高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器复习练习题

第三章　交变电流

3  变压器

【基础巩固】

1.关于理想变压器的特点,下列说法正确的是(　　)

A.理想变压器能够使电压升高,同时使电流变大

B.原、副线圈具有相同的磁通量及变化率,产生的感应电动势也相同

C.原、副线圈没有电阻,铁芯中不会产生涡流

D.原线圈往往匝数少,绕线粗,电流大

解析:理想变压器原、副线圈功率相等,即U1I1=U2I2,不可能同时使电压升高,电流增大,选项A错误.原、副线圈匝数不同,感应电动势不同,选项B错误.理想变压器铁芯不产生涡流,选项C正确.原、副线圈中匝数少的线圈,电流大,绕线粗,但不一定作为原线圈使用,选项D错误.

答案:C

2.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,下列说法正确的是 (　　)

A.穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是10∶1

B.穿过原、副线圈每一匝的磁通量的变化率相等

C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1

D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1

解析:对于理想变压器,认为无磁通量损失,因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同,磁通量的变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,电压与匝数成正比.理想变压器没有能量损失,故输入功率等于输出功率.

答案:BD

3.理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1和n2,电流分别为I1和I2,电压分别为U1和U2,功率分别为P1和P2,下列关系正确的是              (　　)

A.= B.=      C.= D.=

解析:理想变压器中原、副线圈的电压满足=,理想变压器的输入功率等于输出功率,即P1=P2,则U1I1=U2I2,即=,故选A.

答案:A

4.如图所示,甲图中两导轨不平行,而乙图中两导轨平行,其余条件都相同,金属棒MN正在导轨上向右匀速运动,在金属棒运动过程中,将观察到(　　)

甲                      乙

A.L1发光,L2不发光

B.L1、L2都不发光

C.L2发光,L1不发光

D.L1、L2都发光,只是亮度不同

解析:金属棒MN在轨道上向右匀速运动,甲图中导轨间的金属棒长度增大,由E=Blv可知,产生的感应电动势增大,回路中的感应电流也增大;乙图中导轨间的金属棒长度恒定,产生的是恒定感应电动势,感应电流恒定.根据变压器的原理可知,甲的副线圈产生感应电流,乙的副线圈没有产生感应电流,所以L1发光,L2不发光,选项A正确.

答案:A

5.(多选)对于理想变压器,下列说法正确的是 (　　)

A.原线圈的输入功率随副线圈输出功率的增大而增大

B.原线圈的输入电流随副线圈输出电流的增大而增大

C.原线圈的电流不随副线圈输出电流的变化而变化

D.当副线圈的电流为0时,原线圈的电压也为0

解析:理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,且随副线圈输出功率的变化而变化.原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流和原、副线圈匝数比,当副线圈的电流为0时,原线圈电压并不一定为0.选项A、B正确,选项C、D错误.

答案:AB

6.一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1,则变压器的原线圈中的电流、输出电压及输出功率分别是(　　)

A.5 A,250 V,50 kW

B.5 A,10 kV,50 kW

C.200 A,250 V,50 kW

D.200 A,10 kV,2×103 kW

解析:由=得I1=×200 A=5 A;由=得U2== V=250 V;

P出=U2I2=250×200 W=50 kW.故正确选项为A.

答案:A

7.(2021广东卷)某同学设计了一个充电装置,如图所示.假设永磁体的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交变电流,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V.理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60.下列说法正确的是              (　　)

A.交变电流的频率为10 Hz

B.副线圈两端电压最大值为3 V

C.变压器输入电压与永磁体磁场强弱无关

D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率

解析:正弦式交变电流的周期为0.2 s,故频率为5 Hz,选项A错误.螺线管中的电压为原线圈的电压,由变压器的工作原理得=,故副线圈的电压最大值U2=U1=3 V,选项B正确.永磁体的磁场越强,在磁体运动相同的情况下,螺线管中的磁通量变化越快,输入电压越大,选项C错误.理想变压器忽略能量损失,副线圈的功率等于输入功率,选项D错误.

答案:B

8.一理想变压器工作电路图如图所示,今欲使变压器的输入功率增大到原来的2倍,在其他条件不变的情况下,可行的办法是              (　　)

A.原线圈的匝数n1增大到原来的2倍

B.副线圈的匝数n2增大到原来的2倍

C.负载电阻的阻值R变为原来的2倍

D.n2和R都变为原来的2倍

解析:原线圈匝数增加会使副线圈电压减小,输出功率减小,输入功率也减小,故选项A错误.副线圈匝数增大到原来的2倍,副线圈电压增大到原来的2倍,根据P=可知输出功率增大到原来的4倍,故选项B错误.负载电阻增大,而电压不变,输出功率和输入功率都减小,故选项C错误.副线圈匝数和负载电阻都增大到原来的2倍,副线圈电压增大到原来的2倍,根据P=,可知输出功率增大到原来的2倍,故输入功率增大到原来的2倍,故选项D正确.

答案:D

9.(2022·山东卷)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V的电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间的变化为u=Umcos 100πt.单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1 V.将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时,功率为12 W.下列说法正确的是              (　　)

A.n1为1 100匝,Um为220 V

B.BC间线圈匝数为120,流过R的电流为1.4 A

C.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为100 Hz

D.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A,周期为0.02 s

解析:变压器的输入电压为220 V,根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比=,将U1=220 V,n2=1,U2=0.1 V代入,解得原线圈匝数为n1=2 200,由题给数据可知,原线圈中输入交流电压的最大值为Um=220 V,故选项A错误;当在BC间接入12 Ω的电阻时,电功率为12 W,则UBC== V=12 V,故流过R的电流大小为I== A=1 A,再由=,解得BC间线圈的匝数为nBC=120,故选项B错误;BC间的输出电压为12 V,AC间的输出电压应为30 V,故AB间的输出电压应为18 V.所以当R接在AB间时,R两端电压大小为18 V.因为变压器不能改变交变电流的频率,所以副线圈的频率等于原线圈的频率,根据原线圈的电压表达式可求得输入电压的周期为T== s=0.02 s,则频率为f== Hz=50 Hz,故选项C错误;若将R接在AC两端,根据欧姆定律可知,流过R的电流为I'== A=2.5 A,由C选项可知交变电流的周期为T=0.02 s,故选项D正确.

答案:D

【拓展提高】

10.如图甲所示,一理想变压器给一个小灯泡供电.当原线圈输入如图乙所示的交流电压时,额定功率为10 W的小灯泡恰好正常发光,已知灯泡的电阻为40 Ω,图中电压表为理想交流电压表,下列说法正确的是              (　　)

甲

乙

A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u=220 sin πt (V)

B.电压表的示数为220 V

C.变压器原、副线圈的匝数比为11∶1

D.变压器的输入功率为110 W

解析:由题图乙可知,ω==100π rad/s,故选项A错误.原线圈输入电压为220 V,电压表示数为小灯泡的额定电压,U2==20 V,故选项B错误.由电压与匝数的关系得==11∶1,故选项C正确.理想变压器的输入功率与输出功率相等,为10 W,故选项D错误.

答案:C

11.(2022·湖南卷)如图所示,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源.定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端.理想电压表的示数为U,理想电流表的示数为I.下列说法正确的是              (　　)

A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变

B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大

C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大

D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小

解析:根据原、副线圈两端的电流和电压的比值关系可知,变压器和副电路的等效电阻R'===2=2R1.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R2接入电路的阻值减小,等效电阻保持不变,则电流I变大,U变小,而R1消耗的功率增大,故选项A错误,选项B正确;保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,n2减小,等效电阻R'增大,电流I减小,则电压表的示数U减小,R1消耗的功率P1=·R1=2·R1=2·R1,P1初始位置在副线圈正中间,此时等效电阻R'=2R=4R<R2,综上所述,在P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率先增大后减小,当等效电阻的阻值等于R2时,R1消耗的功率最大,故选项C、D错误.

答案:B

12.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比 n1∶n2=1∶3,副线圈的两端串联三个均标有“36 V　40 W”的灯泡,且均正常发光.标有“36 V　40 W”的灯泡L的工作状况是              (　　)

A.正常发光                    B.将被烧毁

C.比另三个灯暗              D.无法确定

解析:副线圈两端的电压U2=3U=3×36 V=108 V,由=得,原线圈两端电压U1== V=36 V,所以灯泡L能正常发光,选项A正确.

答案:A

13.如图甲所示的电路中,在a、b间接入图乙所示的正弦式交变电流,T为理想变压器,A为理想交流电流表,R为定值电阻,副线圈的中间抽头将副线圈分为两部分.开关S分别接通“1”“2”时,电流表A的示数分别为I1、I2,则副线圈两部分的匝数n1和n2之比为              (　　)

     甲                       乙

A.          B.        C.       D.

解析:设变压器原线圈两端的电压为U0、匝数为n0,根据变压器原理可知副线圈n1、n2的电压分别为U1=U0和U2=U0.根据能量守恒有,I1U0=,

I2U0=,整理得=,则=,故选项C正确.

答案:C

14.(多选)如图所示,理想变压器原线圈的匝数n1=1 100,副线圈的匝数n2=110,R0、R1、R2均为定值电阻,且R0=R1=R2,电流表、电压表均为理想交流电表.原线圈接u=220sin 314t(V)的交流电源.一开始开关S处于断开状态.下列说法正确的是              (　　)

A.电压表示数为22 V

B.当开关S闭合后,电压表示数变小

C.当开关S闭合后,电流表示数变大

D.当开关S闭合后,变压器的输出功率增大

解析:原线圈接u=220sin 314t(V)的交流电源,原线圈的匝数n1=1 100,副线圈的匝数n2=110,所以副线圈两端的电压为22 V;根据欧姆定律得电压表示数为11 V,故选项A错误.当开关S闭合后,副线圈所在电路的总电阻减小,副线圈两端的电压不变,副线圈中的电流增大,电阻R0两端的电压变大,所以电压表示数变小,故选项B正确.当开关S闭合后,副线圈所在电路的总电阻减小,副线圈两端的电压不变,输出功率增大,所以输入功率增大,所以电流表示数变大,故选项C、D正确.

答案:BCD

【挑战创新】

15.黑光灯是利用物理方法来杀虫的一种设备,它发出的紫外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”.下图是高压电网的工作电路,高压电网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的距离为0.5 cm,已知空气在常温常压下的击穿电场强度为6 220 V/cm,为防止空气被击穿而造成短路,变压器的副线圈、原线圈匝数比不得超过多少?

解析:高压电网相邻两极间的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,

理想变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系为=,

峰值与有效值的关系U1m=U1,

由以上各式可得=,

所以变压器的副线圈、原线圈匝数比不得超过10∶1.

答案:10∶1