高中物理沪科技版（2020）选修第二册第二节 交变电流综合训练题

第三节 交变电流的综合应用

【要点归纳】

一、理想变压器有多个副线圈时，电压、电流与匝数的关系

如图所示，原线圈匝数为，两个副线圈的匝数分别为和，相应电压分别为、和，相应的电流分别为、和。

根据理想变压器的工作原理可得 ①

②　由此可得　 ③

根据得: 　④

将①③代入④式得:

整理得:　 ⑤

以上①②③④⑤式即为多个副线圈的理想变压器的电压与匝数的关系和电流与匝数的关系。

二、理想变压器各物理量变化的决定因素

当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，怎样确定其他有关物理量的变化，可依据以下原则判定。参见图。

1．输入电压决定输出电压，这是因为输出电压。当不变时，不论负载电阻R变化与否，不会改变。

2．输出电流决定输入电流，在输入电压一定情况下，输出电压也被完全确定。当负载电阻R增大时，减小，则相应减小；当负载电阻R减小时，增大，则相应增大（在使用变压器时，不能使变压器短路）。

3．输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率与输出功率相等，即，在输入电压一定的情况下，当负载电阻R增大时，减小，则变压器的输出功率减小，输入功率也将相应减小；当负载电阻R减小时，增大，变压器的输出功率增大，则输入功率也将增大。

【夯实基础练】

1．(多选)(2022•高考湖北卷)近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220V、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其它损耗，下列说法正确的是(　　)

A．接收线圈的输出电压约为8 V

B．接收线圈与发射线圈中电流之比约为22:1

C．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同

D．穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同

【解析】  A．根据，可得接收线圈的输出电压约为U2=8V；

B．根据，可得，故B错误；

C．变压器是不改变其交变电流的频率的，故C正确；

D．由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不相同，所以穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的不相同，故D错误。故选AC。

【答案】  AC

2．(2022•北京市北师大实验中学高三(下)摸底考试)某次实验中，将理想变压器原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接灯泡L1和滑动变阻器R，电路中分别接入理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示。当滑动变阻器的滑片P向下滑动的过程中(   )

A．A1示数变小，A1与A2示数的比值不变

B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大

C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大

D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变

【解析】  AB．滑片P向下滑动后，变压器副线圈的负载电阻减小，原线圈的电压V1不变，匝数比不变，故V2不变，由欧姆定律可得A2示数变大，由于理想变压器P2 = P1，所以初级电流也变大，即A1示数变大，而A1与A2示数的比值等于变压器匝数的倒数比，则比值不变，AB错误；

CD．由于理想变压器原线圈电压有效值不变，则副线圈电压不变，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，C错误，D正确。故选D。

【答案】  D

3．(2022•重庆市第八中学第六次月考)如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻，电流表均为理想电表。在变阻器滑片从b端向a端缓慢移动的过程中(　　)

A．电流表A1示数减小 B．电流表A2示数增大

C．原线圈输入功率先增大后减小 D．定值电阻R消耗的功率先增大后减小

【解析】  ABC．分析右端电路可知，R与滑动变阻器右半部分并联后，再与左半部分串联接入电路。设滑动变阻器右边的电阻为x，则副线圈中的总电阻为，当滑片从b往a滑动时，x增大，则副线圈中总电阻一直减小。变压器原线圈输入电压不变，副线圈输出电压不变，总电阻减小，则副线圈总电流增大，A2示数增大，再由变压器原副线圈电流关系知，A2示数增大，A1示数增大，原线圈输出电压不变，电流增大，故输入功率增大，AC错误，B正确；

D．滑片从b往a滑动时，副线圈干路电流增大，滑动变阻器右半部分和R并联总电阻增大，则并联部分分压增大，定值电阻R消耗的电功率增大，D错误。故选B。

【答案】  B

4．(2022•湖南省雅礼中学高三(下)第七次月考)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为k，原线圈与定值电阻R0串联后接入输出电压大小恒定的交流电源，副线圈电路中接有理想电流表和滑动变阻器R(最大阻值等于R0)，开始时滑片P位于滑动变阻器电阻丝的中央位置，如图所示。将滑片P向下滑至电阻丝长度四分之一处的a点时，电流表的示数记为I1，将滑片P向上滑至电阻丝长度四分之三处的b点时，电流表的示数记为I2.已知I2=2I1，则(　　)

A．k=2 B．k=4 C．k=6 D．k=8

【解析】  设当滑动变阻器阻值为R时，电流表读数为I，则次级电压为IR，初级电压为kIR；初级电流为，则，为定值；根据题意则，其中I2=2I1，R=R0，解得k=2，故选A。

【答案】  A

5．(多选)(2022•湖南省衡阳市第八中学高三(下)开学考试)如图为含有理想变压器的电路，图中电流表均为理想电表，三个灯泡电阻相同且不变。变压器原线圈两端接入有效电压为18V的正弦交流电，开关S闭合时，均能发光。当开关S断开后，电流表A1示数改变了0.3A，A2示数改变了0.6A，则下列说法正确的是(　　)

A．变压器原副线圈的匝数比为1︰2

B．开关S断开后，副线圈两端的输出电压变大

C．开关S断开后，灯泡L1的功率变大

D．开关S断开后，灯泡L2减小的功率大于5.4W

【解析】  A．根据变压器电流规律，得，故A错误；

B．输入电压不变，根据变压器电压规律得输出电压不变，故B错误；

C．开关S断开后，副线圈电阻变大，输出电压不变，则通过灯泡L2的电流减少，故其功率减少，灯泡L1的电压增大，故其功率增大，故C正确；

D．根据，可知，副线圈电阻变大，输出电压不变，则变压器输出功率减少，即输入功率也减少。在原线圈，输入功率减少，因为变压器的输入功率等于输出功率，所以两灯泡的总功率减少，则灯泡L2的减少的功率大于5.4W，故D正确。故选CD。

【答案】  CD

6．(2022•北京市北师大附属实验中学高三(下)零模)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为2∶1，原线圈接在u=Umcos(t+)的交流电源上，副线圈接一定值电阻R0和滑动变阻器R，电流表、电压表均为理想交流电表。当滑动变阻器R的滑片P由a端向b端缓慢滑动时，下列说法中正确的是(　　)

A．电流表 A1 、A2的示数之比为2∶1

B．电压表 V1 、V2的示数之比为1∶2

C．滑动变阻器R消耗的功率可能先增大后减小

D．原线圈的输入功率可能减小

【解析】  B．根据原副线圈电压与匝数成正比得，故B错误；

A．理想变压器输入功率和输出功率相等可得，则，故A错误；

C．当滑动变阻器R的滑片P由a端向b端缓慢滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻值逐渐减小，由于输入电压不变，所以输出电压也不变，则滑动变阻器R消耗的功率，则，当，时，滑动变阻器R消耗的功率最大，故滑动变阻器R消耗的功率可能先增大后减小，也可能一直增大，故C正确；

D．由于理想变压器输入功率和输出功率相等，理想变压器输入功率随着输出功率的变化而变化，可能先增大后减小，也可能一直增大，故D错误。故选C。

【答案】  C

7．(2022•福建省漳州一中高三(下)第五次阶段考)手机无线充电技术越来越普及，图甲是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示。当ab间接入如图丙所示的正弦交变电流后，受电线圈中产生电流实现给手机充电。这时手机两端的ef间电压为5V，充电电流为2A。若把装置线圈视为理想变压器，二极管视为理想元件，则下列说法正确的是(　　)

A．t=0.01s时电流表示数为0

B．送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2=44:1

C．送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2=22:1

D．若充电器线圈中通以恒定电流，则手机线圈中也将产生恒定电流

【解析】  A．由丙图可知t=0.01s时送电线圈中电压变化率最大，由法拉第电磁感应定律知：受电线圈中感应电动势达到最大值，电流表有示数，故A错误；

BC．由丙图知，送电线圈电压有效值为220V，因为有二极管在受电线圈电路中阻止反向电流通过，所以受电线圈电压有效值为，，根据法拉第电磁感应定律知，故B错误，C正确；

D．若充电器线圈中通以恒定电流，则受电线圈中不会有感应电流出现，故D错误。故选C。

【答案】  C

8．(2022•安徽省六校第二次联考)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与R=2.0Ω的电阻相连组成闭合电路。当直导体棒MN在匀强磁场中沿着导轨匀速向右作切割磁感线运动时，安培表A1的读数是12.00mA，电压表V的读数是8.00mV，则安培表A2的读数是(　　)

A．0 B．1.00mA C．3.00mA       D．48.00mA

【解析】  直导体棒MN在匀强磁场中沿着导轨匀速向右作切割磁感线运动时，产生大小和方向都不变的恒定电动势，根据变压器的原理可知，变压器的次级电压为零，则次级电流为零，安培表A2的读数是0。故选A。

【答案】  A

9．(2022•山东烟台市德州市高三(下)一模)如图所示电路中，理想变压器原线圈两接线柱间的交流电压的有效值不变，两灯泡L1、L2规格完全相同，在以下各种操作中各电路元件都没有损坏，下列说法正确的是(　　)

A．仅使滑片M下移，电流表示数变大

B．仅使滑片M下移，变压器原线圈中的电流变大

C．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，灯泡L2中的电流一直增大

D．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，电流表示数一直增大

【解析】  A．仅使滑片M下移，副线圈匝数减小，根据理想变压器，知副线圈电压减小，副线圈电路电阻不变，所以电流减小，故A错误；

B．仅使滑片M下移，副线圈电压、电流均减小，所以副线圈功率减小，根据理想变压器特点，知原线圈中电流变小，故B错误；

C．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，并联部分电路电压(副线圈电压)不变，L2所在支路电阻逐渐减小，根据并联分流特点可知，L2中电流一直增大，故C正确；

D．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，则并联部分电阻先增大后减小，副线圈总电阻先增大后减小，副线圈电压不变，所以副线圈总电流(电流表示数)先减小后增大，故D错误。故选C。

【答案】  C

10．(多选)(2022•河北唐山市高三(下)一模)如图所示含有理想变压器的电路中，电阻、的阻值分别为2Ω、3Ω，电流表、和电压表、均为理想交流电表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。此时，电流表、的示数之比为1：2，下列说法正确的是(　　)

A．电压表、示数之比为2：1

B．电压表、示数之比为7：3

C．电阻、电功率之比1：3

D．电阻、电功率之比为1：6

【解析】  电流表、的示数之比为1：2，则变压器的线圈匝数之比为

AB．设电流表的示数为，则电流表的示数为，由图根据公式可得，电压表的读数为，设原线圈两端的电压为，则，解得，根据欧姆定律可知，电阻两端的电压为，则电压表的读数为，则电压表、示数之比为，故A错误B正确；

CD．设电流表的示数为，则电流表的示数为，由图根据公式可得，电阻的功率为，电阻的功率为，则电阻、电功率之比为，故C错误D正确。故选BD。

【答案】  BD

11．(2022•广东省佛山市高三(下)二模)氮化镓手机充电器具有体积小、功率大、发热量少的特点，图甲是这种充电器的核心电路。交流电经前端电路和氨化镓开关管后，在ab端获得如图乙所示的高频脉冲直流电，经理想变压器降压后在cd端给手机充电，则正常工作时，变压器cd输出端(　　)

A．输出的电压也是直流电压

B．输出电流的频率为

C．输出电流的有效值大于端输入电流的有效值

D．需将输入电压转变为交流电，输出端才会有电压输出

【解析】  A．经过变压器输出的电压为交流电压，A错误；

B．由乙图可知周期为，故输出电流的频率为，B错误；

C．由于变压器为降压变压器，则输入电压有效值大于输出电压有效值，根据变压器的输入功率等于输出功率，可知输出电流的有效值大于端输入电流的有效值，C正确；

D．变压器的工作原理是电磁感应，只要输入电流的大小发生变化，产生的磁场就会发生变化，磁通量就会发生变化，输出端就会有电压输出，故不需要将输入电压转变为交流电，输出端也可以有电压输出，D错误；故选C。

【答案】  C

12．(2022•山东省济宁市高三(上)期末)如图所示，理想变压器原线圈接有一阻值为R的电阻，理想电压表V1的示数为110V，副线圈匝数为1100匝，接有一个阻值恒为RL的灯泡。绕过铁芯的单匝线圈接有一理想电压表V2，其示数为0.20V。已知RL：R=4：1，则原线圈的匝数为(　　)

A．225 B．550 C．1100 D．2200

【解析】  设副线圈两端电压为，根据理想变压器线圈两端电压之比为线圈匝数之比可知，副线圈与单匝线圈之间满足，解得副线圈输入电压为，设副线圈中电流为，则，原线圈电流，根据电流与匝数的比例关系，有，代入RL：R=4：1，可解得原线圈匝数为，故B正确，ACD错误。故选B。

【答案】  B

13．(多选)(2022•河南省南阳市高三(上)期末)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1 ： 2，正弦交流电源电压为U= 12V，电阻R1=1Ω， R2=2Ω， 滑动变阻器R3最大阻值为20Ω，滑片P处于中间位置，则(　　)

A．R1与R2消耗的电功率之比为4： 1

B．通过R1的电流为3A

C．若向上移动P，电压表读数将变小

D．若向下移动P，电源输出功率将变大

【解析】  A．理想变压器原副线圈匝数之比为1：2，根据，可知，原副线圈的电流之比为2：1，根据，电阻R1=1Ω，R2=2Ω可知，R1与R2消耗的热功率之比为2：1，A错误；

B．设通过R1的电流为I，则副线圈电流为0.5I，输入电压，根据，输出电压，根据欧姆定律可知，代入数据解得，B正确；

C．若向上移动P，则R3电阻减小，输出电流变大，则输入电流也变大，电阻R1的电压变大，则变压器输入电压变小，根据变压比可知，输出电压变小，电压表读数将变小，C正确；

D．若向下移动P，则R3电阻增大，输出电流变小，根据变流比可知，输入电流也变小，根据，可知，电源输出功率将变小，D错误。故选BC。

【答案】  BC