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