鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 科学探究:变压器巩固练习

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册

3.3科学探究：变压器 课时练（解析版）

1．如图，理想调压变压器输入端接正弦交流电源，是灯泡，是电容器，是与线圈接触良好的滑片，是开关，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（　　）

A．接，从点至点缓慢滑动，电流表的示数将减小

B．接，从点至点缓慢滑动，灯泡的亮度将增大

C．接，从点至点缓慢滑动，电压表的示数不变

D．接，从点至点缓慢滑动，电流表的示数始终为零

2．图甲中、是规格为“6V，3W”的灯泡，其中L1串联在原线圈电路中，L2接在副线圈电路中。a、b端接图乙所示的交变电压。现调节电阻箱R为某一值时恰好能使两个灯泡均正常发光。则（　　）

A．电压表示数为18V

B．变压器原副线圈匝数比为3:1

C．电阻箱消耗的电功率为3W

D．增大电阻箱R连入电路的电阻值，电压表的示数将减小

3．如图所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一个理想交流电压表后接在稳定的交流电源上，右侧串联灯泡L和滑动变阻器R，R上并联一个理想交流电压表下列说法正确的是（　　）

A．若P不动，滑片F向上移动时，灯泡L消耗的功率变大

B．若P不动，滑片F向上移动时，、的示数均变大

C．若F不动，滑片P向上滑动时，灯泡L消耗的功率变小

D．若F不动，滑片P向上滑动时，、示数都变小

4．如图所示，M为理想变压器，电表为理想电表，导线电阻忽略不计，原线圈接稳定的正弦式交流电源。当滑动变阻器滑片P向下移动时，下列说法正确的是（　　）

A．A1的读数减小 B．V1的读数减小

C．A2的读数增大 D．V2的读数增大

5．如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（　　）

A．原线圈的输入功率为220W B．电流表的读数为2A

C．电压表的读数为110V D．副线圈输出交流电的周期为0.02s

6．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压均为44V的灯泡a和b，当原线圈输入u=220sin100πt（V）的交变电压时，两灯泡均能正常发光，且滑动变阻器调节过程中灯泡不会被烧坏，下列说法正确的是（　　）

A．副线圈中交变电流的频率为100Hz

B．理想变压器原、副线圈匝数比为3︰1

C．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，灯泡b变暗

D．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，电路总功率变小

7．理想变压器电路如图所示，定值电阻、、，R为总阻值为的滑动变阻器，正弦交流电源输出电压的有效值U恒定。当滑动变阻器的滑片P刚好位于R的中间时，原线圈中电流表的示数为，当滑动变阻器的滑片P向下移动到最下端时，原线圈中电流表的示数为。若，电流表为理想电表，则该变压器原、副线圈匝数比值为（　　）

A．4 B．3 C．2 D．5

8．如图所示，矩形线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，矩形线框面积为S、匝数为N，通过滑环向理想变压器供电，灯泡L1、L2、L3均正常发光。已知L1、L2、L3的额定功率均为P，额定电流均为I，线框及导线电阻不计，则（　　）

A．图示位置时穿过线框的磁通量为零，产生的感应电动势为零

B．理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1

C．若灯L1烧断，灯泡L3将变亮

D．线框转动的角速度为

9．如图所示电路结构中，R是一个光敏电阻，其电阻值随光照强度的增加而减小。中间理想变压器的原副线圈匝数之比为5∶1，若原线圈中接入的电压，则（　　）

A．图中电压表的示数为44V

B．该交变电流的频率为100Hz

C．若增大光照强度，表的示数变

D．若减小光照强度，变压器的输出功率变大

10．如图甲所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶4，原、副线圈回路中各接有阻值均为的电阻、，在原线圈回路中的a、b两点间接一正弦交流电源，电流的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．电阻和两端的电压之比为4∶1 B．电阻和两端的电压之比为1∶4

C．电阻的热功率为 D．电阻的热功率为

11．如图1所示，一自耦变压器的原线圈通过电流表A1与电压有效值不变的正弦交流电源相连接，副线圈上接有电压表V1和定值电阻R；如图2所示，一总阻值为2R的滑动变阻器通过电流表A2与电压有效值不变的正弦交流电源相连接，输出端接有电压表V2和定值电阻R，电表均为理想电表，下列判断正确的是（　　）

A．当滑动触头P1向上移动时，电压表V1的示数增大

B．当滑动触头P1向上移动时，电流表A1的示数减小

C．当滑动触头P2向上移动时；电流表A2的示数一定减小

D．当滑动触头P2向上移动时，电压表V2的示数增大

12．如图所示，图甲是一理想变压器，原、副线圈的匝数比为10∶1，现向原线圈输入图乙所示的正弦交变电压，图中Rt为热敏电阻（阻值随温度升高而变小），R1为可变电阻，电压表和电流表均为理想电表，下列说法中正确的是（　　）

A．在t=0.005s时，电压表的示数约为50.9V

B．Rt温度升高时，电压表的示数不变，电流表的示数变大

C．Rt温度降低时，适当增大R1可保持Rt两端的电压不变

D．变压器原、副线圈中的电流之比为10∶1

13．如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，、、为阻值相同的定值电阻，电源为正弦交流电源，各电表均为理想交流电表。电流表、的示数分别用、表示，电压表的示数为3V。下列说法正确的是（　　）

A．

B．电阻两端的电压为2V

C．原、副线圈中电流频率之比为1∶3

D．、、消耗的功率之比为4∶9∶9

14．在如图甲所示的电路中，理想变压器原线圈输入电压的变化规律如图乙所示（正弦曲线），定值电阻、、的阻值分别为、、，各电表均为理想电表。电压表的示数为，则下列说法正确的是（　　）

A．变压器原副线圈的匝数比为 B．电流表A1的示数为

C．电流表A2的示数为 D．电流表A2的示数为

15．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为5：1，电阻R1=25，R2=20，两电表均为理想交流电表。若R1两端电压瞬时值表达式为，则下列说法正确的是（　　 ）

A．电流表的示数为0.4A

B．电压表的示数为40V

C．R2消耗的功率为100W

D．原线圈输入交流电频率为100Hz

16．如图所示，理想变压器的原线圈接在正弦交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝数之比为，交流电压表的示数为，电流表、电压表均可看作理想电表。求：

（1）变压器的输出功率；

（2）原线圈的输入电压；

（3）电流表的示数。

17．大型交流发电机采用的是旋转磁极式发电机，其原理图简化后如图甲所示，其矩形线圈在匀强磁场中不动，线圈匝数为1800匝，内阻不可忽略。产生匀强磁场的磁极绕垂直于磁场方向的固定轴（沿水平方向）匀速转动，线圈中的磁通量随时间按如图乙所示正弦规律变化。线圈的两端连接理想变压器，理想变压器原、副线圈的匝数比，电阻，电流表示数为80A。求：

（1）发电机产生的电动势的最大值；

（2）交流电压表的示数；

（3）发电机线圈的电阻。

18．如图所示，匝数、边长电阻不计的正方形导线框处于匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小、方向水平向右，线框绕中心轴以的角速度匀速转动。线框的输出端与理想变压器原线圈相连，副线圈连接着一只电阻为40Ω灯泡，灯泡恰好正常发光，电路中保险丝的熔断电流为2A，保险丝两端的电压忽略不计。已知理想变压器原、副线圈匝数之比为5∶1，从图示位置开始计时，求：

（1）线框产生的感应电动势的瞬时值表达式；

（2）灯泡的额定电压U和额定功率P；

（3）在保险丝不熔断时，副线圈两端最多可并联同样的灯泡的盏数n。

19．如图所示，一匝数为10匝、内阻不计的矩形线框处于水平方向的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴以转速匀速转动。当线框平面位于中性面位置时，其磁通量大小为，线框中产生的感应电流通过金属滑环与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接入一只规格为“”的灯泡，且灯泡正常发光。求：

（1）线框中感应电动势的有效值；

（2）理想变压器原副线圈匝数比。

20． 图甲的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55Ω，两电表为理想电流表和电压表，变压器原副线圈匝数比为n1∶n2=2∶1，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压。求：

（1）此交流电压的瞬时表达式；

（2）电压表的示数；

（3）电流表的示数。

 参考答案

1．A

【详解】

AB．接，从点至点缓慢滑动，根据

电压减小，故减小，则

减小，A正确，B错误；

C．由电压与匝数的关系，即

知，P下滑过程中，减小，故减小，电压表V的示数减小，C错误；

D．电流表显示的是有效值，由于电容器不停的充放电，所以电流表的示数不为零，D错误。

故选A。

2．C

【详解】

A．根据乙图可知正弦交流电的最大值为，有效值为

两个灯泡均正常发光，灯泡电压为6V，电压表测的是原线圈的电压，电压表示数为

故A错误；

B．变压器原副线圈匝数比为

故B错误；

C．原线圈的电流为

变压器的输入功率为

的功率为3W，理想变压器的输出功率等于输入功率。电阻箱消耗的电功率为

故C正确；

D．增大电阻箱R连入电路的电阻值，副线圈电路电阻变大，若电压不变，则电流减小，则原线圈电流也减小，电压减小，则原线圈电压变大，电压表的示数将变大，故D错误。

故选C。

3．A

【详解】

AB．若P不动，则灯泡L和滑动变阻器R的阻值之比不变；滑片F向上移动时，灯泡L和滑动变阻器R两端的电压将升高，流过的电流将增大，由

可知灯泡L消耗的功率将变大，的示数将变大；理想交流电压表接在稳定的交流电源上，其示数保持不变，故A正确、B错误；

CD．若F不动，滑片P向上滑动时，滑动变阻器R接入电路的电阻减小，则流过灯泡L和滑动变阻器R的电流将增大，由

可知灯泡L消耗的功率将变大，由

可知示数将变小，接在稳定的交流电源上，其示数保持不变，故C、D错误。

故选A。

4．A

【详解】

BD．由于正弦式交流电源、变压器不变，则副线圈电压不变，即V1、V2的读数不变，选项BD错误；

C．当滑动变阻器滑片P向下移动时，副线圈的电阻变大，电流变小，即A2的读数变小，选项C错误；

A．副线圈电流变小，根据可知原线圈电流变小，即A1的读数减小，选项A正确；

故选A。

5．D

【详解】

AC．副线圈电压为

即电压表读数为110V，根据能量守恒，原线圈的输入功率与副线圈的输出功率相等，即

AC错误；

B．根据功率公式得

B错误；

D．原线圈交流电周期为

因为变压器不改变周期，所以副线圈输出交流电的周期为0.02s。

D正确。

故选D。

6．C

【详解】

A．由交流电的表达式可得，频率为

变压器不改变频率，故副线圈中交变电流的频率为50Hz，A错误；

B．电源电压有效值

U=220V

可知，原线圈两端电压为

副线圈两端电压为

可得

B错误；

CD．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，电阻R减小，副线圈电流I2增大，由

可知，原线圈电流I1增大，灯泡a两端电压变大，导致原线圈两端电压变小，副线圈两端电压变小，故灯泡b变暗，此时电路总功率为

可知P变大，C正确，D错误。

故选C。

7．A

【详解】

由题意可知电流之比为1∶5，设滑片P刚好位于R的中间时原线圈电流为I，则滑片P向下移动达到最下端时电流为。P刚好位于R的中间时，原、副线圈的电流比

通过的电流

副线圈的输出电压

由

可得原线圈两端的电压

则

滑片P达到最下端时，原副线圈的电流比

通过的电流

副线圈的输出电压

由

可得原线圈两端的电压

则

解得

选项A正确。

8．D

【详解】

A．图示位置时，穿过线框的磁通量为零，线框切割速度最大，感应电动势最大，故A错误；

B．灯泡L1、L2、L3均正常发光，则原线圈电流强度I1=I，副线圈电流强度I2=2I，所以

故B错误；

C．若L1灯烧断，则副线圈的干路电流减小I2，根据线圈匝数与电流关系

可知副线圈电流I2减小，原线圈电流I1也减小，则流过灯泡L3的电流减小，即灯泡L3将变暗，故C错误；

D．线框的输出功率为3P，电流为I，则线框产生的感应电动势为

根据

Em=NBSω

联立解得

则线框转动的角速度为，故D正确。

故选D。

9．AC

【详解】

A．由电压表达式可知，原线圈电压有效值为220V，匝数比为5:1，电压表显示有效值，副线圈电压有效值为44V，选项A正确；

B．周期

所以该交变电流的频率

选项B错误；

C．若增大光照强度，电阻R阻值变小，电路中电流变大，即表的示数变大，则的示数也变大，选项C正确；

D．若减小光照强度，电阻R阻值变大，电路中电流减小，根据可知变压器输出功率变小，选项D错误。

故选AC。

10．AD

【详解】

AB．原副线圈电流与匝数成反比，即

电阻和阻值相等，据欧姆定律可知，电阻和两端的电压之比为4∶1，A正确，B错误；

C．由乙图可知，原线圈中电流有效值为

电阻的热功率为

C错误；

D．副线圈中的电流为

电阻的热功率为

D正确。

故选AD。

11．BD

【详解】

AB．此自耦变压器为升压变压器，当滑动触头P1向上移动时，输入电压不变，初级匝数增加，则输出电压减小，电压表V1的示数减小；电阻R消耗的功率变小，原线圈中电流表示数减小，A错误，B正确；

C．因为并联总电阻可能先增大后减小，电流表A2的示数可能先减小后增大，C错误；

D．当P2向上移动时，含R的支路阻值减小，电流变大，电压表V2的示数增大，D正确。

故选BD。

12．BC

【详解】

A．由图乙可知交流电压最大值

根据正弦交流电有效值与最大值关系知，有效值为，即为电压表的读数，故A错误；

D．根据

所以变压器原、副线圈中的电流之比为，故D错误；

B．电压表的示数为输入电压，保持不变，根据

则副线圈的电压不变，温度升高时，阻值减小，根据欧姆定律可得，电流表的示数变大，故B正确。

C．温度降低时，电阻增大，在串联电路中适当增大的阻值，致使电路中的电流变小，根据

可以保持两端的电压不变，故C正确；

故选BC。

13．BD

【详解】

A．副线圈端、并联可得

由变压器电流和匝数的关系可得

联立可得

故A错误；

B．由A选项可知

结合题意得电阻两端的电压为

故B正确；

C．变压器原副线圈电流的频率相等，所以原、副线圈中电流频率之比为1∶1，故C错误；

D．由电流之比

及

联立可得、、消耗的功率之比为4∶9∶9，故D正确。

故选BD。

14．AD

【详解】

A．对于变压器有

所以

故A正确；

BCD．对于输出电路，总电阻为

所以A2示数为

则A1示数为

所以BC错误，D正确。

故选AD。

15．AB

【详解】

A．由R1两端电压的瞬时值表达式可知，R1两端电压的最大值为，有效值

副线圈电流I2

由变压器的变流比

解得

A正确；

B．电阻R2两端电压

B正确；

C．R2消耗的电功率

C错误；

D．由R1两端电压瞬时值表达式可知

原线圈输入交流电频率

D错误。

故选AB。

16．（1）10W；（2）20V；（3）0.5A

【详解】

（1）变压器的输出功率

（2）因为

所以

（3）电流表的示数

又因为

所以

17．（1）；（2）；（3）

【详解】

（1）发电机产生的电动势的最大值

（2）由于，并联，总电阻

因此副线圈两端的电压

根据

可知交流电压表的示数就是原线圈两端的电压

（3）根据

可得流过原线圈的电流

电动势的有效值

电源内电压

发电机线圈的电阻

18．（1）；（2）20V；10W；（3）20盏

【详解】

（1）根据法拉第电磁感应定律，可得线圈中产生感应电动势的最大值为

从图示位置开始计时，线圈产生的是余弦交流电，故线框产生的感应电动势的瞬时值表达式为

（2）根据变压器电压与匝数比关系有

代入数据可求得灯泡两端电压最大值为

所以，灯泡两端的额定电压为

灯泡的额定功率

（3）保险丝的熔断电流为有效值，根据变压器输入端的功率等于输出端的功率，在保险丝不熔断时，可得输入端的最大功率为

则副线圈两端最多可并联同样的灯泡的个数为

（盏）

19．（1）；（2）6：1

【详解】

线圈的角速度为

通过线圈的磁通量最大值

感应电动势的最大值

感应电动势的有效值为

解得

（2）原线圈两端的电压

副线圈两端电压

由公式

解得

20．（1）；（2）110V；（3）2A

【详解】

（1）由交流电规律可知

联立代入图中数据可得

（2）根据理想变压器特点有

其中

解得

U2=110V

即电压表读数为110V；

（3）根据欧姆定律

代入图乙中数据得

I=2A

即电流表读数为2A。