人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器综合训练题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器综合训练题，共4页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

基础巩固
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了,为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原来线圈接到220 V交流电源上,测得新绕线圈的电压为1 V。按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )
A.1 100,360B.1 100,180
C.2 200,180D.2 200,360
答案B
解析对新绕线圈的理想变压器,由得n1==1100,变压器烧坏前,同理n2==180,故选项B正确。
2.某物理兴趣小组对变压器进行研究,实验电路图如图所示。接在学生电源交流挡位上的理想变压器给两个完全相同的小灯泡L1、L2供电,导线可视为超导体,电压表和电流表均为理想电表,开关处于断开状态。现闭合开关,其他条件不变的情况下,则( )
A.小灯泡L1变暗
B.小灯泡L1变亮
C.电压表示数变大
D.电流表示数变大
答案D
解析变压器的输入电压U1不变,匝数比不变,根据可知,变压器的输出电压U2 不变,而电压表测量的就是U2,故电压表的示数不变,选项C错误。开关闭合前后,灯泡L1的电压一直等于U2,故灯泡L1的电压不变,亮度不变,选项A、B错误。S闭合后,副线圈的总电阻减小,而电压不变,则副线圈的电流I2变大,根据可知原线圈的电流变大,即电流表示数变大,选项D正确。
3.如图所示,理想变压器原线圈的匝数为n1,副线圈的匝数为n2,原线圈的两端a、b接正弦式交流电源,电压表V的示数为220 V,负载电阻R=44 Ω,电流表A1的示数为0.2 A。下列判断正确的是( )
A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1
B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1
C.电流表A2的示数为0.1 A
D.电流表A2的示数为0.4 A
答案B
解析由变压器的输入功率等于输出功率可得I1U1=R,可解得I2=1.0A,原线圈和副线圈的匝数比,故选项B正确,A、C、D错误。
4.(2023·广东佛山高二期末)某种燃气灶点火装置的原理图如图所示。转换器把直流电压转换为最大值为5 V的正弦交流电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,当钢针与金属板间的电压大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。对此,下列说法正确的是( )
A.图中电压表的示数为5 V
B.图中的变压器为降压变压器
C.该理想变压器的匝数比应小于
D.要使点火装置正常工作,转换器输出的一定为正弦式交变电流
答案C
解析题图中电压表的示数为U1=V,选项A错误;由题意可知变压器副线圈的输出电压大于原线圈的输入电压,则变压器为升压变压器,选项B错误;根据理想变压器电压比等于匝数比可得,当时,便可以实现燃气灶点火,选项C正确;只要转换器输出变化的电流,点火装置就可以正常工作,故转换器输出的不一定为正弦式交变电流,选项D错误。
5.在图甲所示的理想变压器a、b端加图乙所示的交流电源。已知变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,R1为滑动变阻器,R为定值电阻,电压表和电流表均为理想电表。下列判断正确的是( )
甲
乙

A.电压表V1的示数为22 V
B.电压表V2的示数为5.5 V
C.R1电阻减小时,V1示数与V2示数的比值变小
D.R1电阻减小时,V1示数与V2示数的比值变大
答案AD
解析电压表V1测的是原线圈电压,也就是输入电压,交变电流的电压的有效值U==22V,选项A正确。原、副线圈匝数比为4∶1,所以副线圈两端电压为5.5V,电压表V2测的是R1两端电压,应该小于5.5V,选项B错误。R1电阻减小,R阻值不变,R1分的电压变小,V2减小,V1不变,所以V1与V2示数的比值变大,选项C错误,D正确。
6.如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2、L3,输电线的等效电阻为R,原线圈接有一个理想电流表。开始时,开关S接通,当S断开时,以下说法正确的是( )
A.等效电阻R上消耗的功率变小
B.原线圈两端间的输入电压减小
C.原线圈中电流表示数减小
D.灯泡L1、L2变暗
答案AC
解析电流表是理想的电流表,所以原线圈两端输入电压不变,当S断开后,副线圈上的总电阻增大,电流减小,根据P=I2R知等效电阻R上消耗的功率变小,选项A正确,B错误。当S断开后,副线圈上的总电阻增大,电流减小,根据变压器原、副线圈电流关系n1I1=n2I2,可知输入电流也减小,选项C正确。由于电流减小,输电线上电压损失减小,总的输出电压不变,所以灯泡L1和L2两端电压增大,灯泡变亮,选项D错误。
二、非选择题
7.交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.05 m2,线圈转动的频率为50 Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B= T。如果用此发电机带动两个标有“220 V 11 kW”的电机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器,电路如图所示。
(1)发电机输出电压的有效值为多少?
(2)变压器原、副线圈的匝数比为多少?
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少?
答案(1)1 100 V (2)5∶1 (3)20 A
解析(1)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,产生正弦式交变电流,最大值Em=nBSω=1100V。根据正弦式交变电流的规律可知,输出电压的有效值U1==1100V。
(2)电机正常工作,副线圈两端电压U2=220V,根据理想变压器电压和匝数关系可知,=5。
(3)理想变压器的输入功率和输出功率相等,P1=P2=22kW。根据功率公式P1=U1I1,解得交流电流表示数I1=20A。
能力提升
一、选择题(第1~3题为单选题,第4~5题为多选题)
1.图甲中的变压器原、副线圈匝数比为3∶1,图乙是该变压器cd输入端交流电压u的图像,L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V 6 W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,以下说法正确的是( )
A.ab输入端电压的瞬时值表达式为uab=27sin 100πt(V)
B.电流表的示数为2 A,且四只灯泡均能正常发光
C.流过灯L2的电流每秒钟方向改变50次
D.ab输入端输入功率Pab=18 W
答案B
解析由题知,cd端的电压瞬时值表达式为ucd=27sin100πt(V),有效值为U1=27V, 由得副线圈电压U2=9V,则L2、L3、L4均能正常发光,每只灯泡的电流I'=A=A,副线圈电流I2=3×A=2A,由得原线圈的电流I1=A,L1也能正常发光,ab输入电压的表达式为uab=36sin100πt(V),选项A错误,B正确。由题图乙知交变电流的周期为0.02s,交变电流的频率为50Hz,流过灯L2的电流每秒钟方向改变100次,选项C错误。ab输入端输入功率Pab=36×W=24W,选项D错误。
2.如图所示的电路中,有一自耦变压器,左侧并联一只理想电压表V1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上并联一只理想电压表V2。下列说法正确的是( )
A.若F不动,滑片P向下滑动时,V1示数变大,V2示数变大
B.若F不动,滑片P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小
C.若P不动,滑片F向下移动时,V1、V2的示数均变小
D.若P不动,滑片F向下移动时,灯泡消耗的功率变大
答案B
解析设变压器的输入电压为U1,输出电压为U2。若F不动,根据公式,输入电压U1不变,则输出电压U2也不变,滑片P向下滑动时,R接入的电阻增大,根据闭合电路欧姆定律,干路电流减小,电阻R的电压UV2=U2-IRL,由于电流减小,电压UV2增大,灯泡消耗的功率变小,故选项A错误,B正确。若P不动,滑片F向下移动时,输入电压U1不变,则V1的示数不变,根据公式,由于n2减小,输出电压U2减小,灯泡消耗的功率减小,V2的示数变小,故选项C、D错误。
3.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为2∶3,两端共接有六只相同的小灯泡L1、L2、L3、L4、L5和L6(电阻恒定不变),变压器的原线圈接有正弦式交流电源,六只小灯泡均发光。下列说法正确的是( )
A.L1、L2、L3三只灯泡亮度一定相同
B.小灯泡L2一定比L4亮
C.交流电源输出电压U是小灯泡L4两端电压的4.5倍
D.L1消耗的功率是L2的2.25倍
答案C
解析设小灯泡L4两端电压为U',则副线圈的输出电压为U2=3U',根据电压与匝数成正比,原线圈的输入电压为U1=2U',L2、 L3两只灯泡串联后的总电压为2U',即L2、L3、L4、L5、L6的电压都相同,亮度也相同;设通过小灯泡L4的电流为I,根据电流与匝数成反比,则有原线圈电流为I,通过L2、 L3两只灯泡的电流为I,根据并联分流可得通过L1灯泡的电流为I,小灯泡L1两端电压为U';根据串联分压可知交流电源输出电压U=U'+2U'=4.5U',根据电功率公式可知P1=P2=P3=P4,故选项C正确,A、B、D错误。
4.如图所示,矩形线圈的匝数为10,在磁感应强度为0.4 T的匀强磁场中,线圈绕垂直磁场的轴OO'以100 rad/s的角速度匀速转动,线框电阻不计,面积为0.5 m2,线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连,副线圈接有两只灯泡L1和L2。已知变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,开关断开时L1正常发光,且电流表示数为0.01 A,则( )
A.若从图示位置开始计时,线框中感应电动势的瞬时值为u=200sin 100t(V)
B.若开关S闭合,电流表示数将增大
C.若开关S闭合,灯泡L1亮度将不变
D.灯泡L1的额定功率为2 W
答案BC
解析变压器的输入电压的最大值为Um=nBSω=10×0.4×0.5×100V=200V,从垂直中性面位置开始计时,故线框中感应电动势的瞬时值为u=Umcsωt=200cs100t(V),故选项A错误。若开关S闭合,输出电压不变,输出端电阻减小,故输出电流增加,输入电流也增加,电流表示数将增大,故选项B正确。若开关S闭合,输出电压不变,故灯泡L1亮度不变,故选项C正确。变压器输入电压的有效值为U1=V=100V,开关断开时L1正常发光,且电流表示数为I1=0.01A,灯泡L1的额定功率等于此时变压器的输入功率,为P=U1I1=W,故选项D错误。
5.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1,R1、R2为定值电阻,且R1=2R2,已知a、b两端电压u按图乙所示正弦规律变化。下列说法正确的是( )
A.电阻R2中的电流方向每秒钟改变100次
B.电压表示数为110 V
C.电阻R1、R2消耗的功率之比为1∶4
D.a、b两端与副线圈两端的电压之比为3∶1
答案AD
解析由题图乙可知,交变电流的周期为0.02s,所以电流方向每秒钟改变100次,选项A正确。设电压表示数为U2,流过R2的电流为I2=,则U=2U2+×2R2,U2=V,选项B错误。根据P=I2R,电阻R1、R2消耗的功率之比为,选项C错误。a、b两端与副线圈两端的电压之比为U∶U2=3∶1,选项D正确。
二、非选择题
6.图甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电流的uab-t图像如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式。
(2)求只在ce间接400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1。
(3)求ce和de间线圈的匝数比。
答案(1)uab=400sin 200πt(V) (2)0.28 A (3)
解析(1)由题图乙知ω=200πrad/s,电压瞬时值uab=400sin200πt(V)。
(2)电压有效值U1=200V,理想变压器输入功率P1=P2,原线圈中的电流I1=,解得I1=0.28A。
(3)设ab间匝数为n1,则,同理,由题意知,联立以上各式得,代入数据得。