高中物理電磁學(xué)篇等效阻抗變壓器動態(tài)問題

高中物理電磁學(xué)篇11等效阻抗變壓器動態(tài)問題一.應(yīng)用技巧1.變壓器原線圈接有負載R時，原、副線圈的制約關(guān)系照舊成立，但電路輸入的總電壓U不再等于變壓器原線圈的電壓U1，而是U＝U1＋U負載，明顯U≠U1.變壓器原、副線圈兩端的功率也始終相等，但電路輸入的電功率P也不等于原線圈兩端的功率P1，而是P＝P1＋P負載．2.等效負載電阻法變壓器等效負載電阻公式的推導(dǎo)：設(shè)抱負變壓器原副線圈的匝數(shù)之比為n1：n2，原線圈輸入電壓為U1，副線圈負載電阻為R，如圖1（1）所示，在變壓器正常工作時，求a、b間的等效電阻。先畫出等效電路圖如圖1（2）所示，設(shè)變壓器等效負載電阻為在（1）中由變壓器的分壓規(guī)律：得：，所以負載電阻R消耗的功率為：在（2）中等效電阻消耗的功率為：因，所以等效電阻為：（重要結(jié)論）【例】一含有抱負變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，A為抱負溝通電流表，U為正弦溝通電壓源，輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為A．2 B．3C．4 D．5【答案】B【解析】解法一：能量守恒法：設(shè)原副線圈匝數(shù)比為斷開①閉合②①②得即：化簡得解法二：電流、電壓關(guān)系法設(shè)原副線圈匝數(shù)比為斷開時由圖可知即則①閉合由圖可知即則②由①②得解法三：等效負載電阻法設(shè)原副線圈匝數(shù)比為斷開時等效負載電阻為則①閉合時等效負載電阻為則②①②得二、實戰(zhàn)應(yīng)用(應(yīng)用技題，供應(yīng)解析僅供參考)1．我國是全球唯一把握超特高壓直流輸電技術(shù)的國家。下圖是特高壓直流輸電系統(tǒng)的模擬圖（只顯示變壓與傳輸部分），則以下說法正確的是（）A．題中描述的“特高壓直流輸電”，說明變壓器可以直接對直流電進行變壓作用B．變壓器在升壓過程中頻率隨著電壓的增大而上升C．在輸電功率確定條件下，輸電電壓提高十倍，線路損耗功率將降低為原來的一百分之一D．在上圖中，用戶接入電路的用電器越多，流過的電流越大，由匝數(shù)比等于電流的反比可知，流過電阻的電流變小【答案】C【詳解】A．依據(jù)變壓器工作原理可知，變壓器不行以直接對直流電進行變壓作用，故A錯誤；B．變壓器在升壓過程中頻率保持不變，故B錯誤；C．依據(jù)，聯(lián)立可得在輸電功率確定條件下，輸電電壓提高十倍，線路損耗功率將降低為原來的一百分之一，故C正確；D．在上圖中，用戶接入電路的用電器越多，流過的電流越大，依據(jù)可知隨著增大，流過電阻的電流變大，故D錯誤。故選C。2．抱負變壓器及其前后電路如圖所示，ab間接電壓為U的溝通電，變壓器原副線圈的匝數(shù)比為3:1，R1:R2=3:1。下列做法能增大變壓器副線圈輸出電壓的是（）A．將R1、R2調(diào)換位置 B．給R2并上一個等值電阻C．a(chǎn)b間換接頻率更高的溝通電 D．a(chǎn)b間換接電壓為2U的直流電【答案】A【詳解】A．原線圈電路中依據(jù)電壓匝數(shù)比關(guān)系有依據(jù)電流與匝數(shù)比為副線圈電路中解得當(dāng)將R1、R2調(diào)換位置時，由分析有A正確；B．由于可知，隨的減小而減小，當(dāng)給R2并上一個等值電阻時，負載電阻減小，則副線圈輸出電壓減小，B錯誤；C．依據(jù)可知，副線圈輸出電壓與電流頻率無關(guān)，則C錯誤；D．變壓器只能針對溝通電才能夠正常工作，當(dāng)ab間換接電壓為2U的直流電時，變壓器不能發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，副線圈輸出電壓為0，D錯誤。故選A。3．如圖所示，抱負變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為，正弦溝通電源電壓為，電阻，，滑動變阻器最大阻值為，滑片P處于正中間位置，則下列說法中正確的是（）A．通過的電流為B．電壓表讀數(shù)為C．若向上移動P，電壓表讀數(shù)將變大D．若向上移動P，變壓器副線圈輸出功率將變大【答案】B【詳解】AB．抱負變壓器原副線圈匝數(shù)之比為，可知原副線圈的電流之比為，設(shè)通過R1的電流為I，則副線圈電流為0.25I，原線圈電壓依據(jù)匝數(shù)比可知副線圈電壓為由歐姆定律知聯(lián)立解得，故A錯誤，B正確；C．若向上移動P，則R3電阻減小，副線圈電流變大，原線圈電流也變大，電阻R1的電壓變大，變壓器原線圈電壓變小，副線圈電壓變小，故電壓表示數(shù)變小，故C錯誤；D．變壓器副線圈輸出功率為若向上移動P，原線圈電流I>16A，故功率P減小，故D錯誤。故選B。4．如圖，是某風(fēng)力發(fā)電節(jié)能路燈的電路簡化圖。風(fēng)速為v時，溝通發(fā)電機的電動勢表達式為，能感應(yīng)風(fēng)速大小的調(diào)整器（不消耗副線圈電路的電能）可以把握變壓器副線圈的滑片P上下移動，使燈泡始終保持額定電壓正常發(fā)光，下列說法正確的是（）A．風(fēng)速變大時，流過燈泡的電流變大B．風(fēng)速變大時，滑片P將向上移動C．風(fēng)速變大時，變壓器的輸入電壓變大D．風(fēng)速變大時，變壓器的輸出電壓變大【答案】C【詳解】AD．調(diào)整器可以把握變壓器副線圈的滑片P上下移動，使燈泡始終保持額定電壓正常發(fā)光，所以風(fēng)速變大時，流過燈泡的電流不變，變壓器的輸出電壓不變，故AD錯誤；C．由題意知所以風(fēng)速變大時，溝通發(fā)電機的電動勢變大，則變壓器的輸入電壓變大，故C正確；B．由變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系可知，輸入電壓增大，輸出電壓不變，原線圈匝數(shù)不變時，應(yīng)減小，則滑片P向下移動，故B錯誤。故選C。5．如圖所示，一個面積為S、匝數(shù)為N的金屬線圈在勻強磁場中以恒定的角速度繞垂直于磁場方向的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，線圈兩端通過電刷與圖示的電路連接，線圈內(nèi)阻不計。無光照時，光敏電阻與定值電阻的阻值相等，均為R；光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小。抱負變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為k（k＞1），電路中的電表均可視為抱負電表，則（）A．開關(guān)S處于斷開狀態(tài)時，減小光照強度，電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)變小B．從圖示位置開頭計時，線圈轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為C．開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時，將用黑紙包裹，的電功率為D．將用黑紙包裹，斷開開關(guān)S，抱負溝通電壓表的示數(shù)為；閉合開關(guān)S，抱負溝通電壓表的示數(shù)為，可算出【答案】A【詳解】A．設(shè)發(fā)電機輸出電壓有效值為U，若設(shè)變壓器次級電流為I，則初級電流，初級電壓，次級電壓，則即減小光照強度，R2變大，則I減小，則變壓器初級電流減小，即電流表的示數(shù)變小，次級電壓變大，則電壓表的示數(shù)增大，選項A正確；B．從圖示位置開頭計時，線圈轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為選項B錯誤；C．開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時，將用黑紙包裹，則，此時變壓器次級電壓的電功率為選項C錯誤；D．將用黑紙包裹，斷開開關(guān)S，則，則由A的分析可知其中解得抱負溝通電壓表的示數(shù)為閉合開關(guān)S，抱負溝通電壓表的示數(shù)為可算出選項D錯誤。故選A。6．如圖所示為某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖。升壓變壓器原、副，線圈兩端的電壓分別為和，降壓變壓器原副線圈兩端的電壓分別為和。在輸電線路的起始端接入兩個互感器，兩個互感器原、副線圈的匝數(shù)比分別為10：1和1：10，各互感器和電表均為抱負的，則下列說法正確的是（）A．若電壓表的示數(shù)為220V，電流表的示數(shù)為10A，則線路輸送電功率為110kWB．若保持發(fā)電機輸送功率確定，僅將滑片Q下移，輸電線損耗功率增加C．若發(fā)電機輸出電壓確定，若用戶數(shù)削減，為維持用戶電壓確定，可將滑片P上移D．若保持發(fā)電機輸出電壓確定，僅將滑片Q下移，輸電線損耗電壓增加【答案】D【詳解】A．由題意，依據(jù)抱負變壓器變壓和變流規(guī)律可得解得所以線路輸送的電功率為A錯誤；B．輸電線損耗的功率為若保持P不變，輸電電壓增大，則ΔP減小，B錯誤；C．若保持發(fā)電機輸出電壓和Q的位置確定，使用戶數(shù)削減，即不變，R增大，則減小，增大，為了維持用戶電壓確定，需要減小，可將滑片P下移，C錯誤；D．依據(jù)閉合電路歐姆定律有依據(jù)抱負變壓器變壓和變流規(guī)律有設(shè)用戶端總電阻為R，則有聯(lián)立解得若保持發(fā)電機輸出電壓和用戶數(shù)確定，僅將滑片Q下移，則輸電電壓增大，R不變，所以輸電電流增大，設(shè)輸電線電阻為r，而輸電線損耗電壓為所以ΔU增大，D正確。故選D。7．為了爭辯輸電線上的電阻對遠距離輸電的影響，某同學(xué)設(shè)計了如圖所示電路，考慮到平安因素未加裝升壓變壓器。溝通發(fā)電機接在a、b之間（未畫出），忽視發(fā)電機線圈的電阻。開動發(fā)電機，待輸出電壓穩(wěn)定后，閉合開關(guān)S，下列說法正確的是（）A．若阻值調(diào)到某值（不為零）時，將滑片P向上滑動，則消耗的電功率將增加B．若阻值調(diào)到零時，將滑片P向上滑動，則消耗的電功率將增加C．若阻值調(diào)到某值（不為零）時，將滑片P向上滑動，則電壓表示數(shù)將增加D．若阻值調(diào)到零時，將滑片P向上滑動，則電壓表示數(shù)將增加【答案】B【詳解】BD．若阻值調(diào)到零時，則無論怎么調(diào)整的阻值，電壓表示數(shù)不變，由可知，將滑片P向上滑動，的阻值減小，則消耗的電功率將增加，B正確，D錯誤；AC．設(shè)電壓表示數(shù)為，若阻值調(diào)到某值（不為零）時，則有設(shè)原、副線圈匝數(shù)比為則有聯(lián)立解得故減小，則減小；功率可知當(dāng)時，最大，由于題中未給出與的大小關(guān)系，故無法確定的變化，故AC錯誤。故選B。8．如圖，抱負變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同，滑動觸頭P1初始位置在副線圈正中間，輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源。定值電阻R1的阻值為R，滑動變阻器R2的最大阻值為9R，滑片P2初始位置在最右端。抱負電壓表V的示數(shù)為U，抱負電流表A的示數(shù)為I。下列說法正確的是（）A．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，I減小，U不變B．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，I減小，U增大D．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率減小【答案】B【詳解】AB．由題意可知，原副線圈的匝數(shù)比為，則副線圈的電流為，依據(jù)歐姆定律可得副線圈的電壓有效值為則變壓器原線圈的電壓有效值為設(shè)輸入溝通電的電壓有效值為，則可得保持位置不變，向左緩慢滑動的過程中，不斷變大，依據(jù)歐姆定律可知變壓器原線圈的電壓有效值變大，輸入電壓有效值不變，則兩端的電壓不斷變小，則電壓表示數(shù)變小，原線圈的電壓電流都變大，則功率變大，依據(jù)原副線圈的功率相等，可知消耗的功率增大，故B正確，A錯誤；CD．設(shè)原副線圈的匝數(shù)比為，同理可得則整理可得保持位置不變，向下緩慢滑動的過程中，不斷變大，則變小，對由歐姆定律可知可知不斷變小，依據(jù)原副線圈的功率相等可知消耗的功率整理可得可知時，消耗的功率有最大值，可知消耗的功領(lǐng)先增大，后減小，故CD錯誤。故選B。9．如圖，抱負變壓器原、副線圈匝數(shù)比為，輸入端、接入電壓有效值恒定的交變電源，燈泡L1、L2的阻值始終與定值電阻的阻值相同。在滑動變阻器的滑片從端滑動到端的過程中，兩個燈泡始終發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是（）A．L1先變暗后變亮，L2始終變亮B．L1先變亮后變暗，L2始終變亮C．L1先變暗后變亮，L2先變亮后變暗D．L1先變亮后變暗，L2先變亮后變暗【答案】A【詳解】副線圈的總電阻為解得則滑動變阻器R的滑片從a端滑到b端過程中，副線圈的總電阻選增大后減小，依據(jù)等效電阻關(guān)系有則等效電阻先增大后減小，由歐姆定律有，先減小后增大，先減小后增大，則先變暗后變亮，依據(jù)，由于先減小后增大，則副線圈的電壓先增大后減小，通過L2的電流為則滑動變阻器R的滑片從a端滑到b端過程中，漸漸減小，副線圈的電壓增大過程中增大；在副線圈的電壓減小過程中，通過R0的電流為漸漸增大，則越來越小，則則先變暗后變亮，始終變亮；故選A。10．如圖所示，兩抱負變壓器間接有電阻R，電表均為抱負溝通電表，a、b接入電壓有效值不變的正弦溝通電源。閉合開關(guān)S后（

）A．R的發(fā)熱功率不變 B．電壓表的示數(shù)不變C．電流表的示數(shù)變大 D．電流表的示數(shù)變小【答案】BC【詳解】AC．閉合開關(guān)S后，負載電阻減小，匝數(shù)為的線圈輸出功率變大，匝數(shù)為的線圈輸入功率也變大，a、b兩端電壓有效值不變，由可知電流表的示數(shù)變大，依據(jù)因比值不變，變大，變大，因此，R的發(fā)熱功率變大，故A錯誤，C正確；B．依據(jù)抱負變壓器電壓比等于匝數(shù)比可知輸出電壓不變，電壓表的示數(shù)不變，故B正確；D．依據(jù)抱負變壓器電流與匝數(shù)關(guān)系可得由于匝數(shù)均保持不變，增大，所以、增大，故電流表的示數(shù)變大，故D錯誤。故選BC。11．如圖所示，抱負變壓器原線圈輸電線上接有定值電阻R，AB端接正弦溝通電，副線圈上接有兩個相同的燈泡L1和L2。開頭時，電鍵K斷開。當(dāng)K接通時（

）A．副線圈兩端的輸出電壓減小 B．副線圈的輸出電流減小C．燈泡L1消耗的功率變大 D．原線圈中的電流增大【答案】AD【詳解】依據(jù)抱負變壓器原副線圈的關(guān)系有，其中U1=U－I1R，U2=I2R副聯(lián)立有由題知，AB端接正弦溝通電，則U不變，當(dāng)K接通R副減小，則I1增大，I2增大，U1減小，U2減小，又由于則燈泡L1消耗的功率變小。故選AD。12．在如圖所示的電路中，變壓器為抱負變壓器，定值電阻，滑片P上方原線圈匝數(shù)與下方原線圈數(shù)之比為1:3，S為單刀雙擲開關(guān)，在c、d端輸入正弦溝通電，S合向a，消耗的功率之比為1:8，則（）A．S合向a，、兩端的電壓之比為1:4B．S合向a，、兩端的電壓之比為1:2C．S合向a與S合向b，兩端的電壓之比為22:27D．S合向a與S合向b，兩端的電壓之比為22:25【答案】AC【詳解】AB．由可知，S合向a時，、兩端的電壓之比為1:4，故A正確，B錯誤；CD．由可知，通過、的電流之比為1:2，依據(jù)變流比可知，S合向a時，原、副線圈的匝數(shù)之比為2:1，設(shè)c、d端輸入電壓為U，S合向a時，設(shè)中的電流為，則S合向b時，設(shè)中電流為，此時原副線圈匝數(shù)比為3:2，則得到因此S合向a與S合向b，兩端的電壓之比為22:27，故C正確，D錯誤。故選AC。13．在如圖所示的電路中，抱負變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為，在a、b端輸入電壓為的正弦溝通電，為定值電阻，調(diào)整電阻箱，當(dāng)時，電壓表、電流表的示數(shù)分別為U、I，則下列說法正確的是（

）A． B． C． D．【答案】BC【詳解】依據(jù)歐姆定律可知由于原、副線圈的匝數(shù)比為，原線圈兩端電壓，原線圈中電流，原線圈電路滿足解得當(dāng)時，電流表示數(shù)，電壓表示數(shù)故BC正確，AD錯誤。故選BC。14．如圖所示，滑動觸頭N與抱負變壓器的副線圈接觸，、均為滑動變阻器，變壓器輸入正弦交變電流。下列操作中，可使燈泡變亮的是（）A．僅提高輸入電壓 B．僅將的滑片左移C．僅將的滑片上移 D．僅將觸頭N下移【答案】AC【詳解】A．抱負變壓器原副線圈電壓、電流與匝數(shù)關(guān)系有，將變壓器與副線圈電路看為一個整體，則該整體的等效電阻為令電源輸入的正弦交變電流的有效值為，則有可知，僅提高輸入電壓時，原線圈電流增大，依據(jù)電流匝數(shù)關(guān)系可知，副線圈電流增大，即可使燈泡變亮，A正確；B．僅將滑動變阻器的滑片左移，則變阻器接入電阻增大，依據(jù)上述可知，原線圈電流減小，依據(jù)電流匝數(shù)關(guān)系可知，副線圈電流減小，即可使燈泡變暗，B錯誤；C．僅將滑動變阻器的滑片上移，則變阻器接入電阻減小，依據(jù)上述可知，變壓器與副線圈電路的等效電阻減小，則原線圈電流增大，依據(jù)電流匝數(shù)關(guān)系可知，副線圈電流增大，即可使燈泡變亮，C正確；D．僅將觸頭N下移，則副線圈匝數(shù)減小，依據(jù)上述可知，變壓器與副線圈電路的等效電阻增大，則原線圈電流減小，依據(jù)電流匝數(shù)關(guān)系可知，副線圈電流減小，即可使燈泡變暗，D錯誤。故選AC。15．如圖，抱負變壓器原線圈與定值電阻R0=18Ω、一只抱負二極管和電流表串聯(lián)后接在u=36sin100πt（V）的溝通電源上，抱負變壓器原、副線圈總