【推荐】专题47 几种特殊变压器及应用-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

【推荐】专题47 几种特殊变压器及应用-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

一：专题概述 模型一　自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示。‎ 模型二　互感器 互感器，分为电压互感器和电流互感器 电压互感器 电流互感器 原理图 模型三　双副线圈变压器 计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：‎ ‎(1)电压关系：＝＝＝……‎ ‎(2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋……‎ ‎(3)功率关系：P1＝P2＋P3＋……‎ 二：典例精讲 ‎1．自耦变压器的问题 典例1：如图是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P是可移动的滑动触头．A、B间接交流电压U，输出端连接了两个相同的灯泡L1和L2，Q为滑动变阻器的滑动触头。当开关S闭合，P处于如图所在的位置时，两灯均能发光．下列说法正确的是 A. 将P沿逆时针方向移动，两灯均变亮 B. P不动，将Q向左移动，两灯均变亮 C. P不动，将Q向右移动，变压器输入功率变大 D. P、Q不动断开开关S，L1将变暗 ‎【答案】AB ‎2．互感器的问题 典例2：如图所示，L1和L2是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器。若已知变压比为1 000∶1，变流比为100∶1，并且知道电压表示数为220 V，电流表示数为‎10 A，则输电线的输送功率为(　　)‎ A．2.2×103 W B．2.2×10－2 W C．2.2×108 W D．2.2×104 W ‎【答案】C ‎【解析】根据＝，＝得，U1＝2.2×105 V，I1＝1 ‎000 A，所以输电线的输送功率P＝U1I1＝2.2×108 W，故选C。‎ ‎3．双副线圈变压器的问题 典例3：如图所示，接在理想变压器回路中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为 (　　)‎ A．1∶1∶1　　　 B．3∶2∶1‎ C．6∶2∶1 D．2∶2∶1‎ ‎【答案】B ‎4．变压器的实际应用问题 典例4：钳型电流表的外形和结构如图（a）所示，图（a）中电流表的读数为1．2A，图（b）中用同一电缆线绕了3匝，则（ ）‎ A．这种电流表能测直流电流，图（b）的读数为2．4A B．这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为0．4A C．这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为3．6A D．这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图（b）的读数为3．6A ‎【答案】C 三 总结提升 ‎1. 互感器，分为电压互感器和电流互感器，比较如下：‎ ‎　　类型 项目 电压互感器 电流互感器 原线圈的连接 并联在高压电路中，匝数多而细 串联在待测高压电路中，匝数少而粗 副线圈的连接 连接电压表，匝数少而粗 连接电流表，匝数多而细 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 测量工具 用电压表测低电压 用电流表测小电流 结合匝数比可计算出的结果 高压电路的电压 大电流电路的电流 原理图 利用的公式 ＝ I1n1＝I2n2‎ 四 提升专练 ‎1.如图所示，一理想自耦变压器的原线圈接有正弦交变电压，副线圈接有可变电阻R，滑动触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是 A. 变压器工作时线圈中各处通过的电流相同 B. 若仅将触头P向a端滑动，则电阻R消耗的电功率增大 C. 若仅使电阻R增大，则变压器的输入功率增大 D. 若使电阻R增大的同时，将滑动触头P向a端滑动，则通过a处的电流一定增大 ‎【答案】B ‎2．在变电站里，经常要监测电网上的强电流，用到的器材有电流互感器．如图所示的四种有关电流互感器的连接方法中，能正确反映其工作原理的是(　)‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】由理想变压器的原副线圈的电流之比可知，电流与匝数成反比．则电流互感器应串连接入匝数较多的线圈上．同时一次绕组匝数很少，且串在需要测量的电流的线路中，故A正确．‎ ‎3．如图所示，一理想变压器由一个初级线圈和两个次级线圈组成，当此变压器工作时，初级和次级线圈的匝数、电流、电压均在图中标出，则下列几组关系式中正确的是（　　）‎ A. ， B. ‎ C. n1I1+n3I3=n2I2 D. ， ‎ ‎【答案】A ‎4．如图甲所示为一种自耦变压器的结构示意图．线圈均匀绕在圆环形铁芯上，若AB间输入如图乙所示的交变电压，转动滑动触头P到如图甲中所示位置，在BC间接一个理想交流电压表(图甲中未画出)，则 ‎ A. AB间输入的交流电的电压瞬时值表达式为u＝220sin 50πt V B. 滑动触头P顺时针旋转时，电压表读数变大 C. t＝1×10－2 s时电压表的读数为零 D. BC间输出的电功率为零 ‎【答案】D ‎5．如图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，以下说法正确的是（　　）‎ A. 线圈匝数N1＜N2，N3＜N4‎ B. 线圈匝数N1＞N2，N3＞N4‎ C. 甲图中的电表是电压表，乙图中的电表是电流表 D. 甲图中的电表是电流表，乙图中的电表是电压表 ‎【答案】C ‎【解析】甲并联在电路中是电压互感器，电路中是强电压，通过变压器变成弱电压，用电压表测量，因为电压之比等于线圈匝数比，所以N1＞N2；由图可知，乙串联在电路中是电流互感器，电路中是强电流，通过变压器变成弱电流，用电流表测量，因为电流之比等于线圈匝数的倒数比，所以N3＜N4，故AB错误；甲图中的电表是电压表，副线圈电流较大，乙图中的电表是电流表，故C正确，D错误；故选C.‎ ‎6.自耦变压器的特点是在铁心上只绕一个线圈，它的结构如图所示，P、M之间可以当做一个线圈，移动滑动触头P，可以改变这个线圈的匝数；N、M之间可以当做另一个线圈．M、N与一个滑动变阻器相连，Q为滑动变阻器的滑动触头．下列论述正确的是（　　） ‎ A. 当恒定交流电源接到a、b时，向上移动滑动触头P，电压表V1的示数不变，V2示数增大 B. 当恒定交流电源接到a、b时，向上移动滑动触头P，电压表V1示数变大，V2示数也增大 C. 当恒定交流电源接到c、d时，向上移动滑动触头Q，电压V1的示数不变，V2示数不变 D. 当恒定交流电源接到c、d时，向上移动滑动触头Q，电压表V1示数变大，V2示数不变 ‎【答案】D ‎7.如图所示，理想变压器有两个副线圈，匝数分别为n1和n2，所接负载4R1＝R2，当只闭合S1时，电流表示数为‎1 A，当S1和S2都闭合时，电流表示数为‎2 A，则n1∶n2为(　　)‎ A．1∶1　　　　　　 B．1∶2‎ C．1∶3 D．1∶4‎ ‎【答案】B ‎【解析】变压器原副线圈的磁通量变化率相同，所以U∶U1∶U2＝n∶n1∶n2，根据能量守恒，输出功率等于输入功率，所以有当只闭合S1时UI＝，当S1和S2都闭合时，UI′＝＋＝，代入数据I＝‎1 A、I′＝‎2 A可得U22＝4U12，即U1∶U2＝1∶2，所以n1∶n2＝1∶2，选项B对。‎ ‎8．（多解）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（ ）‎ A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变 C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 ‎【答案】ABD ‎9．如图为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变阻器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V．调节前后（ ）‎ A. 副线圈中的电流比为1：2‎ B. 副线圈输出功率比为2：1‎ C. 副线圈的接入匝数比为2：1‎ D. 原线圈输入功率比为1：2‎ ‎【答案】C ‎【解析】A、C、通过调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V，输出电压减小为原来的一半，在原线圈电压和匝数不变的情况下，根据原副线圈电压之比等于匝数之比得副线圈接入匝数也应该变为原来的一半，所以接入匝数之比为2：1，副线圈电压减半，电阻不变，电流也随之减半，所以电流之比为2：1，故A错误，C正确；B、由，所以输出功率之比为4：1，故B错误；D、副线圈输出功率等于原线圈输入功率，所以原线圈输入功率之比为4：1，故D错误；故选B.‎ ‎10．如图所示，R1、R2、R3为完全相同的标准电阻。甲、乙两种情况下电阻R2、R3的功率均为P，且匝数比n1：n2均为4：l，则 A. 图甲中R1的功率2P B. 图甲中R1的功率 C. 图乙中R1的功率16P D. 图乙中R1的功率 ‎【答案】D ‎11．如图所示，理想变压器的原线圈匝数为2200 匝，加上220 V的正弦交变电压，副线圈c、 d 之间的匝数为1100匝，d、 e 之间的匝数也为 1100匝。D1、D2 为理想二极管，R 是阻值为10 Ω的定值电阻，则电阻R消耗的电功率为(　　)‎ A. 1210 W B. 4840 W C. 650 W D. 2420 W ‎【答案】A ‎【解析】理想变压器的原线圈匝数为 2200 匝，加上 220 V的正弦交变电压，副线圈c、 d 之间与d、 e之间的电压大小均为 ；副线圈的输出电压也按正弦规律变化，电阻R的电功率为，所以在通电时间内电阻R消耗的电功率为1210 W，选项A正确。‎ ‎12．如图所示，在AB间接入（V）的正弦交流电，通过理想变压器和相同的理想二极管D1、D2给阻值R＝20 Ω的纯电阻供电，变压器原线圈n1＝1100匝，副线圈n2＝200匝，Q 为副线圈正中央抽头。为保证安全，二极管的反向耐压值至少为U0，设电阻R上消耗的电功率为P，则 A. U0＝56.6V，P＝20W B. U0＝56.6V，P＝80W C. U0＝28.3V，P＝20W D. U0＝28.3V，P＝80W ‎【答案】A ‎13．如图所示，一理想变压器原线圈与每个副线圈的匝数比均为3:1，原线圈与每个副线圈所连的电阻阻值均为R，原线圈接220V的正弦交流电，副线圈n2回路中电阻两端的电压为U2，原线圈电阻与每个副线圈电阻消耗的功率之比均为k。则 A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】设原线圈电流为I，则根据 可得：I2=1.5I；由题意可知 ，解得 ；设原线圈和副线圈电阻R上的电压分别为UR1 、UR1，则 即 ,又 ‎ ，解得UR2=60V；故选项A正确，BCD错误；故选A.‎ ‎14．如图所示，理想变压器原线圈Ⅰ接到220 V的交流电源上，副线圈Ⅱ的匝数为30，与一标有“12 V，12 W”的灯泡连接，灯泡正常发光．副线圈Ⅲ的输出电压为110 V，电流为0.4 A．求：‎ ‎(1)副线圈Ⅲ的匝数；‎ ‎(2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流．‎ ‎【答案】(1) 275匝(2) 0.25 A