2021学年第三章 交变电流3 变压器作业课件ppt

第三章　3

一、选择题(本题共7小题，每题6分，共42分)

1．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为(　D　)

 A．每匝线圈中磁通量的变化率

B．交变电流的频率

C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率

D．原线圈中感应电动势和副线圈中的感应电动势

解析：理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故A、C不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知变压器不改变交流电的频率，B不符合题意，选D。

2．(2020·云南省富宁一中高二下学期期中)如图所示，为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用白炽灯泡相同，且都是“220 V,40 W”，当灯泡所消耗的功率都调于20 W时，哪种台灯消耗的功率最小(　C　)

解析：C图为理想变压器调节，而理想变压器不消耗能量，A、B、D三图中均利用电阻来调节灯泡上的电压，故一定要消耗能量。

3．如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n2＝1 0001，n3n4＝1100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为(　C　)

A．2.2×103 W B．2.2×10－2 W

C．2.2×108 W D．2.2×104 W

解析：根据甲互感器可得，高压输电线的送电电压U＝U甲＝220 kV；根据乙互感器可得，送电电流I＝I乙＝1 000 A；所以高压输电线的送电功率P＝UI＝220 kV×1 000 A＝2.2×108 W，C正确。

4．(2021·北京市通州区高二下学期段考)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为41，原线圈接在u＝220sin 100πt (V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的电阻，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 (　C　)

A．原线圈的输入功率为55 W

B．电流表的读数为4.0 A

C．电压表的读数为55.0 V

D．副线圈两端交流电的周期为50 s

解析：由题意知，原线圈电压有效值为220 V，原、副线圈匝数之比为41，由U1：U2＝n1：n2，可得：U2＝55 V，由输入功率和输出功率相等可得，原线圈中的输入功率为：P入＝P出＝ W＝55 W，故A错误；副线圈的电流为：I2＝U2/R＝55/55 A＝1 A，由I1: I2＝ n2: n1可得：I1＝0.25 A，即电流表的读数为0.25 A，故B错误；电压表的读数为副线圈电压的有效值，即为：U＝55.0 V，故C正确；由u＝220sin 100πt(V)可知，ω＝100π，又由ω＝2π/T，解得T＝0.02 s，变压器不改变周期，所以副线圈两端交流电的周期为0.02 s，故D错误。

5.有一电子线路中使用的小变压器，变压比为220 V/6 V，由于使用时间长了分不清原、副线圈，其外形如图所示，现要作为降压变压器使用，则电源(220 V)应接在(　B　)

A．ab两端 B．cd两端

C．ac两端 D．bd两端

解析：由变压器结构原理可知，线圈中的电流越大，应当用越粗的导线，在降压变压器中，原线圈的匝数多于副线圈的匝数，即n1>n2，又＝，所以I2>I1，说明通过电流大的(I2)线圈应是副线圈，导线相应要粗些，由图知，ab线较粗，故输入电压(220 V)应接cd两端。故正确答案为B。

6．(多选) (2020·福建厦门市高二上学期质量检测)如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为51，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上瞬时值表达式为u＝110 sin 100πt(V)的交变电压，则(　BD　)

A．电压表的示数为22 V

B．电压表的示数为22 V

C．在滑片P向上移动的过程中，电流表 A1的示数变大

D．在滑片P向上移动的过程中，理想变压器的输入功率变小

解析：根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为110 V，所以副线圈的电压的最大值为22 V，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为22 V；故 A错误，B正确；在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器的阻值变大，电路的总电阻增大，由于输出电压是由变压器决定的，输出的电压不变，所以电流表 A2的示数变小，电流表A1的示数变小，故C错误；由P＝可知，理想变压器的输出的功率变小，所以输入功率也要变小；故D正确。

7．(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为41，电压表和电流表均为理想电表，原线圈接如图乙所示的正弦交流电，图中Rt为NTC型热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)，R1为定值电阻，下列说法正确的是(　AC　)

A．交流电压u的表达式u＝36sin100πt(V)

B．变压器原、副线圈中的电流之比随Rt处温度的变化而变化

C．Rt温度升高时，变压器原线圈的输入功率变大

D．Rt温度升高时，电压表和电流表的示数均变大

解析：由图乙可知Um＝36 V，T＝0.02 s，所以交流电压的表达式为u＝36sin 100πt(V)，故 A正确；变压器原、副线圈的电流比等于匝数的反比与负载及其变化无关，故B错误；温度升高时Rt减小，电流表示数增大，电压表示数不变，变压器输入功率变大，故C正确，D错误。

二、非选择题

8．(8分)黑光灯是利用物理方法来灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”。

如图是高压电网的工作电路，高压电网是利用变压器将有效值为220 V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5 cm，已知空气在常温常压下的击穿电场为6 220 V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的次、初级线圈匝数比不得超过多少？

答案：101

解析：电网两极间电场可看作匀强电场Um＝Emd，

由题意，空气被击穿时Em＝6 220 V/cm。

由理想变压器电压关系：＝，

由峰值与有效值关系U1m＝U1，

由以上各式：得＝。

所以次、初级线圈匝数比不得超过101。

9．(10分)如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光。为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断。

(1)熔丝的熔断电流是多大？

(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？

答案：(1)0.98 A　(2)180 W

解析：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2。

根据理想变压器的输入功率等于输出功率即P1＝P2，

故有I1U1＝I2U2，

由于U1＝220 V，U2＝1.80×104 V，当I2＝12×10－3 A，I1为熔断电流。

得I1＝≈0.98 A。

(2)设副线圈中电流为I2＝10 mA＝10×10－3 A时，

变压器的输出功率P2＝U2I2＝0.01×1.80×104 W＝180 W

由于输入功率等于输出功率，有P1＝P2＝180 W。

一、选择题(本题共4小题，每题7分，共28分)

1．(多选)如图所示，两个相同的灯泡A、B，分别接在理想变压器的原、副线圈上(灯泡电阻不随温度变化)，已知原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，电源电压为U，则(　BC　)

A．通过灯泡A、B的电流之比IA∶IB＝2∶1

B．灯泡A、B两端的电压之比UA∶UB＝1∶2

C．灯泡A、B两端的电压分别为UA＝U，UB＝U

D．灯泡A、B消耗的功率之比PA∶PB＝1∶1

解析：通过灯泡的电流分别为变压器原、副线圈的电流，IA∶IB＝n2∶n1＝1∶2。故A错；因为是相同的两个灯泡，所以灯泡两端的电压比等于电流比，等于1∶2。故B对；因为B灯泡两端电压为副线圈输出电压，则原线圈电压是U1＝UB＝2UB。故A灯泡两端电压UA＝UB，由于A灯泡跟原线圈串联在电源电压上，即UB＋2UB＝U，所以UB＝U，UA＝U。故C对；因为是相同的两个灯泡，所以消耗的功率比等于电流的平方比，即PA∶PB＝1∶4。故D错。

2．(多选)如图所示，水平铜盘置于磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强磁场中，铜盘的边缘及中心处分别通过滑片与一理想的自耦变压器的原线圈A、B端相连，变压器副线圈C、D两端与一额定电压不很高的小灯泡L相接，各处导线接触良好，所用器材均完好无损。当铜盘绕过圆心的竖直轴以角速率ω做匀速圆周运动时，小灯泡没有发光。为使小灯泡能发出光来，下列措施可行的是(　AD　)

A．逐渐增大角速度ω

B．将自耦变压器的滑动触头P顺时针转过一适当的角度

C．将自耦变压器的滑动触头P逆时针转过一适当的角度

D．不断变换铜盘的转动方向

解析：题图左边实际上是一个简单的发电机。当铜盘转动时，每一辐条(直径)均将切割磁感线产生感应电动势，电动势的大小与磁感应强度B、铜盘的半径R、铜盘转动的角速度ω有关。如果铜盘转动的角速度不变，则盘心与盘边有稳定的电压输出，此时，相当于自耦变压器原线圈A、B两端接了一个稳定的直流电源，故铁芯中没有变化的磁通量，自耦变压器副线圈C、D两端的输出电压为零。故A对，B、C错；如果不断变换铜盘的转动方向，盘心与盘边的电势高低将不断发生变化，从而C、D两端有一定的电压输出，小灯泡L有可能发出光来。故D对。

3．(多选)(2021·贵州省铜仁市高三模拟)某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个可看作理想的小变压器给一个灯泡供电，电路如图，当线圈以较大的转速n匀速转动时，额定电压为U0的灯泡正常发光，电压表示数是U1。已知线圈电阻是r，灯泡电阻是R，则有(　BC　)

A．变压器输入电压的瞬时值是u＝U1sin 2πnt

B．变压器的匝数比是U1U0

C．电流表的示数是

D．线圈中产生的电动势最大值是Em＝U1

解析：线圈以较大的转速n匀速转动，所以ω＝2πn，变压器输入电压的瞬时值u＝U1sin2πnt，故 A错误；电压与匝数成正比，所以变压器的原副线圈的匝数比是U1U0，故B正确；理想变压器的输入功率和输出功率相等，灯泡正常发光时电功率为P＝，所以输入功率为P＝，电流表的示数是I1＝＝，故C正确；由于线圈有内阻r，故线圈中产生的电动势有效值大于U1，最大值也就大于U1，故D错误，故选BC。

4．(多选)(2020·陕西省咸阳市实验中学高二下学期检测)如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数之比n1：n2＝10：1。电阻R＝5Ω，L1、L2、L3为三个完全相同的小灯泡，S1、S2为开关，变压器原线圈输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1闭合，S2断开，此时L1正常发光。下列说法正确的是(　BC　)

A．输入电压u的瞬时值表达式为u＝10sin5πt(V)

B．R消耗的电功率为0.1 W

C．若S1、S2均闭合，三个小灯泡均正常发光

D．若S1、S2均断开，三个小灯泡均正常发光

解析：由图可知周期T＝0.2 s，则有ω＝10π rad/s，所以输入电压u的表达式应为 u＝10sin 10πt(V)，故A错误；将S1闭合，S2断开，此时原线圈两端电压为U1＝V＝5 V，根据变压器的电压与匝数关系，可知电阻R电压有效值为U2＝U1＝ V，R消耗的电功率为P＝＝0.1 W，故B正确；将S1闭合，S2断开时，小灯泡

L2与L3短路，此时小灯泡L1两端电压等于U2＝ V，正常发光；若S1、S2均闭合，三个小灯泡并联，此时三个小灯泡两端电压都等于 V，正常发光；若S1、S2均断开，三个小灯泡串联，此时三个小灯泡两端电压都等于× V＝ V，不能正常发光，故C正确，D错误。

二、非选择题

5．(12分)(2020·江苏省宿迁市高二上学期期末)如图所示，矩形线圈abcd匝数n＝100匝、面积S＝0.5 m2、电阻不计，处于磁感应强度B＝ T的匀强磁场中。线圈通过金属滑环E、F与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接一只“10 V,10 W”灯泡。接在矩形线圈和原线圈间的熔断器的熔断电流的有效值I＝1.5 A、电阻忽略不计，现使线圈abcd绕垂直于磁场方向的轴OO′以角速度ω＝10 rad/s匀速转动，灯泡正常发光。求：

(1)线圈abcd中电动势的有效值；

(2)变压器原、副线圈匝数之比；

(3)副线圈中最多可以并联多少盏这样的灯泡。

答案：(1)50 V　(2)51　(3)7

解析：(1)电动势最大值Em＝nBSω＝50 V，电动势有效值E＝＝50 V。

(2)原线圈输入电压U1＝E，副线圈输出电压U2＝10 V，原、副线圈匝数之比：＝＝＝。

(3)在熔断器未熔断情况下，原线圈最大输入功率P1m＝I1mU1，

副线圈最大输出功率：P2m＝P1m，灯最多盏数：n＝＝7.5。

故最多可以并联7盏这样的灯。