高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器同步测试题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器同步测试题，共8页。

题组一 理想变压器的基本关系
1．如图所示，一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏。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，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为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
B [由U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3，可得n1＝eq \f(U1,U3)n3＝1 100匝，n2＝eq \f(U2,U1)n1＝180匝，B选项正确。]
2．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，变压器原线圈与电阻不计的导轨相连，导体棒的电阻不变，当导体棒L在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数是12 mA，则电流表A2的示数为( )
A．3 mAB．0 mA
C．48 mAD．与负载R的值有关
B [导体棒做匀速直线运动，产生的电动势：E＝Blv是定值，穿过副线圈的磁通量不变，是定值，副线圈不产生感应电动势，副线圈电流为零，电流表A2的示数为0 mA，故B正确。故选B。]
3．无线充电具有安全、耐用、方便的特点。如图为无线充电中的受电线圈示意图，由一个发射线圈和一个接收线圈构成，发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2＝5∶1，若ab端输入电流为i＝0.28sin 200πt(A)，充电过程中不考虑各种能量损失。则接收线圈输出电流的有效值约为( )
A．0.056 AB．0.14 A
C．1 AD．1.4 A
C [发射线圈电流的有效值为I1＝eq \f(0.28,\r(2)) A≈0.2 A，则接收线圈输出电流的有效值约为I2＝eq \f(n1,n2)I1＝1 A，故选C。]
4．某理想变压器输入电压为220 V，输出电压为27 V，原、副线圈匝数分别为n1和n2，则( )
A．n1B．输入的电流大于输出的电流
C．n1>n2
D．输出端连接的用电器数量增加，输入端功率不变
C [由变压器电压与匝数的关系eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)知，由于输入电压U1大于输出电压U2，故n1>n2，选项A错误，C正确；根据理想变压器输入功率等于输出功率可知，U1I1＝U2I2，故原、副线圈的电流与电压成反比，故输入的电流小于输出的电流，选项B错误；输出端连接的用电器数量增加，这些用电器都是并联的，因此输出电流I2增大。输出功率P2＝U2I2也就增大，故输入端功率增大，选项D错误。]
5．组装变压器时，没有将铁芯闭合，如图所示，原线圈接u＝311sin 314t(V)的交流电源，原副线圈的匝数比为8∶1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )
A．27.5 VB．38.9 V
C．10.0 VD．1 760 V
C [如果铁芯闭合，则有eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，即eq \f(\f(311,\r(2)),U2)＝eq \f(8,1)得U2≈27.5 V，由于没有将铁芯闭合，有部分能量损失，则电压表的示数小于27.5 V。C正确。]
题组二 理想变压器工作时的制约关系
6．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
B [由变压器的输出功率等于输入功率可得I1U1＝Ieq \\al( 2,2)R，可解得I2＝1.0 A，原线圈和副线圈的匝数比eq \f(n1,n2)＝eq \f(I2,I1)＝eq \f(1.0 A,0.2 A)＝eq \f(5,1)，故选B。]
7．(2020·广东梅州返校摸底考试)如图为某快充手机充电器，设该充电器是一个理想变压器，原线圈匝数为220匝，副线圈匝数为9匝，将该充电器接在220 V的交流电源上给一部手机充电，并测得充电器的输出电流为1 A，则下列说法正确的是( )
A．该充电器输出电压为18 V
B．该充电器的输入功率为18 W
C．充电器输出功率为9 W
D．该充电器原线圈中的电流约为2.4 A
C [该充电器可以看成一个理想变压器，电压比等于匝数比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得U2＝eq \f(n2,n1)U1＝220×eq \f(9,220) V＝9 V，所以，该充电器输出电压为9 V，故A错误；该充电器的输出电流为1 A，则输出功率为P2＝U2I2＝9×1 W＝9 W，对于理想变压器，输入功率等于输出功率，有P1＝P2＝9 W，故B错误，C正确；该充电器原线圈中的电流I1＝eq \f(P1,U1)＝eq \f(9,220)A，故D错误。]
8．如图所示，理想变压器原线圈接入电压有效值恒定的正弦交流电，副线圈接一定值电阻R。调节触头P，使副线圈匝数变为原来的一半，则调节前后说法不正确的是( )
A．原线圈中的电流之比为4∶1
B．副线圈中的电流之比为2∶1
C．变压器的输入功率之比为4∶1
D．变压器的输出功率之比为1∶2
D [使副线圈匝数变为原来的一半，即n2′＝eq \f(n2,2)，根据公式eq \f(U1,U2′)＝eq \f(n1,n2′)及eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，可得副线圈两端的电压变为原来的eq \f(1,2)，所以副线圈中的电流变为原来的eq \f(1,2)，B正确；根据公式eq \f(I1′,I2′)＝eq \f(n2′,n1)及eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，可得eq \f(I1,I1′)＝eq \f(2I2,I2′)＝eq \f(4,1)，原线圈中的电流将变为原来的eq \f(1,4)，所以A正确；根据P＝I2R，副线圈中消耗的电功率变为原来的eq \f(1,4)，所以变压器的输出功率之比为4∶1，理想变压器的输出功率和输入功率相等，所以C正确，D错误。]
题组三 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
9．实验室中有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器，如图所示，该变压器可近似看作理想变压器。某同学想测量它的初级、次级线圈匝数：先在闭合铁芯的上端铁轭处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜线两端与理想交流电压表构成闭合回路。
(1)在次级线圈左、右两端的接线柱上输入12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为6.0 V，则次级线圈的匝数为________匝；在初级线圈左、右两端的接线柱上输入12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为3.0 V，则初级线圈的匝数为________匝。
(2)若初级线圈左、右两端接线柱接入的交变电压瞬时表达式为u＝311sin(100πt)V，则与次级线圈左、右两端接线柱直接相连的理想交流电压表的示数为________V。
[解析] (1)在闭合铁芯的上端铁轭处紧密缠绕100匝漆包细铜线，即上端铁轭处线圈匝数n＝100匝，在次级线圈左、右两端的接线柱上输入U2＝12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为U＝6.0 V，由eq \f(U,U2)＝eq \f(n,n2)可知，次级线圈的匝数n2＝200匝。在初级线圈左、右两端的接线柱上输入U1＝12 V低压交流电压，理想交流电压表示数为U′＝3.0 V，由eq \f(U1,U′)＝eq \f(n1,n)可知，则初级线圈的匝数为n1＝400匝。
(2)因交流电压表示数为电压有效值，该变压器初级、次级线圈的匝数比为2∶1，由表达式知U1≈220 V，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，与次级线圈左、右两端接线柱直接相连的理想电压表的示数为110 V。
[答案] (1)200 400 (2)110
10．如图甲所示，手机置于充电垫上进行无线充电。充电过程中，安装于充电垫内的线圈(线圈1)通过一定频率的正弦交流电，手机内部的受电线圈(线圈2，如图乙)产生感应电动势，为手机电池充电，实现能量的传输。下列说法正确的是( )
甲 乙
A．无线充电利用线圈的自感原理工作
B．充电过程中，穿过线圈2的磁通量不变
C．线圈2产生的电能不可能大于线圈1消耗的电能
D．线圈1和线圈2两端的电压之比等于线圈的匝数之比
C [线圈1中通正弦交流电，该交流电产生变化的磁场，该磁场穿过线圈2产生感应电动势对手机充电，无线充电利用的是电磁感应原理(互感原理)，不是自感原理，故A错误；线圈2产生感应电动势对手机充电，穿过线圈2的磁通量一定发生变化，如果穿过线圈2的磁通量不变，不会产生感应电动势，无法对手机充电，故B错误；充电过程线圈1产生的磁场能有损失、线圈发热也会造成能量损失，因此充电过程线圈2产生的电能不可能大于线圈1消耗的电能，故C正确；由于充电过程有漏磁，穿过两线圈的磁通量的变化率不同，因此线圈1和线圈2两端的电压之比不等于线圈的匝数之比，故D错误。]
11．如图所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝eq \f(\r(2),10) T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5 m2，线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100 rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220 V、60 W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10 A，下列说法正确的是( )
A．线框中产生交变电压的有效值为250eq \r(2) V
B．中性面位置穿过线框的磁通量为零
C．变压器原，副线圈匝数之比为25∶22
D．允许变压器输出的最大功率为2 200 W
C [矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动，产生的交流电的最大值为Em＝NBSω＝50×eq \f(\r(2),10)×0.5×100 V＝250eq \r(2) V，有效值为E＝eq \f(250\r(2),\r(2))＝250 V，故A错误；由图可知，此时线圈和磁场垂直，此时线框的磁通量最大，故B错误；由于电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈匝数之比为eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(250,220)＝eq \f(25,22)，故C正确；由于熔断器允许通过的最大电流为10 A，所以允许变压器输出的最大功率为P＝UI＝250×10 W＝2 500 W，故D错误。]
12．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＝0.10 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＝eq \f(\r(2),π) T。为了用此发电机所发出的交流电带动两个标有“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，电路图如图所示。求：
(1)发电机的输出电压；
(2)变压器原、副线圈的匝数比；
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。
[解析] (1)由于ω＝2πf＝100π rad/s
矩形线圈在磁场中匀速转动，产生的感应电动势的最大值：Em＝NBSω＝2 200eq \r(2) V
发电机的输出电压为电压的有效值为：
U1＝eq \f(Em,\r(2))＝2 200 V。
(2)由U2＝220 V知eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(10,1)。
(3)理想变压器的输入功率等于输出功率P入＝P出＝2×11 kW＝2.2×104 W
又P入＝U1I1
解得I1＝10 A。
[答案] (1)2 200 V (2)10∶1 (3)10 A
13．(2022·济南高二检测)如图为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表所示。
(1)吹冷风时触片P位于怎样的位置？
(2)由表格中数据计算出小风扇的内阻是多少？
(3)变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2是多少？
[解析] (1)当电吹风机送出来的是冷风时，电路中只有电动机自己工作，触片P与触点b、c接触。
(2)小风扇消耗的功率转化为机械功率和线圈上的热功率，则小风扇的电流
I＝eq \f(P,U)＝eq \f(60,60) A＝1 A，
则I2r＝P－P出＝60 W－52 W＝8 W，
解得小风扇的内阻是r＝8 Ω。
(3)根据变压器的原线圈、副线圈的匝数与电压的关系
eq \f(n1,n2)＝eq \f(220,60)＝eq \f(11,3)。
[答案] (1)触片P与触点b、c接触 (2)8 Ω (3)11∶3热风时输入功率
460 W
冷风时输入功率
60 W
小风扇额定电压
60 V
正常工作时小风扇输出功率
52 W