高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电第3节 科学探究:变压器巩固练习

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册

3.3科学探究：变压器 课后练习（解析版）

1．如图所示，理想变压器的原线圈与输出电压有效值恒定的正弦交流电源相连，副线圈通过导线与灯泡L和滑动变阻器R相连，若将滑动变阻器滑片上滑，则滑动过程中，下列说法正确的是（　　）

A．副线圈两端电压不变 B．灯泡L亮度变亮

C．原线圈中电流减小 D．电源的输出功率不变

2．我国家庭电路所接交变电压的有效值为220V，其他一些国家采取110V市电标准。一变压器可视为理想变压器，它将110V交变电压改变为220V，已知变压器原线圈的匝数为400，则副线圈的匝数为（　　）

A．100 B．200 C．800 D．1600

3．图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，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，电压表为理想交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于50V时，就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体，开关闭合后，下列说法正确的是（　　）

A．电压表的示数为5V

B．若没有转换器则变压器副线圈输出的是直流电

C．若则可以实现燃气灶点火

D．穿过原、副线圈的磁通量之比等于n1:n2

4．一个理想变压器，正常工作时，在原、副线圈上，下列物理量中可能不相等的是（　　）

A．交流的频率 B．电流的有效值

C．电功率 D．磁通量的变化率

5．交流电流表有一定的量度范围，不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接.图中电流互感器H，H线圈匝数，下列说法正确的是（　　）

A．测量高压输电线路电流时，接、接

B．测量高压输电线路电流时，接、接

C．若高压输电线路的电流为交变电流，则电表A的示数为0

D．若高压输电线路的电流为恒定电流，则电表A示数恒定且不为0

6．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

7．如图所示，电流表、电压表均为理想交流电表，变压器为理想变压器，R是光敏电阻（其阻值随照射光强度增大而减小）。原线圈接入电压为的交流电，下列说法正确的是（　　）

A．照射R的光强度增加时，输入功率变大

B．照射R的光强度减小时，电流表的示数变大

C．照射R的光强度减小时，电压表示数变小

D．若原线圈匝数增加，灯泡变得更亮

8．如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为，则（　　）

A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1V

B．副线圈两端的电压频率为50Hz

C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小

D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表的示数变大

9．如图所示为一理想变压器，原线圈接在输出电压为的交流电源两端。电路中为定值电阻，测量电表均为理想电表，导线电阻不计。现使滑动变阻器的滑动触头向上滑动，则下列说法正确的是（　　）

A．电压表的示数变大 B．电流表的示数变大

C．定值电阻消耗的电功率变小 D．电压表与电流表示数的比值不变

10．如图所示，理想变压器原线圈输入电压，副线圈电路中为定值电阻，是滑动变阻器，和是理想交流电压表，示数分别用和表示。和是理想交流电流表，示数分别用和表示。下列说法正确的是（　　）

A．和分别为原副线圈两端电压的瞬时值

B．和与变压器的原副线圈匝数成反比

C．滑片向下滑动过程中，不变，变大

D．滑片向下滑动过程中，变小，变大

11．一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示，副线圈仅接入一个10 Ω的电阻．则（　　）

A．流过电阻的电流是10A

B．变压器的输入功率是1×103 W

C．与电阻并联的电压表的示数是V

D．经过1分钟电阻发出的热量是6×103 J

12．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时，产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如（a）图线①所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如（a）图线②所示，用此线圈给（b）图中匝数比为3∶1的理想变压器供电，则（   ）

A．时刻，线圈平面恰好与磁场方向平行

B．线圈先后两次转速之比为2∶3

C．转速调整前，图中电压表的示数为V

D．图线②电动势的瞬时值表达式V

13．如图所示，T为理想变压器，A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为光传感器中的光敏电阻（光照增强，电阻减小），原线圈两端接恒压正弦交流电源，当光照增强时（　　）

A．电压表V1示数不变

B．电压表V2示数变大

C．电流表A1示数变大

D．电流表A2示数不变

14．在如图甲所示的电路中。灯泡L1的规格为“20V，2W”、灯泡L2的规格为“50V，20W"，电压表V为理想交流电表。电路中原线圈接入如图乙所示的交流电时两个灯泡均恰好正常发光，则下列说法正确的是（　　）

A．灯泡中的电流方向每秒钟改变50次

B．原、副线圈的匝数之比为4∶1

C．原线圈的输入电压为220V

D．原、副线圈中磁通量的变化率相等

15．在如图所示的电路中，理想电压表的示数，额定功率为10W的小灯泡和100W的电动机均正常工作，已知电动机的内阻，电动机的热功率为4W。以下说法正确的是（　　）

A．通过电动机的电流为0.5A

B．电动机的额定电压为200V

C．小灯泡的额定电压为20V

D．理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1

16．如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验步骤（写出要测的物理量，并用字母表示）：____________，A线圈的匝数为nA＝____________。（用所测物理量符号表示）

17．理想变压器原、副线圈匝数比为4∶1，若原线圈上加u=400sin（100πt ）V的交流电压，则在副线圈两端用交流电压表测得电压是多少？

18．如图a所示，左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55 Ω，A、V为理想电流表和电压表。若原线圈接入如图b所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，试求：

（1）原、副线圈匝数比；

（2）电流表的示数。

19．如图甲是一理想变压器的电路图，图乙是原线圈两端所加电压随时间变化的关系图像，已知电压表和电流表均为理想电表，电压表的示数为10V，两个定值电阻的阻值R均为2Ω。

（1）求原、副线圈的匝数之比；

（2）将开关S闭合，求变压器的输入功率；

20．图甲为一理想变压器，为原线圈，原线圈输入正弦式交变电压的图像如图乙所示，为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。若只在间接一个的电阻，或只在间接一个的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为。

(1)请写出原线圈输入电压u的瞬时值表达式；

(2)求只在间接电阻时，原线圈中的电流；

(3)求和间线圈的匝数比。

 参考答案

1．A

【详解】

A．电源输出电压恒定，根据理想变压器规律

副线圈电压不变，故A正确；

B．灯泡两端电压不变，灯泡亮度不变，故B错误；

CD．将滑片上滑，滑动变阻器阻值变小，副线圈电流变大，原线圈电流变大，副线圈功率变大，变压器的输入功率等于输出功率，电源输出功率变大，故CD错误。

故选A。

2．C

【详解】

根据

即

解得

n2=800

故选C。

3．C

【分析】

考查变压器在生活中的实际应用。

【详解】

A．电压表的示数为有效值，电压最大值为5V，有效值为3.5V，故A项错误；

B．若没有转换器，原线圈为直流电，副线圈没有电磁感应不会有电流产生，故B项错误；

C．如满足变压器副线圈电压的瞬时值等于50V，则有

所以当时则可以实现燃气灶点火，C项正确；

D．穿过原、副线圈的磁通量应相等，故D项错误。

故选C。

4．B

【详解】

理想变压器的变压原理即为在同一个铁芯中磁通量的变化率相同，输入功率等于输出功率，变压器只改变电压和电流，不改变频率，即电流的有效值可能不相等。

故选B。

5．A

【详解】

AB．根据

因

则接入的ab中电流较大，cd中电流较小，则测量高压输电线路电流时，接、接，选项A正确，B错误；

C．若高压输电线路的电流为交变电流，则电表A的示数为交流电的有效值，则示数不为0，选项C错误；

D．若高压输电线路的电流为恒定电流，则根据变压器的原理可知，电表A示数恒定为0，选项D错误。

故选A。

6．D

【详解】

A．交流电的频率为

故A错误；

B．通过电流的有效值为

两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知

根据理想变压器的电压规律

可知原线圈的电压

电阻两端分压即为电压表示数，即

故B错误；

C．电流表的示数为

故C错误；

D．副线圈中流过的总电流为

变压器原副线圈传输的功率为

故D正确；

故选D。

7．AC

【详解】

A．照射R的光强度增加时，其阻值减小，副线圈的干路电流增大，所以原线圈的电流增大，则原线圈的输入功率变大，故A正确；

B．照射R的光强度减小时，其阻值变大，副线圈的干路电流减小，所以原线圈的电流减小，电流表的示数变小，故B错误；

C．照射R的光强度减小时，其阻值变大，副线圈的干路电流减小，灯泡两端的电压减小，则电压表示数变小，故C正确；

D．若原线圈匝数增加，副线圈总电压减小，则灯泡电压减小，灯泡变暗，故D错误。

故选AC。

8．BD

【详解】

A．在原线圈c、d两端加上瞬时值为的交变电压，故原线圈的最大电压为310V，当单刀双掷开关与a连接时，根据

解得副线圈的电压最大值为

有效值为

电压表的示数为有效值，A错误；

B．在原线圈c、d两端加上瞬时值为的交变电压，角速度

故频率

变压器不改变频率，故副线圈两端的电压频率不变，B正确；

CD．当单刀双掷开关由a扳向b时，匝数之比减小为50：1，输出电压增大，电压表和电流表的示数均变大，故输出功率变大，输入功率等于输出功率，也变大，D正确C错误。

故选BD。

9．AC

【详解】

A．输入电压不变，原副线圈匝数比不变，输出电压由输入电压决定，副线圈电压U2不变，滑片向上滑动，电阻R变大，滑动变阻器两端电压变大，V2示数变大，故A正确；

B．副线圈电路中总电阻电大，电流减小，原副线圈匝数比不变，原线圈电流也减小，故B错误；

C．副线圈电流变小，定值电阻R0上消耗的功率变小，故C正确；

D．输入电压不变，输入电流随输出电流变化而变化，所以电压表V1与A的示数比值变化，故D错误。

故选AC。

10．BC

【详解】

A. 和分别为原副线圈两端电压的有效值，选项A错误；

B. 和与变压器的原副线圈匝数成反比，选项B正确；

CD. 变压器匝数比和初级电压一定，则次级电压一定，即不变，滑片向下滑动过程中，R减小，则I2变大，根据

则变大，选项C正确，D错误。

故选BC。

11．AB

【详解】

A．根据变压器的规律得

根据欧姆定律得

A正确；

B．理想变压器的输入功率与输出功率相等，所以输入功率为

B正确；

C．与电阻并联的电压表的示数是有效值，所以示数为100V，C错误；

D．根据焦耳定律得

D错误。

故选AB。

12．CD

【详解】

A．根据a图知，t = 0时刻，e = 0，说明磁通量最大而磁通量的变化率为零，此时线圈平面恰好与磁场方向垂直，A错误；

B．a图中，①的周期T1= 0.2s，②的周期T1= 0.2 = 3s，由ω = 知

B错误；

C．转速调整前，原线圈的电压的有效值

U1= V = 30V

根据原副线圈电压和匝数关系

=

解得

U2= 10V

即转速调整前，图中电压表的示数为10V，C正确；

D．感应电动势最大值Em= NBSω，转速调整前后，NBS相同，Em与ω成正比，图线①中

Em1= 60V

图线②中

Em2= Em1= × 60V = 40V，ω2= = π

线圈从中性面开始转动计时，所以图线②电动势的瞬时值表达式

e = 40sin(πt)V

D正确。

故选CD。

13．AC

【详解】

AB．由于原线圈两端接恒压正弦交流电源，变压器的线圈匝数不变，所以电压表V1示数不变，光照增强，电阻减小，则R2、R3并联总电阻减小，所分得的电压减小，故电压表V2示数变小，故A正确，B错误；

CD．当光照增强时，电路总电阻减小，所以电路总电流变大，电流表A2示数变大，由原副线圈电流与匝数的关系知电流表A1示数变大，故C正确，D错误。

故选AC。

14．BD

【详解】

A．根据图像，每0.02s电流方向改变2次，灯泡中的电流方向每秒钟改变100次，A错误；

B．原线圈电流等于灯泡L1的电流

副线圈电流等于灯泡L2的电流

原、副线圈的匝数之比为

B正确；

C．根据图像及灯泡L1正常发光可知原线圈的电压为200V，故C错误；

D．根据变压器的工作原理，原、副线圈中磁通量的变化率相等，D正确。

故选BD。

15．CD

【详解】

ABC．因理想变压器的输入功率等于输出功率，则

解得通过原线圈的电流

小灯泡两端的电压

原线圈两端的电压

解得

选项AB错误，C正确；

D．由变压器的原副线圈的电压比等于匝数比，可得

D正确。

故选CD。

16．见解析    nA＝n   

【详解】

[1]①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈．

②把低压交流电源接B线圈，用多用电表交流电压挡测得绕制的线圈的输出电压U.

③用A线圈换下绕制的线圈，用多用电表交流电压挡测得A线圈的输出电压UA.

[2]根据电磁感应原理可知

可得

nA＝n

17．100 V

【详解】

根据交变电流的瞬时表达式有

u=Umsin ωt

可得

Um=400

原线圈的有效电压为

U1==400 V

由

解得

U2=100 V

18．（1）2∶1；（2）2 A

【详解】

（1）由题图b可知原线圈两端电压的有效值

U1==220 V

由

可得原、副线圈匝数之比

==2∶1

（2）电流表示数为有效值

I=＝A=2 A

19．（1）；（2）100W

【详解】

（1）由图乙知原线圈电压最大值

有效值

而副线圈电压有效值等于电压表示数，即

所以原、副线圈的匝数之比

(2)将开关S闭合，副线圈上两电阻并联，其总阻值

消耗的功率

理想变压器的输入功率

20．(1)；(2)0.4A；(3)

【详解】

(1)因为

则原线圈输入电压u的瞬时值表达式

(2)根据

理想变压器

原线圈中的电流

(3)设间匝数为，根据变压器变压规律有

由题意有

联立可得