高中物理第3节 科学探究:变压器习题

3.3科学探究：变压器基础训练2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．小宁同学仿照法拉第发现电磁感应现象的装置，在铁环上用漆包线（铜丝，表面刷有绝缘漆）绕制了两个线圈匝、（匝数没有记录），线圈与开关、干电池、交流电源构成电路，交流电源的电动势，线圈与开关、电流计G、交流电压表V构成电路。当置于2、置于4时，电压表V的示数为，取1.4。下列说法正确的是（　　）

A．由实验数据可算得，线圈的匝数为200匝

B．由实验数据可估计，线圈的匝数超过280匝

C．S2置于3，当S1从0扳到1时，G中不会有电流

D．S2置于3，当S1从0扳到1时，G中电流慢慢增大并稳定到某一值

2．如图所示，面积为0.02m2、内阻不计的100匝矩形线圈ABCD，以50r/s的转速绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为T．矩形线圈通过滑环和电刷与理想变压器相连，触头P可移动，副线圈所接电阻R=50Ω，原、副线圈匝数比为2：1电表均为理想交流电表．当线圈平面与磁场方向平行时开始计时．下列说法正确的是（ ）

A．副线圈两端交变电压的频率为25 Hz

B．P上移时，电流表示数减小

C．电压表示数为100V

D．电阻上消耗的功率为200w

3．在如图所示的交流电路中，理想变压器输入电压为u1＝U1msinl00πtV，输入功率为P1，输出功率为P2，电压表读数为U2，各交流电表均为理想电表．由此可知

A．灯泡中电流方向每秒钟改变50次

B．变压器原、副线圈的匝数比为U1m：U2

C．当滑动变阻器R的滑动头向下移动时，电压表读数不变，电流表读数增大

D．当滑动变阻器R的滑动头向上移动时，P1变大，且始终有P1＝P2

4．大电流发生器是电力、电气行业在调试中需要大电流场所的必需设备，一般采用调压器输出端接升流器输入端、升流器输出端接试验回路的方法进行电流升流，原理如图所示。T1为自耦调压器， P为调压滑动触头；T2为升流器，与触头1连接时原，副线圈匝数的比值为，为试验回路的等效电阻，忽略其他电阻与感抗等因素的影响，调压器与升流器均视为理想变压器。当端接入电压为的交变电流时，以下说法正确的是（　　）

A．大电流发生器不仅可以提高试验回路的电流还可以提高试验回路中电流的频率

B．保持与触头2连接，仅把滑动触头P向下滑动，可以获得更大的电流

C．保持滑动触头P位置不变，仅将触头2转换至触头1，可以获得更大的电流

D．将滑动触头P置于中间位置且与触头1连接，试验回路的电流为调压器输入端的倍

5．在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）

A．所用交流电的频率为25Hz

B．电压表的示数为100V

C．电流表的示数为1.0A

D．变压器传输的电功率为15.0W

6．一台交流发电机的线圈电阻为2 Ω,将其输出端接在电阻为20 Ω的电阻丝上,其输出电压从某时刻开始随时间变化的图象如图所示,则(  )

A．线圈转动的角速度为25 rad/s

B．电阻丝的发热功率为250 W

C．交流发电机的电动势有效值为50 V

D．若将此发电机接在匝数比为1∶2的理想变压器上可使输出频率提高1倍

7．如图甲，一理想变压器原副线圈的匝数比为2:1，原线圈的电压随时间变化规律如图乙所示，副线圈电路中接有灯泡，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则（ ）

A．灯泡的电压为V

B．副线圈输出交流电的频率为50Hz

C．U=220V，I=0.2A

D．原线圈输入电压的瞬时表达式为V

8．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4：1，电压表和电流表均为理想电表，原线圈接在的正弦交流电，图中D为理想二极管，（正向电阻不计，反向电阻为无穷大），定值电阻,则下列说法正确的是 （ ）

A．时，原线圈输入电压的瞬时值为

B．时，电压表示数为18V

C．电流表示数为1A

D．变压器的输入功率为9W

9．家用燃气热水器电子脉冲点火装置的原理图如图所示。将3V的直流电压通过转换器转换为正弦交变电压u=12sin100πt（V），将该交变电压加在理想变压器的原线圈上，副线圈两端接放电针，当放电针之间电压的最大值达到18kV时，就可以放电，利用放电针高压放电所产生的电火花可点燃燃气。下列说法正确的是（　　）

A．热水器每秒点火50次

B．理想交流电压表V的示数为12V

C．在转换器损坏的情况下，只要副线圈的匝数足够大，就可以点燃燃气

D．要使点火装置正常工作，变压器原、副线圈的匝数之比不能超过1：1500

10．如图所示，理想变压器初级线圈接一正弦交流电源，交变电压的有效值恒定不变．则下列说法中正确的是(　　)

A．只将S1从2拨向1时，电流表示数变大

B．只将S2从4拨向3时，电流表示数变大

C．只将S3从闭合变为断开，电流表示数变大

D．只将变阻器R3的滑动触头上移，电流表示数变大

11．如图所示为某种电吹风机的电路图，a、b、c、d为四个固定触点。绕O点转动的扇形金属触片P，可同时接触两个触点，触片P处于不同位置时，吹风机可处于停机、吹冷风和吹热风三种工作状态。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下表所示。下列说法正确的是（　　）

A．触片P同时接触b、c两个触点时电吹风吹热风

B．理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2=5：22

C．电吹风吹热风时电热丝上的电流为

D．小风扇的内阻为5Ω

12．图（乙）中，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=10∶1 ，原线圈连接的发电机产生的交流电如图（甲）所示，电路中电表均为理想电表，定值电阻R1=5Ω，热敏电阻R2的阻值随温度的升高而减小．则

A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=10sin50πt（V）

B．0.01s时刻电压表示数为10V

C．R1的电功率为0.02W

D．R2处温度升高时，电流表示数大

13．如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，以下说法正确的是（　　）

A．副线圈两端M、N的输出电压减小

B．副线圈输电线等效电阻R上的电压减小

C．通过灯泡L1的电流增大

D．原线圈中的电流增大

14．如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则

A．U="110" V，I=0．05 A

B．U="110" V，I=0．2A

C．U=110V，I=0．2 A

D．U=110V，I=0．2A

15．在如图所示的电路中，理想变压器的匝数比为2:1，四个标有“6 V、6 W”的完全相同的灯泡L1、L2、L3、L4，按如图方式接入电路，其中L1恰能正常发光；忽略灯泡电阻随电压的变化，电路中的电表均为理想交流电表，下列选项中正确的是(    )

A．L2、L3、L4均能正常发光

B．电流表的示数为0.5 A

C．m、n两点间所加的电压为14 V

D．整个电路消耗的总功率为18 W

二、填空题（共4题）

16．原理：______现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的______也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生______。

17．两类变压器

副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作______变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作______变压器。

18．一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，则副线圈中的输出电压为________，输出功率为________，变压器原线圈中的电流为________。

19．在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，

（1）为了确保实验的安全，下列做法正确的是________；

A．为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V

B．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源

C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱

D．为了多用表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测

（2）某同学在完成上述实验后，采用如图乙所示的电路测量变压器原线圈的电阻（阻值较小），为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开________（填选项字母）；

A．导线A     B．导线B     C．开关C     D．导线D

（3）如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。

A．6 V    B．4.3 V    C．2.1 V

三、综合题（共4题）

20．无线充电技术已经逐渐应用于智能手机上，手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示。已知发射、接收线圈匝数比，AB端输入电流为。

（1）请结合模型解释手机无线充电的基本原理；

（2）求接收线圈输出电流的有效值。

21．如图所示，匝数、边长电阻不计的正方形导线框处于匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小、方向水平向右，线框绕中心轴以的角速度匀速转动。线框的输出端与理想变压器原线圈相连，副线圈连接着一只电阻为40Ω灯泡，灯泡恰好正常发光，电路中保险丝的熔断电流为2A，保险丝两端的电压忽略不计。已知理想变压器原、副线圈匝数之比为5∶1，从图示位置开始计时，求：

（1）线框产生的感应电动势的瞬时值表达式；

（2）灯泡的额定电压U和额定功率P；

（3）在保险丝不熔断时，副线圈两端最多可并联同样的灯泡的盏数n。

22．某物理兴趣小组在研究交变电流的产生和应用中，设计了以下三种形式，所用匀强磁场磁感应强度均为1.0T，图乙和图丙的轨道均在水平面上，磁场方向竖直向下。

（1）甲方案为：如图甲所示，让一面积为的单匝矩形线圈，在有界匀强磁场中绕中轴以的转速匀速转动，已知为磁场分界线，求线圈从图示位置开始计时产生的交变电流的感应电动势的瞬时表达式；

（2）乙方案为：如图乙所示，金属导轨与金属直导轨分别在O点和A点接一阻值为和体积可忽略的定值电阻，导轨的曲线方程为（m），金属棒平行于y轴，长为1.5m。在外力作用下以速度水平向右匀速运动（b点始终在轴上），金属棒与导轨接触良好，摩擦不计，整个电路中除了电阻和外，其余电阻均不计。求：金属棒在导轨上从到的运动过程中，外力做的功。

（3）丙方案为：如图丙所示，匝数的理想变压器原线圈与水平放置的间距的光滑金属导轨相连，导轨电阻不计，副线圈接阻值的电阻，与导轨接触良好的电阻的导体棒在外力的作用下做简谐振动，其速度（）。求电阻R实际消耗的功率。

23．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＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝T。用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220V、11kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示，求：

（1）发电机输出电压的有效值；

（2）变压器原、副线圈的匝数比；

（3）交流电流表的示数．

参考答案

1．B

2．C

3．C

4．D

5．D

6．B

7．B

8．A

9．D

10．A

11．D

12．D

13．D

14．B

15．C

16．互感    磁场    感应电动势   

17．降压    升压   

18．250 V    50 kW    5 A   

19．D    A    C   

20．（1）略（2）1A

21．（1）；（2）20V；10W；（3）20盏

22．（1）；（2）；（3）8W

23．(1)1100V；(2)5:1；(3) 20 A。