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2018版提分宝典-物理A:全国版-第33课 变压器 传感器

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                              第 33 课  ·变压器 传感器

1.变压器
a.互感现象是变压器的工作基础

(1)(多选)(经典题,6    分)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
解析:由于火线和零线并行绕制,所以在家庭电路正常工作时,火线和零线的电流大小相等,

方向相反,因此合磁通量为零,L2             中的磁通量为零,故         A 项正确。当家庭电路中使用的电

器增多时,火线和零线的电流仍然大小相等,方向相反,L2                       中的磁通量不变,故         B 项正确。
家庭电路发生短路时,火线和零线的电流同时增大,合磁通量仍然为零,因此开关                                  K 不会
被电磁铁吸起,故        C 项错误。当地面上的人接触火线发生触电时,火线的电流突然变大,

即 L1 中的磁场发生变化,导致          L2 中的磁通量变化,L2       中产生感应电流,电磁铁将开关             K 吸
起,故   D 项正确。

                    U1  n1  I1  n2

b.理想变压器基本规律U2=n2、I2=n1、P1=P2             的应用
(2)(2017 北京理综,6   分)如图所示,理想变压器的原线圈接在                u=220   2sin 100πt(V)的交流
电源上,副线圈接有         R=55   Ω 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为               2∶1,电流表、电压表
均为理想电表。下列说法正确的是(  )


A.原线圈的输入功率为          220 2 W
B.电流表的读数为        1 A
C.电压表的读数为        110 2 V
D.副线圈输出交流电的周期为             50 s

答案:B
解析:原线圈所接交流电源的最大值为                220 2 V,则原线圈两端电压有效值为             220 V。电表
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                                                            U1  n1
的读数均为有效值,由理想变压器原、副线圈两端电压与线圈匝数关系U2=n2可知副线圈
                                                 U
两端电压有效值为        110 V,故  C 项错误。根据欧姆定律          I=R可知流过电阻       R 的电流为    2 A,
则负载电阻     R 消耗的功率     P=UI=220   W,根据理想变压器功率关系可知原线圈的输入功率
也为  220 W,故   A 项错误。由      P=UI 可知,电流表的读数为          1 A,故   B 项正确。由交流电
                                                          2π
源的瞬时表达式       u=220  2sin 100π t(V)可知 ω=100π rad/s,周期  T=  ω =0.02 s,故  D 项错
误。

(3)(2015 全国Ⅰ,6  分)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为                 3∶1,在原、副线圈的回路
中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为                      220 V 的正弦交流电源上,如图所示。
设副线圈回路中电阻两端的电压为              U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为                    k,则(  )


               1                 1
A.U=66 V,k=9      B.U=22 V,k=9
               1                 1
C.U=66 V,k=3      D.U=22 V,k=3

答案:A
                                 U                     1    U

解析:由题意知,副线圈的电流为              I2=R,则原线圈的电流为          I1=3I2=3R,与原线圈串联的
                    U                                                U

电阻的电压为      UR=I1R=3,由变压器的匝数比可知,原线圈的电压为                    3U,所以有3+3U=
                                                        U2
                                                    2
220 V,解得    U=66  V。原线圈回路中的电阻的功率为              P1=I1R=9R,副线圈回路中的电阻
            U2         P1  1

的功率为    P2= R ,所以   k=P2=9,故    A 项正确,B     项、C  项、D   项均错误。

(4)(2013 天津理综,6   分)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要

通过电流互感器来连接,图中电流互感器                 ab 一侧线圈的匝数较少,工作时电流为               Iab,cd 一

侧线圈的匝数较多,工作时电流为              Icd,为了使电流表能正常工作,则(  )


A.ab  接 MN、cd  接  PQ,IabIcd
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C.ab 接  PQ、cd  接 MN,IabIcd

答案:B
解析:根据变压器中电流与匝数成反比可知,变压器中匝数较多一边电流较小,所以                                   ab 上
的电流大于     cd 上的电流,故     A、C   项均错误。根据题意,高压线中电流较大,不能用普通
交流电流表直接测量其电流,要通过电流互感器来连接,即要求通过电流表的电流小于高压
线上的电流,所以        ab 接 MN 而 cd 接 PQ,故   B 项正确,D     项错误。

c.以电流“副制约原”为突破点分析负载变化的动态问题
(5)(2016 天津理综,6   分)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理
想电表。下列说法正确的是(  )


A.当滑动变阻器的滑动触头            P 向上滑动时,R1     消耗的功率变大
B.当滑动变阻器的滑动触头            P 向上滑动时,电压表         V 示数变大

C.当滑动变阻器的滑动触头            P 向上滑动时,电流表         A1 示数变大

D.若闭合开关      S,则电流表      A1 示数变大,A2    示数变大

答案:B
解析:当滑动变阻器的滑动触头             P 向上滑动时,R      的阻值变大,变压器的次级电压不变,则

次级电流减小,则        R1 两端电压及消耗的功率均变小,电压表的示数等于变压器次级电压减

去 R1 两端的电压,因此电压表的示数变大,故                 A 项错误,B    项正确。由于当滑动变阻器的

滑动触头    P 向上滑动时,次级电流减小,因此初级电流也减小,电流表                         A1 示数变小,故

C 项错误。若闭合开关         S,则变压器的次级电阻减小,次级电流变大,R1                   的电压变大,则电

压表  V 示数减小,则      R2 两端电压减小,电流表         A2 示数减小;次级电流变大,则初级电流

变大,则电流表       A1 示数变大,故     D 项错误。


 (6)(多选)(2014 全国Ⅱ,6   分)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为                      n1、n2。原
线圈通过一理想电流表○A           接正弦交流电源,一个二极管和阻值为                R 的负载电阻串联后接到
副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得                                    a、

b 端和  c、d 端的电压分别为       Uab 和 Ucd,则(  )


A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大负载电阻的阻值          R,电流表的读数变小

C.负载电阻的阻值越小,cd           间的电压    Ucd 越大
D.将二极管短路,电流表的读数加倍
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答案:BD
解析:二极管的单向导电性使交流电只有一半时间通电,电压的有效值与正弦交流电压的正

常有效值不相等。副线圈两端电压的有效值为                   U2,由于二极管的单向导电性,交流电压表
                                       Ucd2       T          2

的读数为电压的有效值,由有效值的定义,有                    R  T=    ·2,则   Ucd= 2 U2。对于理想变
     Uab  n1    Uab  n1

压器   U2 =n2,则Ucd≠n2,故      A 项错误。负载电阻        R 增大时,副线圈输出的功率减小,则
原线圈输入的功率减小,而输入电压不变,因此原线圈电流减小,电流表示数变小,故
B 项正确。cd    间电压的大小取决于原线圈输入的电压大小,与负载电阻及阻值的大小无关,

故 C 项错误。二极管短路后,输出功率加倍,则输入功率加倍                        P 入=IU1,因为    U1 不变,所

以 I1 加倍,电流表的示数加倍,故            D 项正确。 

d.以电压“原制约副”为突破点分析匝数比变化的动态问题
(7)(多选)(2018 改编,6  分)如图所示为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视
变压器为理想变压器,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         220 V 降至 110 V。调节前后(  )


A.副线圈中的电流比为          1∶2(2015 广东理综)
B.副线圈输出功率比为          2∶1(2015 广东理综)
C.副线圈的接入匝数比为           2∶1(2015 广东理综)
D.原线圈输入功率比为          1∶2(2015 广东理综)
E.原线圈中的电流比为          4∶1

答案:CE
解析:输出电压的有效值由            220 V 降到 110 V,在原线圈的输入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比,可以知道副线圈的匝数变为原来的一半,故                                  C 项正
确。负载电阻不变,电压减半,根据欧姆定律,电流随之减半,故                            A 项错误。由     P=UI 可
                           1
知,副线圈输出功率变为原来的4,故               B 项错误。根据输入功率等于输出功率可知,原线圈
                     1                                       1
的输入功率也变为原来的4,故            D 项错误。原线圈的输入功率变为原来的4,接入电压不变,
                                   1
由 P=UI  可知,原线圈的电流变为原来的4,故               E 项正确。

(8)(2016 江苏单科,3   分)一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在
a、b 间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在                       c、d  间作为副线圈。在        a、

b 间输入电压为     U1 的交变电流时,c、d        间的输出电压为       U2。在将滑动触头从        M 点顺时针
旋转到   N 点的过程中(  )
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A.U2>U1,U2   降低   B.U2>U1,U2   升高

C.U2
	
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