì)漏磁,在輸送電能的過程中變壓器只能改變交流電,不能改變直流電,并且變壓后交流電頻率不變.

理想變壓器的3個(gè)關(guān)系:

3)輸入功率等于輸出功率:P1＝P2.

理想變壓器的3個(gè)決定:

1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2,若原線圈所接的交流電源不改變,則U1不變.

2)輸出電流I2決定輸入電流I1.

3)輸出功率P2決定輸入功率P1

在高考中,理想變壓器問題常與電磁感應(yīng)、交流電、歐姆定律等知識(shí)相結(jié)合,常應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電、二極管等問題.下面筆者從4個(gè)常考方面進(jìn)行歸納解析,希望能對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助.

1 單工作回路問題

例1 (2016年海南卷)如圖1-甲,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1,RT為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻,R1為定值電阻,電壓表和電流表均為理想交流電表,原線圈所接電壓u隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化,如圖1-乙,下列說法正確的是( ).

圖1

A 變壓器輸入、輸出功率之比為4∶1;

B 變壓器原、副線圈中的電流之比為1∶4;

C u隨t變化的規(guī)律為u＝51sin(50πt)V;

D 若熱敏電阻RT的溫度升高,則電壓表的示數(shù)不變,電流表的示數(shù)變大

變壓器原、副線圈兩端的輸入、輸出功率之比為1∶1,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;

由圖乙知原線圈所接電壓的最大值Um＝51V,周期T＝0.02s,可求出角速度s－1,則可得到u隨t變化的規(guī)律為u＝51sin(100πt) V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;

單工作回路的理想變壓器是指原線圈回路中沒有工作元件,只有副線圈回路中有工作元件.本題中由于原線圈回路中沒有用電器,所以變壓器的輸入電壓等于所接電壓.由于原線圈所接電壓為正弦交流電,故原線圈兩端電壓有效值U1不變.

2 雙工作回路問題

例2 (2016年全國(guó)卷Ⅲ)如圖2,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(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí),兩燈泡均能正常發(fā)光.下列說法正確的是( ).

圖2

A 原、副線圈匝數(shù)之比為9∶1;

B 原、副線圈匝數(shù)之比為1∶9;

C 此時(shí)a和b的電功率之比為9∶1;

D 此時(shí)a和b的電功率之比為1∶9

雙工作回路中,變壓器的原、副線圈所在的回路都有用電器,并且特別要留意原線圈兩端的電壓不等于電源電壓,原線圈和副線圈是2個(gè)完整的工作回路.

3 遠(yuǎn)距離輸電問題

例3 遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖3所示,若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變,那么當(dāng)用戶用電的總功率增大時(shí)( ).

圖3

A 升壓變壓器的原線圈中的電流保持不變;

B 降壓變壓器的輸入電壓升高;

C 降壓變壓器的輸出電壓降低;

D 輸電線上損失的功率增大

本題輸電示意圖可簡(jiǎn)化成圖4.圖中?為發(fā)電機(jī),T1為升壓變壓器,T2為降壓變壓器,其他物理量如圖4所示.

圖4

在升壓變壓器的副線圈回路中U3＝U2－I2R,式中U2不變,R不變,由于I2增大,故U3降低,即降壓變壓器的輸入電壓降低,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.降壓變壓器T2兩端原副線圈匝數(shù)不變,輸入電壓U3決定輸出電壓U4,故降壓變壓器的輸出電壓U4也降低,選項(xiàng)C正確.答案為C、D.

遠(yuǎn)距離電能的輸送是變壓器較為廣泛的運(yùn)用,發(fā)電站利用升壓變壓器升壓后再向遠(yuǎn)距離送電,到達(dá)用電區(qū)后再利用降壓變壓器進(jìn)行降壓.解決此類題型時(shí),先畫出圖4所示的簡(jiǎn)化原理圖,再運(yùn)用相關(guān)知識(shí)有條不紊進(jìn)行解答.

4 與二極管相結(jié)合問題

例4 在如圖5所示的電路中,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝22∶5,原線圈接u1＝的交流電,燈泡L標(biāo)有“50V 100 W”字樣,電阻R＝25Ω,D為理想二極管,則( ).

圖5

A 燈泡L不能正常發(fā)光;

C 原線圈的輸入功率為200W;

D 通過副線圈的電流為3A

原線圈電壓有效值U1＝220V,由得副線圈電壓有效值U2＝50V,燈泡L能正常發(fā)光,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;副線圈電壓的最大值為二極管的反向耐壓值應(yīng)大于選項(xiàng)B正確;由于二極管的單向?qū)щ娦?正弦交流電的一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期的時(shí)間電阻R有電流通過,因此R消耗的功率所以變壓器P入＝P出＝PL＋ PR＝100W＋50W＝150W,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由P出＝U2I2,得選項(xiàng)D正確.

本題考查了變壓器、二極管的單向?qū)щ娦约半娐返南嚓P(guān)知識(shí).二極管也叫晶體二極管,是一種半導(dǎo)體元件,它的特點(diǎn)是電流從正極流入時(shí)電阻比較小,從負(fù)極流入時(shí)電阻比較大,高中階段一般將其看作理想二極管,即正向電阻可看成0,反向電阻可看成無(wú)窮大,即二極管具有單向?qū)щ娦?

(作者單位:湖南省懷化市湖天中學(xué))