(讲义)第3章 素养培优课6 变压器的应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

素养培优课(六)　变压器的应用 培优目标 1．会分析变压器的动态变化问题，掌握解答此类问题的思路。 2．理解自耦变压器和两种互感器的原理。 3．掌握变压器的原理，会解答具有多个副线圈的变压器问题。 考点1　理想变压器的动态变化问题 1．变压器的动态电路分析 一是要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循欧姆定律。首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析。 2．需要注意的几点 (1)负载增多，不等于电阻变大。并联的负载增多对应用电器增多，消耗功率增大，其总电阻减小。 (2)负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断：先要由＝判断U2是否变化，再根据U2及负载电阻变大或变小的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I2的变化情况，最后再由P入＝P出判断原线圈中电流的变化情况。 3．动态问题的分析思路可表示为 【典例1】　理想变压器的原线圈与电流表串连，副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节，在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交变电流，如图所示。下列情况可能出现的是(　　) A．若Q位置不变，将P向上滑动，U′变大 B．若Q位置不变，将P向上滑动，电流表的读数变大 C．若P位置不变，将Q向上滑动，电流表的读数变大 D．若P位置不变，将Q向上滑动，变压器的输入功率不变 C　[当理想变压器的输入电压U，以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圈两端的电压也不变，A项错误；由P出＝知R增大时，输出功率减小，又由P入＝P出得原线圈中的电流表读数要减小，B项错误；Q向上滑动时，U′增大，而负载电阻不变，则输出功率要增大，即输入功率也要增大，原线圈中的电流就要增大，C项正确，D项错误。] 处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系。在理想变压器中，U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定。 [跟进训练] 1．(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示。副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头。则(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．副线圈输出电压的频率为50Hz B．副线圈输出电压的有效值为31V C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D．P向右移动时，变压器的输入功率变大 AD　[由图像可知，交变电流的周期为0.02s，所以交变电流的频率为50Hz，所以A正确；根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为310V，所以副线圈的电压的最大值为31V，所以电压的有效值为V＝22V，所以B错误；原、副线圈的电流与匝数成反比，线圈的匝数不变，所以电流比也不变，所以C错误；P向右移动时，滑动变阻器的电阻减小，副线圈的电压不变，所以电路消耗的功率将变大，变压器的输出功率增加，所以D正确。] 考点2　几种特殊的变压器 1．自耦变压器 图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 甲　　　　　　　　　　　　乙 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。 2．互感器 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在待测大电流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 关系式 ＝ I1n1＝I2n2 【典例2】　如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220V，电流表示数为10A，则高压输电线的送电功率为(　　) A．2.2×103W B．2.2×10-2W C．2.2×108W D．2.2×104W C　[根据题图甲可得，高压输电线的送电电压U＝U甲＝220kV；根据题图乙可得，送电电流I＝I乙＝1000A；所以高压输电线的送电功率P＝UI＝220kV×1000A＝2.2×108W，C正确。] 区别电压互感器和电流互感器的方法 [跟进训练] 2．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，Iab<Icd B．ab接MN、cd接PQ，Iab>Icd C．ab接PQ、cd接MN，Iab<Icd D．ab接PQ