從“日字形”鐵芯變壓器談起
——解決多“磁路”鐵芯變壓器問題的通用電壓公式

鐘 鳴 尹增貴

(1. 九江市教育科學研究所，江西 九江 332000； 2. 九江金安高級中學，江西 九江 332004)

變壓器是高考的重要內容,現行高考物理《考試大綱》里,理想變壓器為Ⅱ級考點,所以變壓器的原理及計算公式或將被重點考察．九江市2020年高三一模試卷里設計了“日字形”變壓器電壓公式的選擇題.

圖1

從考試結果看,得分率較低(不到25%)．大約35%的學生選擇了(A)選項,原因在于學生未能正確理解變壓器原理,不明白鐵芯的作用,而是直接套用課本公式．

1 解題思路

(1) 理解鐵芯的作用．

鐵芯的作用是導磁,構成磁通的路徑(磁路),理想變壓器忽略漏磁．

圖2

顯然,課本中的電壓比公式適用條件是原線圈和副線圈的磁通量相同．

(3) “日字形”鐵芯變壓器中磁通量Φ的特征.

圖3

可以看出,“日字形”鐵芯變壓器副線圈得到的電壓是“口字形”鐵芯變壓器副線圈得到電壓的一半,因為鐵芯每一條磁路只有原線圈中一半的磁通量．因此易知該選擇題的正確選項為(B)、(C)．

由上述分析可以看出,只要真正理解變壓器的原理,仔細觀察鐵芯的“分磁”情況,找出Φ1和Φ2的大小關系,就能正確求解,是一道考查物理核心素養的好題．

2 規律拓展

圖4

3 規律應用

例2.在繞制變壓器時,某人誤將兩個線圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩個臂上,當通以交變電流時,每個線圈產生的磁通量只有一半通過另一個線圈,另一半通過中間的臂．如圖5所示,已知線圈1、2的匝數之比N1∶N2=2∶1,若輸入端接入電壓有效值為220 V交流電,下述說法中正確的是

(A) 線圈1為輸入端,線圈2接55 Ω電阻,電阻熱功率為55 W.

(B) 線圈1為輸入端,線圈2接10 μF電容,電容耐壓值為55 V.

(C) 線圈2為輸入端,線圈1接55 Ω電阻,電阻熱功率為220 W.

圖5