地标性高考物理题:2016年全国卷A题16

2016年全国卷A题16

16.一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻 R_1R_2,和 R_3 的阻值分别为 3\Omega1\Omega4\Omega\boxed{\mathbf{A}}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、副线圈匝数比值为

A.2 B.3 C.4 D.5

2016年全国卷A题16

【解析】

对于理想变压器,以下公式成立:

n_1:n_2=U_1:U_2=I_2:I_1 \Rightarrow U_1=\dfrac{n_1}{n_2}U_2,\;I_2=\dfrac{n_1}{n_2}I_1

k=n_1:n_2,

当开关 S 断开时,电流表的示数为 I;副线圈的电流为 kI;

根据欧姆定律,R_2,R_3 串联电路的总电压为 kI(R_2+R_3),也就是副线圈两端的电压;

所以,原线圈两端电压为 k^2I(R_2+R_3)

R_1 与原线圈两端的电压之和等于电源电压,所以 U=R_1I+k^2(R_2+R_3)I

S 闭合时,电流表的示数为 4I, 所以 U= 4 R_1I + 4k^2 R_2 I

R_1+k^2(R_2+R_3)=4R_1+4k^2R_2

k^2=\dfrac{3R_1}{R_3-3R_2}=9 \Rightarrow k=3

结论:选项B正确。


【提炼与提高】

欧姆定律适用于电阻性元件,如小灯泡。但对变压器不适用。

对于变压器,要牢记以下公式:

\boxed{n_1:n_2=U_1:U_2=I_2:I_1 }

理想变压器的输出端可以等效为一个理想电源,内阻为0;理想变压器的输入端可以等效为交流电源的一个负载。

能量守恒是自然界的最高法则,无条件成立。理想变压器的损耗为0,转换率100%,输入功率与输出功率相等。


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