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1、學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精2021屆高考物理人教版一輪創(chuàng)新教學(xué)案:第56講變壓器電能的輸送含解析第56講變壓器電能的輸送 基礎(chǔ)命題點(diǎn)變壓器的原理和規(guī)律1構(gòu)造如圖所示,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的。(1)原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫初級(jí)線圈.(2)副線圈:與負(fù)載連接的線圈,也叫次級(jí)線圈.2原理電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)。3理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器(1)沒(méi)有能量損失(繞線無(wú)電阻、鐵芯無(wú)渦流)(2)沒(méi)有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系根據(jù)能量守恒可得:原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,即p入p出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓之比等于其匝數(shù)之比,公
2、式:,與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí):(2)有多個(gè)副線圈時(shí):由p入p出得i1u1i2u2i3u3inun或i1n1i2n2i3n3innn頻率關(guān)系f1f2(變壓器不改變交變電流的頻率)4幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器-調(diào)壓變壓器,如圖甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示.(2)互感器電壓互感器(n1n2):把高電壓變成低電壓,如圖丙所示。電流互感器(n1u1,u2降低 bu2u1,u2升高c變壓器輸入功率增大 d變壓器輸入功率減小解析根據(jù)變壓器的電壓關(guān)系有,由于n2n1,所以u(píng)2u1,當(dāng)滑動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),即n2減小時(shí),電壓u2降低,故a、b錯(cuò)誤;由于電壓u2減小,則定
3、值電阻消耗的電功率減小,根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,可知變壓器的輸入功率也減小,故c錯(cuò)誤,d正確。答案d1自耦變壓器的原理和普通的理想變壓器的原理是相同的,電壓與匝數(shù)成正比,電流與匝數(shù)成反比,根據(jù)基本的規(guī)律分析即可。2處理變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題,首先應(yīng)明確“不變量”和“變化量”,對(duì)變化量要把握它們之間的制約關(guān)系,依據(jù)程序分析的思想,從主動(dòng)變化量開(kāi)始,依據(jù)制約關(guān)系從前到后或從后到前逐一分析各物理量的變化情況。(2019山東省“評(píng)價(jià)大聯(lián)考三模)如圖所示,理想變壓器t的原線圈接在電壓為u的交流電源兩端,p為滑動(dòng)變阻器的滑片,rt為熱敏電阻,其阻值隨溫度升高而減小,則()ap向左滑動(dòng)時(shí),變壓器
4、的輸出電壓變大bp向左滑動(dòng)時(shí),變壓器的輸入功率變大crt溫度升高時(shí),燈l變亮drt溫度升高時(shí),適當(dāng)向右滑動(dòng)p可保持燈l亮度不變答案d解析p向左滑動(dòng)時(shí),變壓器的輸入電壓和原、副線圈的匝數(shù)比均不變,輸出電壓不變,故a錯(cuò)誤;p向左滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器的電阻變大,副線圈回路的總電阻增大,輸出功率減小,所以變壓器的輸入功率也變小,故b錯(cuò)誤;rt溫度升高時(shí),熱敏電阻的阻值減小,副線圈回路的總電阻減小,總電流增大,滑動(dòng)變阻器的分壓增大,燈l兩端電壓減小,燈l變暗,故c錯(cuò)誤;rt溫度升高時(shí),熱敏電阻的阻值減小,只有適當(dāng)向右滑動(dòng)p使滑動(dòng)變阻器的電阻也變小,才能使燈l分壓不變,從而保持燈l的亮度不變,故d正確。能力
5、命題點(diǎn)二電能的輸送1降低輸電損耗的兩個(gè)途徑由p損i2r知,降低輸電損耗可從以下兩個(gè)途徑入手(1)減小輸電導(dǎo)線的電阻:由電阻定律r可知,在輸電距離一定的情況下,為了減小電阻,應(yīng)采用電阻率小的材料,也可以增加導(dǎo)線的橫截面積。(2)減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流:由pui可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),提高輸電電壓,可以減小輸電電流。2遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的“三二一”(1)理清三個(gè)回路(2)抓住兩個(gè)聯(lián)系理想升壓變壓器聯(lián)系回路1和回路2,由變壓器原理可得:線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是,p1p2。理想降壓變壓器聯(lián)系回路2和回路3,由變壓器原理可得:線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中
6、各個(gè)量間的關(guān)系是,,p3p4。(3)掌握一個(gè)守恒:能量守恒關(guān)系式p2p損p3。(多選)如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器。升壓變壓器t1的原、副線圈匝數(shù)之比n1n2110,在t1的原線圈兩端接入一正弦交流電,輸電線的總電阻為2 ,降壓變壓器t2的原、副線圈匝數(shù)之比n3n4101,若t2的“用電設(shè)備兩端的電壓u4200 v,且“用電設(shè)備”消耗的電功率為10 kw,不考慮其他因素的影響,則下列說(shuō)法正確的是()at1的副線圈兩端電壓的最大值為2010 vbt2的原線圈兩端的電壓為2000 vc輸電線上損失的電功率為50 wdt1的原線圈輸入的電功率為10。1 kw解析對(duì)于降壓變壓器t
7、2,副線圈上的輸出電流i450 a,依據(jù),可得u32000 v,i35 a,b正確;輸電線上損失的電壓u損i3r10 v,損失的功率p損u損i350 w,c正確;在輸電回路中u2u3u損2010 v,所以變壓器t1的副線圈兩端電壓的最大值為2010 v,a正確;根據(jù)變壓器的功率關(guān)系和i3i2,可知原線圈輸入的電功率p輸入u1i1u2i2u2i320105 w10.05 kw,d錯(cuò)誤.答案abc輸電線路功率損失的計(jì)算方法p損p1p4p1為輸送的功率,p4為用戶得到的功率p損ir線i線為輸電線路上的電流,r線為線路電阻p損u為輸電線路上損失的電壓,uu2u3i線r線p損ui線注意:u不要錯(cuò)代入u2
8、或u31從發(fā)電站輸出的功率為220 kw,輸電線的總電阻為0。05 ,用110 v和11 kv兩種電壓輸電.兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為()a1001 b1100c110 d101答案a解析由題意知輸電線上的電流i,則輸電線上由電阻造成的電壓損失uir,故,故選a。2如圖所示是發(fā)電廠通過(guò)升壓變壓器進(jìn)行高壓輸電,接近用戶端時(shí)再通過(guò)降壓變壓器降壓給用戶供電的示意圖。圖中變壓器均可視為理想變壓器,圖中電表均為理想交流電表。設(shè)發(fā)電廠輸出的電壓一定,兩條輸電線總電阻用r0表示,變阻器r相當(dāng)于用戶用電器的總電阻,當(dāng)用電器增加時(shí),相當(dāng)于r變小,則當(dāng)用電進(jìn)入高峰時(shí)()a電壓表v1、v2的讀數(shù)均
9、不變,電流表a2的讀數(shù)增大,電流表a1的讀數(shù)減小b電壓表v3、v4的讀數(shù)均減小,電流表a2的讀數(shù)增大,電流表a3的讀數(shù)減小c電壓表v2、v3的讀數(shù)之差與電流表a2的讀數(shù)的比值不變d線路損耗功率不變答案c解析電壓表v1的示數(shù)u1即發(fā)電廠的輸出電壓不變,升壓變壓器的匝數(shù)比不變,則v2的示數(shù)u2不變。用電進(jìn)入高峰時(shí),用電器增加,r變小,電路的總電阻變小,而u1不變,則電流表a1的讀數(shù)增大,根據(jù)原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比可知,電流表a2和a3的讀數(shù)i1和i2都增大,a、b錯(cuò)誤;由r0知,c正確;線路損耗功率pir0,i2增大,故p增大,d錯(cuò)誤.課時(shí)作業(yè)1如圖甲所示的電路中,l1、l2、l3為三只“
10、6 v3 w的燈泡,變壓器為理想變壓器,各電表均為理想電表.當(dāng)ab端接如圖乙所示的交變電壓時(shí),三只燈泡均正常發(fā)光。下列說(shuō)法中正確的是()a變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為12b副線圈兩端輸出的交流電頻率為50 hzc電流表的示數(shù)為0。5 ad電壓表的示數(shù)為18 v答案b解析燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流i00。5 a,則副線圈中的電流i22i0,而原線圈中電流i1i0,則變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2i2i121,a錯(cuò)誤;由題圖乙可知該交流電的周期t0.02 s,則頻率f50 hz,變壓器不改變交流電的頻率,故b正確;電流表的示數(shù)iai22i01 a,c錯(cuò)誤;因燈泡正常發(fā)光,則副線圈兩端電壓u26 v,則原
11、線圈兩端電壓u1u212 v,電壓表示數(shù)為12 v,d錯(cuò)誤。2(多選)如圖所示為兩個(gè)互感器,在圖中圓圈內(nèi)a、b表示電表,已知電壓比為100,電流比為10,電壓表的示數(shù)為220 v,電流表的示數(shù)為10 a,則()aa為電流表,b為電壓表ba為電壓表,b為電流表c線路輸送的電功率為2200 wd線路輸送的電功率為2。2106 w答案bd解析電壓互感器是并聯(lián)在原電路中的,電流互感器是串聯(lián)在原電路中的,所以a為電壓表,b為電流表,b正確;由電壓比為100知u12.2104 v,由電流比為10知i1100 a,由pu1i1可得線路輸送的電功率為2。2106 w,d正確。3如圖所示,一理想變壓器的原線圈匝
12、數(shù)n11000,所加電壓u220 v,串聯(lián)了一個(gè)阻值為r4 的電阻;副線圈接入電路的匝數(shù)n2可以通過(guò)滑動(dòng)觸頭q調(diào)節(jié),副線圈接有阻值r9 的定值電阻.r相當(dāng)于變壓器在原線圈電路中的電阻,當(dāng)n2取下列哪個(gè)值時(shí),r消耗的功率最大()a2000 b1500 c600 d400答案b解析將串聯(lián)的電阻r等效為電源內(nèi)阻,變壓器相當(dāng)于外電路,當(dāng)電源內(nèi)阻與外電路電阻相等時(shí),電源的輸出功率即原線圈的輸入功率最大,而理想變壓器原線圈的輸入功率等于副線圈電阻r消耗的電功率,此時(shí)有rr,代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得n21500,b正確。4如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器,r為輸電線的等效電阻.保持交流發(fā)
13、電機(jī)輸出電壓不變,若電壓表示數(shù)變小,下列判斷正確的是()a電流表示數(shù)變小b降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓之比變小c升壓變壓器輸出電壓變小d輸電線損失的功率變大答案d解析降壓變壓器原、副線圈的電壓比等于降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比,保持不變,b錯(cuò)誤;電壓表的示數(shù)減小,則降壓變壓器原線圈的電壓u3減小,由于發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變,則升壓變壓器副線圈的輸出電壓u2不變,由u2u3ir可知,電流表的示數(shù)變大,a、c錯(cuò)誤;由于電流表的示數(shù)變大,則由pri2r可知,輸電線上損失的功率變大,d正確.5如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101,b是原線圈的中心抽頭,電壓表和電流表均為理想電表,從某時(shí)刻開(kāi)始在
14、原線圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1220sin100t(v),則()a當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接時(shí),電壓表的示數(shù)為22 vb當(dāng)t s時(shí),c、d間的電壓瞬時(shí)值為110 vc單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接,在滑動(dòng)變阻器觸頭p向上移動(dòng)的過(guò)程中,電壓表和電流表的示數(shù)均變小d當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)由a扳向b時(shí),電壓表和電流表的示數(shù)均變小答案a解析當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接時(shí),原、副線圈的匝數(shù)比為101,原線圈兩端的電壓有效值u1 v220 v,根據(jù),代入數(shù)據(jù)得u222 v,故電壓表的示數(shù)為22 v,a正確;當(dāng)t s時(shí),c、d間電壓的瞬時(shí)值為 u220sin v110 v,故b錯(cuò)誤;當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接時(shí),滑動(dòng)變
15、阻器觸頭p向上移動(dòng)的過(guò)程中,滑動(dòng)變阻器的阻值變大,電壓表示數(shù)不變,電流表示數(shù)變小,故c錯(cuò)誤;當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)由a扳向b時(shí),原線圈匝數(shù)變小,根據(jù),可知u2變大,電壓表和電流表的示數(shù)均變大,故d錯(cuò)誤。6如圖所示,理想變壓器原線圈接在交流電源上,圖中各電表均為理想電表。下列說(shuō)法正確的是()a當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭p向上滑動(dòng)時(shí),r1消耗的功率變大b當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭p向上滑動(dòng)時(shí),電壓表v示數(shù)變大c當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭p向上滑動(dòng)時(shí),電流表a1示數(shù)變大d若閉合開(kāi)關(guān)s,則電流表a1、a2示數(shù)均變大答案b解析由于原、副線圈兩端電壓不變,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭p向上滑動(dòng)時(shí),連入電路的電阻變大,所在電路總電阻變
16、大,副線圈中電流變小,r1中電流變小,r1消耗的功率變小,a錯(cuò)誤;r1中電流變小,則r1兩端電壓變小,而副線圈兩端電壓不變,所以滑動(dòng)變阻器兩端電壓變大,電壓表示數(shù)變大,b正確;副線圈中電流變小,原線圈中電流隨之變小,故c錯(cuò)誤。若閉合開(kāi)關(guān)s,負(fù)載電路的總電阻變小,副線圈中電流變大,a1示數(shù)變大,r1中電流變大,則r1兩端電壓升高,r2兩端電壓變小,a2示數(shù)變小,d錯(cuò)誤.7(多選)如圖a所示,理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為41,rt為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻,r1為定值電阻,電壓表和電流表均為理想交流電表.原線圈所接電壓u隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化,如圖b所示。下列說(shuō)法正確的是()a變壓器輸入
17、、輸出功率之比為41b變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度之比為14cu隨t變化的規(guī)律為u51sin(50t)(v)d若熱敏電阻rt的溫度升高,則電壓表的示數(shù)不變,電流表的示數(shù)變大答案bd解析由題意,理想變壓器輸入、輸出功率之比為11,a錯(cuò)誤;變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度與匝數(shù)成反比,即,故b正確;由圖b可知交流電壓最大值um51 v,周期t0.02 s,角速度100 rad/s,則可得u51sin(100t)(v),故c錯(cuò)誤;rt的溫度升高時(shí),阻值減小,電壓表示數(shù)不變,電流表的示數(shù)變大,故d正確.8如圖所示,理想變壓器的原線圈通過(guò)保險(xiǎn)絲接在一個(gè)交流電源上,交變電壓瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的規(guī)律為u311si
18、n100t(v),副線圈所在電路中接有電燈、電動(dòng)機(jī)、理想交流電壓表和理想交流電流表.已知變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101,電燈額定功率為44 w,電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻為1 ,電流表示數(shù)為3 a,各用電器均正常工作.則()a電壓表示數(shù)為31.1 vb電動(dòng)機(jī)的輸出功率為21 wc變壓器的輸入功率為44 wd通過(guò)保險(xiǎn)絲的電流為30 a答案b解析交變電壓瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的規(guī)律為u311sin100t(v),則原線圈電壓的有效值為u1220 v,根據(jù)u1u2n1n2解得u222 v,故電壓表示數(shù)為22 v,a錯(cuò)誤;通過(guò)電燈的電流il2 a,故通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流imi2il1 a,則電動(dòng)機(jī)的輸入功率pm入imu222
19、 w,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率p熱ir1 w,故電動(dòng)機(jī)的輸出功率為pm出pm入p熱21 w,b正確;副線圈的輸出功率p出44 w22 w66 w,理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,也為66 w,c錯(cuò)誤;根據(jù)i1i2n2n1得通過(guò)原線圈的電流為0.3 a,即通過(guò)保險(xiǎn)絲的電流為0.3 a,d錯(cuò)誤。9(2018天津高考)教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過(guò)理想變壓器向定值電阻r供電,電路如圖所示,理想交流電流表a、理想交流電壓表v的讀數(shù)分別為i、u,r消耗的功率為p。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的,則() ar消耗的功率變?yōu)閜b電壓表v的讀數(shù)變?yōu)閡c電流表a的讀數(shù)變?yōu)?id通過(guò)r
20、的交變電流頻率不變答案b解析根據(jù)2n可知轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的,則角速度變?yōu)樵瓉?lái)的,根據(jù)emnbs可知發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的最大電動(dòng)勢(shì)為原來(lái)的,根據(jù)u可知發(fā)電機(jī)的輸出電壓有效值變?yōu)樵瓉?lái)的,即原線圈的輸入電壓變?yōu)樵瓉?lái)的,根據(jù)可知副線圈的輸出電壓變?yōu)樵瓉?lái)的,即電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的,根據(jù)p可知r消耗的電功率變?yōu)閜,a錯(cuò)誤,b正確;副線圈中的電流為i2,即變?yōu)樵瓉?lái)的,根據(jù)可知原線圈中的電流也變?yōu)樵瓉?lái)的,c錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)速減小為原來(lái)的,則頻率變?yōu)樵瓉?lái)的,d錯(cuò)誤。10(2018江蘇高考)采用220 kv高壓向遠(yuǎn)方的城市輸電。當(dāng)輸送功率一定時(shí),為使輸電線上損耗的功率減小為原來(lái)的,輸電電壓應(yīng)變?yōu)椋ǎ゛55 kv b110 kv c4
21、40 kv d880 kv答案c解析輸電功率pui,u為輸電電壓,i為輸電線路中的電流,輸電線路損失的功率為p損i2r,r為輸電線路的電阻,即p損2r。當(dāng)輸電功率一定時(shí),輸電線路損失的功率為原來(lái)的,則輸電電壓為原來(lái)的2倍,即440 kv,故c正確.11(2016全國(guó)卷)一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻r1、r2和r3的阻值分別為3 、1 和4 ,為理想交流電流表,u為正弦交流電壓源,輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開(kāi)關(guān)s斷開(kāi)時(shí),電流表的示數(shù)為i;當(dāng)s閉合時(shí),電流表的示數(shù)為4i。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()a2 b3 c4 d5答案b解析設(shè)原、副線圈匝數(shù)比為n,根據(jù)能量守恒,當(dāng)s斷開(kāi)時(shí),uii
22、2r1(ni)2(r2r3);當(dāng)s閉合時(shí),4ui(4i)2r1(4ni)2r2,聯(lián)立解得n3,所以b正確。12。(2016全國(guó)卷)(多選)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓u為燈泡額定電壓的10倍時(shí),兩燈均能正常發(fā)光,下列說(shuō)法正確的是()a原、副線圈匝數(shù)比為91b原、副線圈匝數(shù)比為19c此時(shí)a和b的電功率之比為91d此時(shí)a和b的電功率之比為19答案ad解析由題意知u10u燈,a、b均正常發(fā)光,則變壓器輸入電壓u19u燈,而輸出電壓u2u燈,所以原、副線圈匝數(shù)比n1n2u1u291;而i1i2n2n119,所以兩燈功率之比papbu燈i1u燈i219,a、d正
23、確.13(2019海南高考)(多選)如圖,一理想變壓器輸入端接交流恒壓源,輸出端電路由r1、r2和r3三個(gè)電阻構(gòu)成。將該變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由51改為101后()a流經(jīng)r1的電流減小到原來(lái)的br2兩端的電壓增加到原來(lái)的2倍cr3兩端的電壓減小到原來(lái)的d電阻上總的熱功率減小到原來(lái)的答案cd解析設(shè)變壓器原線圈兩端電壓為u,則該變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由51改為101后,根據(jù)可知,副線圈兩端電壓由u變?yōu)閡,即副線圈兩端電壓變?yōu)樵瓉?lái)的,可知r1兩端的電壓變?yōu)樵瓉?lái)的,則流經(jīng)r1的電流減小到原來(lái)的,a錯(cuò)誤;r2兩端的電壓為ur2u2,則r2兩端的電壓減小到原來(lái)的,b錯(cuò)誤;同理r3兩端的電壓為ur3u2
24、,則r3兩端的電壓減小到原來(lái)的,c正確;因副線圈兩端電壓變?yōu)樵瓉?lái)的,根據(jù)p可知,電阻上總的熱功率減小到原來(lái)的,d正確。14(2019濟(jì)南高三模擬)(多選)如圖所示,甲為理想自耦變壓器,a、p分別是可以滑動(dòng)的觸頭。變壓器輸入圖乙所示的交流電壓,則()a通過(guò)滑動(dòng)變阻器的交變電流的頻率為50 hzb滑動(dòng)變阻器兩端的電壓等于220 vc觸頭a向下滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器消耗的功率變大d觸頭p向下滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器消耗的功率變小答案ac解析交流電的周期為t0。02 s,則通過(guò)滑動(dòng)變阻器的交變電流的頻率為50 hz,a正確;變壓器的輸入電壓有效值為220 v,因變壓器次級(jí)線圈匝數(shù)大于初級(jí)線圈匝數(shù),可知滑動(dòng)變阻器兩端的電壓大于
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