高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器精品练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器精品练习，文件包含33《变压器》分层练习原卷版-人教版物理选修二docx、33《变压器》分层练习解析版-人教版物理选修二docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共13页， 欢迎下载使用。

基础篇
一、单选题
１.图乙是降压变压器图甲给用户供电的电路示意图，表示输电线的总电阻、假设用户端为纯电阻用电器，总电阻为R。若变压器视为理想变压器、输入电压恒定，电表视为理想电表，当用户使用的用电器减少时，则（ ）
A．用户总电阻R减少B．电压表示数增大
C．用电器R两端电压升高D．电流表示数保持不变
【答案】C
【解析】当用户使用的用电器减少时，则用户总电阻R变大，因V2的读数由变压器初级电压和匝数比决定，可知V2读数不变，次级电流减小，则R0的电压减小，用电器R两端电压变大；因次级电流减小，则初级电流减小，即电流表A1示数减小。
故选：C。
２.如图为日常生活中常见的电子打火灶点火装置实物图和原理图。将1.5V直流电压通过转换器转换为正弦交变电压，再将其加在匝数比n1∶n2= 1∶1000的理想变压器的原线圈上，副线圈两端就可获得高压引发电火花点燃燃气，下列说法正确是（ ）
A．放电针每隔0.01s点火一次 B．放电针之间交流电压频率100Hz
C．放电针之间电压最高可达12000V D．原线圈两端所接交流电压表的读数为6V
【答案】A
【解析】A．根据正弦交变电压的表达式可知，通过变压器交流电的周期不变，根据
，一个周期内会出现两次高压，可知放电针每隔0.01s点火一次，A正确；
B．放电针之间交流电压频率，B错误；
C．原线圈两端的最大电压为6V，根据知，放电针之间的电压最大值为6000V，C错误；
D．根据正弦交变电压的表达式可知，电压的最大值，则有效值，即电压表的示数为，D错误。
故选：A。
３.近日，小米发布了“小感量十磁吸”无线充电预研技术——磁吸式无线充电，通过磁铁的吸附力，把无线充电发射线圈和接收线圈紧密结合在一起，将大大降低能量损耗。某次测试中磁吸无线充电底座线圈接于u=220sin（100πt）（V）的交流电源，已知发射线圈和接收线圈匝数比为11：1，功率为50W。则（ ）
A．接收线圈的工作原理是电流的磁效应
B．发射线圈连接直流电源也能实现无线充电
C．若不计能量损耗，接收线圈获得的电压最大值为20V
D．若不计能量损耗，通过接收线圈的电流有效值为2.5A
【答案】D
【解析】A．接收线圈的工作原理是电磁感应原理，A错误；
B．底座线圈连接直流电源时因不能产生电磁感应，则不能实现无线充电，B错误；
C．接收线圈获得的电压有效值
最大值为
选项C错误；
D．功率为50W，根据功率的表达式得
，D正确。
故选：D。
4.变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在无线充电技术中，其中一种就是基于变压器的原理产生的，只不过变压器磁场的回路是铁芯，而无线充电装置磁场的回路是空气。如图所示是无线充电器正在对手机进行无线充电。下列说法合理的是( )
A．在变压器原、副线圈上不存在能量的转化
B．在变压器原线圈上电场能转化成磁场能
C．手机必须与无线充电器贴合才能进行无线充电
D．用无线充电器给手机充电的过程中是没有能量损耗的
【答案】B
【解析】无线充电技术与变压器都是利用电磁感应原理，在变压器原线圈上把电场能转化为磁场能，在副线圈上把磁场能转化为电场能，故A错误，B正确；当受电线圈没有对准供电线圈(二者没有完全重合)时，也有变化的磁场通过受电线圈引起磁通量变化，也可以进行无线充电，故C错误；用无线充电器给手机充电的过程中是有能量损耗的，有一小部分磁场能在空间中耗散，故D错误。
故选：B。
提升篇
一、多选题
1．如图所示，一理想变压器输入端接交流恒压源，输出端电路由R1、R2、R3三个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由5∶1改为10∶1后( )
A．流经R1的电流减小到原来的eq \f(1,4)
B．R2两端的电压增加到原来的2倍
C．R3两端的电压减小到原来的eq \f(1,2)
D．电阻上总的热功率减小到原来的eq \f(1,4)
【答案】CD
【解析】变压器原、副线圈的匝数比由5∶1改为10∶1，则副线圈的输出电压减小为原来的eq \f(1,2)，根据欧姆定律可知，流经R1的电流减小到原来的eq \f(1,2)，故A错误；根据串、并联电路规律可知，R2两端的电压减小到原来的eq \f(1,2)，故B错误；同理，R3两端的电压减小到原来的eq \f(1,2)，故C正确；副线圈总电阻不变，根据功率公式P＝eq \f(U2,R)可知，总功率减小到原来的eq \f(1,4)，故D正确。
故选：CD。
2.如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是( )
A．原、副线圈匝数之比为9∶1
B．原、副线圈匝数之比为1∶9
C．此时a和b的电功率之比为9∶1
D．此时a和b的电功率之比为1∶9
【答案】AD
【解析】设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数之比为9∶1，选项A正确，选项B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据P＝UI可知，a、b灯泡的电功率之比为1∶9，选项C错误，选项D正确。
故选：AD。
3.如图(a)所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为4∶1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示。下列说法正确的是( )
A．理想变压器输入、输出功率之比为4∶1
B．理想变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4
C．u随t变化的规律为u＝51sin 50πt(V)
D．若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大
【答案】BD
【解析】理想变压器输入、输出功率之比为1∶1，故选项A错误；理想变压器原、副线圈中的电流与匝数成反比，即eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,4)，故选项B正确；由题图(b)可知，交流电压最大值Um＝51 V，周期T＝0.02 s，角速度ω＝100π rad/s，则可得u＝51sin 100πt(V)，故选项C错误；热敏电阻RT的温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确。
故选：BD。
4.某同学自制变压器，原线圈为n1匝，在做副线圈时，将导线ab对折后并在一起，在铁芯上绕n2圈，从导线对折处引出一个接头c，连成如图所示电路。S为单刀双掷开关，线圈电阻不计，原线圈接u1＝Umsin ωt的交流电源。下列说法正确的是( )
A．S接b时，电压表示数为eq \f(\r(2)n2Um,n1)
B．S接c时，电压表示数为eq \f(\r(2)n2Um,2n1)
C．S接c时，滑动触头P向下移动，变压器输入功率变大
D．S接c时，滑动触头P向上移动，变压器输入电流变大
【答案】BD
【解析】S接b时，副线圈属于双线绕法，不论原线圈中交变电流如何变化，副线圈中都不会产生感应电动势，所以电压表示数为零，选项A错误；S接c时，根据理想变压器的电压比关系U1∶n1＝U2∶n2，且U1＝eq \f(Um,\r(2))，解得U2＝eq \f(\r(2)n2Um,2n1)，选项B正确；S接c时，滑动触头P向下移动，连入电路的有效电阻增大，P入＝P出＝eq \f(U\\al(2,2),R)减小，选项C错误；滑动触头P向上移动，连入电路的有效电阻减小，副线圈中的电流I2＝eq \f(U2,R)增大，因U2I2＝U1I1，所以变压器输入电流I1变大，选项D正确。
故选：BD。
5.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。在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1，电动机线圈电阻为R，电路如图所示。理想电压表读数为U，理想电流表读数为I，电动机带动一质量为m的重物匀速上升。若电动机因摩擦造成的能量损失不计，下列说法正确的是( )
A．发电机的最大电动势为 eq \r(2) U
B．流经电动机的电流为 eq \f(U,5R)
C．电动机的热功率为I2R
D．重物匀速上升的速度为 eq \f(UI－25I2R,mg)
【答案】AD
【解析】输出电压的有效值为E＝U，E＝ eq \f(Em,\r(2)) ，解得线圈转动产生的电动势最大值为Em＝ eq \r(2) U，选项A正确；由变压器的电压关系： eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) ，解得U2＝ eq \f(U,5) ，因为电动机是非纯电阻，故不适用欧姆定律，选项B错误；理想变压器副线圈电流为I2＝ eq \f(n1,n2) I1＝5I，电动机的热功率为PR＝25I2R，选项C错误；副线圈消耗的功率等于电动机消耗的功率，即P2＝mgv＋PR，则有UI＝mgv＋25I2R，解得v＝ eq \f(UI－25I2R,mg) ，选项D正确。
故选：AD。
非选择题：
1.黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”。如图所示是高压电网的工作电路，高压电网是利用变压器将有效值为220 V的正弦式交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5 cm，已知空气在常温常压下的击穿场强为6 220 V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的次、初级线圈匝数比不得超过多少？
【答案】10∶1
【解析】电网两极间电场可看作匀强电场且Um＝Emd，由题意知空气被击穿时Em＝6 220 V/cm，已知理想变压器电压关系为eq \f(U1m,Um)＝eq \f(n1,n2)，峰值与有效值关系为U1m＝eq \r(2)U1，由以上各式得eq \f(n1,n2)＝eq \f(1,10)，所以变压器次、初级线圈匝数比不得超过10∶1。
2.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？
【答案】(1)触片P与触点b、c接触 (2)8 Ω (3)11∶3
【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)
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