与变压器有关问题的处理策略

2016-12-19山东张立勇

高中数理化 2016年23期

关键词：副线圈匝数电流表

◇ 山东张立勇

与变压器有关问题的处理策略

◇ 山东张立勇

变压器既是电磁感应知识的延续,也是交流电路认识的基础,与其相关的知识密切联系实际生活,因此成为高考命题的热点.本文对此类问题的求解归纳总结几个策略,供参考.

1 熟知变压器原理

例1 (2016年全国卷)一含有理想变压器的电路如图1所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是3、1和4Ω,Ⓐ为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定.当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为( ).

图1

A 2; B 3; C 4; D 5

当S断开时,电路如图2所示,由闭合电路欧姆定律,原线圈两端电压

图2

当S闭合时,电路如图3所示,由闭合电路欧姆定律,原线圈两端电压U′1＝U－4I·R1.

图3

变压器的工作原理是电磁感应的应用,故必须是针对交流电,当然它还涉及互感知识,解答的关键是要弄清变压器的基本原理以及线圈的绕行方向.本题求解中由于原电路有电阻,原线圈两端电压不等于电源电压.

2 把握理想变压器的内涵

例2 (2016年四川卷)如图4所示,接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电,如果将原、副线圈减少相同匝数,其他条件不变,则( ).

图4

A 小灯泡变亮;

B 小灯泡变暗;

C 原、副线圈两段电压的比值不变;

D 通过原、副线圈电流的比值不变

由于原线圈电压恒定不变,则副线圈电压减少,电灯泡实际功率减小,小灯泡变暗,则选项B正确.

理想变压器是指没有漏磁通情况存在,磁通量全部在铁芯内循环,也不计电流在原副线圈及铁芯上的热效应、无能量损失的变压器.本题中所涉及的变压器是单工作回路的理想变压器,只有副线圈回路有负载,而原线圈回路没有工作元件,因此电路规律的应用只是在副线圈电路中,原线圈两端的电压等于电源电压.

3 明确内部关系

例3 (2016年全国卷)如图5所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b,当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是( ).

A 原、副线圈匝数比为9∶1;

B 原、副线圈匝数比为1∶9;

C 此时a和b的电功率之比为9∶1;

D 此时a和b的电功率之比为1∶9

图5

因为两灯泡额定电压相同且均正常发光,由于输入电压为灯泡额定电压的10倍,所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1.由理想变压器的变压规律可知,原、副线圈的匝数比也为9∶1,则选项A正确、选项B错误;由理想变压器电流规律可知,原、副线圈的电流比为1∶9,则由电功率公式P＝UI可知,a和b的电功率之比为1∶9,则选项C错误、选项D正确.

副线圈的输出功率决定原线圈的输入功率.当次级电路断开时,输出功率为零,则输入功率也为零.有多个副线圈时,功率应按需分配,同时一定满足P入＝P出.