高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流3 变压器课时作业

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1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )
A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
解析：选C 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，B错误；由互感现象知，C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，D错误。
2．下列选项图中，可以将电压升高给电灯供电的变压器是( )
解析：选C 变压器只能对交变电流实现变压，不能对直流变压，A、D错误；由于变压器原、副线圈两端的电压与原、副线圈匝数成正比，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压，B错误，C正确。
3.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，测得新绕线圈的端电压为 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．1 100,360 B．1 100,180
C．2 200,180 D．2 200,360
解析：选B 由U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3，可得n1＝eq \f(U1,U3)n3＝1 100，n2＝eq \f(U2,U1)n1＝180，B选项正确。
4．[多选]理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )
A．I1由I2决定 B．U2与负载有关
C．P1由P2决定 D．以上说法都不正确
解析：选AC 理想变压器的电流关系可写成I1＝eq \f(n2,n1)I2，即原线圈中的电流由副线圈中的电流决定；同理，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)知，副线圈中的电压由原线圈中的电压决定；功率关系为：负载用多少，原线圈端就输入多少，因此选项A、C正确，B、D错误。
5.一理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶10，电源电压u＝22eq \r(2)sin (ωt) V。原线圈电路中接入一熔断电流I0＝10 A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于( )
A．220 Ω B．220eq \r(2) Ω
C．440 Ω D．440eq \r(2) Ω
解析：选A 当原线圈中的电流I1＝I0时，副线圈中的电流I2＝eq \f(n1,n2)I1＝1 A。副线圈的输出电压有效值为U2＝eq \f(n2,n1)U1＝220 V。因此副线圈电路中负载电阻的最小值Rmin＝eq \f(U2,I2)＝220 Ω。故A正确。
6．(2022·重庆高考)低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“12 V 50 W”的交流卤素灯直接通过变压器(视为理想变压器)接入电压为220 V的交流电后能正常工作，则( )
A．卤素灯两端的电压有效值为6eq \r(2) V
B．变压器原、副线圈的匝数比为55∶3
C．流过卤素灯的电流为0.24 A
D．卤素灯的电阻为968 Ω
解析：选B 卤素灯上标记的额定电压12 V即为卤素灯两端的电压有效值，A错误；根据理想变压器的原理可知eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(220,12)＝eq \f(55,3)，B正确；流过卤素灯的电流为I＝eq \f(P,U)＝eq \f(50 W,12 V)＝eq \f(25,6) A，C错误；卤素灯是非线性元件，电阻随着电压不同而改变，在正常工作时电阻为R＝eq \f(U,I)＝2.88 Ω，D错误。
7．如图所示，为了浴室用电安全，某同学用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入交变电压u＝311sin(100πt)V。已知照明灯额定功率为44 W，排气扇电动机内阻为1 Ω，电流表示数为2 A，各用电器均正常工作，电表均为理想电表。则( )
A．电压表示数为62 V
B．变压器的输入功率为186 W
C．排气扇输出功率为43 W
D．保险丝熔断电流不得低于2 A
解析：选C 变压器输入交变电压u＝311sin(100πt)V，有效值U＝220 V，变压器原、副线圈匝数比为5∶1，所以副线圈电压U2＝44 V，故A错误。电流表示数为2 A，所以输出功率P＝44×2 W＝88 W，所以变压器的输入功率为88 W，故B错误。照明灯的电流I1＝eq \f(44,44) A＝1 A，则排气扇的电流为I2＝2 A－1 A＝1 A，则排气扇输出功率为P出＝I2U2－I22r＝1×44 W－12×1 W＝43 W，选项C正确。变压器的初级线圈电流为I＝eq \f(1,5)I次＝eq \f(2,5) A＝0.4 A，故保险丝熔断电流不得低于0.4 A，选项D错误。
8．如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是( )
A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变
C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小
D．P向上滑动时，变压器的输出功率变小
解析：选B 当滑动变阻器R的滑片向下移动时，导致总电阻增大，由于输入电压U1不变，且原、副线圈匝数不变，所以副线圈电压不变，根据P＝eq \f(U2,R)，即灯L亮度不变，故A错误，B正确。当滑动变阻器R的滑片向上移动时，导致总电阻减小，由于输入电压U1不变，且原、副线圈匝数不变，所以副线圈电压不变，则副线圈的总电流增大，因此输入电流也变大，故C错误；变压器的输出功率增大，故D错误。
9.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈回路中的电阻 A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b两端加一定交流电压后，求两电阻消耗的电功率之比和两电阻两端电压之比。
解析：变压器原、副线圈电流之比
eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,4)
设流过电阻A的电流I1＝I，则流过电阻B的电流I2＝4I
所以两电阻消耗的电功率之比
eq \f(PA,PB)＝eq \f(I12R,I22R)＝eq \f(I2R,16I2R)＝eq \f(1,16)
两电阻两端电压之比 eq \f(UA,UB)＝eq \f(I1R,I2R)＝eq \f(1,4)。
答案：eq \f(1,16) eq \f(1,4)
B级—选考提能
10．如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
解析：选B 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻R变大，则副线圈所在电路的总电阻R总变大，因原、副线圈两端的电压U1、U2不变，则通过R1的电流I2＝eq \f(U2,R总)变小，R1消耗的功率PR1＝I22R1变小，选项A错误；R1两端的电压UR1＝I2R1变小，则电压表V的示数UV＝U2－UR1变大，选项B正确；因通过原、副线圈的电流关系eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，I2变小，则I1变小，即电流表A1的示数变小，选项C错误；若闭合开关S，则副线圈所在电路的总电阻R总′变小，通过副线圈的电流I2′＝eq \f(U2,R总′)变大，则通过原线圈的电流I1′变大，电流表A1的示数变大，R1两端的电压UR1′＝I2′R1变大，则R2两端的电压UR2′＝U2－UR1′变小，电流表A2的示数变小，选项D错误。
11．如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3 300 V，副线圈两端电压为U2＝220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U＝4 V。求：
(1)原线圈n1等于多少匝？
(2)当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5 A。则电流表A1的示数I1为多少？
(3)在(2)中情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1′等于多少？
解析：(1)由电压与变压器匝数的关系可得：
n1＝eq \f(U1,U)n＝eq \f(3 300,4)×1＝825匝。
(2)当开关S断开时，由输入功率等于输出功率：
U1I1＝U2I2，可得I1＝eq \f(1,3)A。
(3)当开关S断开时，有：RL＝eq \f(U2,I2)＝44 Ω
当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R′，
则有R′＝0.5RL＝22 Ω
副线圈中的总电流为I2′，则I2′＝eq \f(U2,R′)＝10 A
由U1I1′＝U2I2′，得：I1′＝eq \f(2,3) A。
答案：(1)825匝 (2)eq \f(1,3) A (3)eq \f(2,3) A