2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册 3.3变压器 随堂演练（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
3.3变压器
随堂演练（解析版）
1．如图，理想变压器原、副线圈匝数比为20：1，两个标有“12V，6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表（可视为理想表）的示数分别是（　　）
A．120V，0.10A
B．240V，0.025A
C．120V，0.005A
D．240V，0.05A
2．用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题。如图所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是（　　）
A．原线圈中电流减小
B．R两端的电压增大
C．副线圈输出电压减小
D．原线圈输入功率减小
3．在探究变压器的两个线圈电压关系时，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上，组成了一个变压器，如图甲所示，线圈作为原线圈连接到学生电源的交流输出端，电源输出的电压如图乙所，线圈接小灯泡。若他组成的变压器可视为理想变压器，则（　　）
A．电源输出电压的频率为100Hz
B．增加原线圈的匝数，小灯泡变暗
C．小灯泡旁并联一个电阻，变压器输入功率减小
D．将线圈a改接在学生电源的直流输出端，小灯泡也能发光
4．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比，原线圈接正弦式交变电流，为定值电阻，为滑动变阻器，已知滑动变阻器的最大阻值为定值电阻的10倍。在滑动变阻器的滑片从中点缓慢向上滑动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．变压器原、副线圈中的电流之比始终为1∶3
B．定值电阻消耗的功率逐渐增大
C．滑动变阻器消耗的功率先增大后减小
D．变压器副线圈两端的电压逐渐减小
5．如图，理想变压器上接有3个完全相同的灯泡，其中1个灯泡与原线圈串联，另外2个灯泡并联后接在副线圈两端。已知交流电源的电压u＝18sin
100πt（V），3个灯泡均正常发光，忽略导线电阻，则变压器（　　）
A．副线圈电压的频率为100
Hz
B．原线圈两端的电压为6
V
C．原副线圈的电流比为2∶1
D．原副线圈的匝数比为2∶1
6．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1=20Ω，R2=40Ω，C为电容器，已知通过R1的电流如图乙所示，则（　　）
A．通过R1的电流方向每秒改变50次
B．原线圈输入电压的有效值为200V
C．通过R3的电流始终为零
D．电阻R2在一个周期内产生的热量为0.1J
7．如图，理想调压变压器输入端接正弦交流电源，L是灯泡，C是电容器，P是与线圈接触良好的滑片，S是开关，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（　　）
A．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，电流表A的示数将减小
B．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，灯泡的亮度将增大
C．接b，从M点至N点缓慢滑动P，电压表V的示数不变
D．接b，从M点至N点缓慢滑动P，电容器两极板带电性质交替变化的频率将减小
8．如图所示，导体棒ab的两个端点分别搭接在两个竖直放置、半径相等的金属圆环上，两圆环所在空间有方向竖直向下的匀强磁场，圆环通过电刷与导线c、d相接。c、d两个端点接在匝数比的理想变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器，导体棒ab绕与ab平行的水平轴（即两圆环的中心轴，轴与环面垂直）以角速度逆时针匀速转动。如果滑动变阻器连入电路的阻值为R时，电流表的示数为I，ab棒、圆环及接触电阻均不计，下列说法正确的是（　　）
A．导体棒在圆环的上半部分运动时（不包括最左和最右点），a环电势低于b环
B．滑动变阻器上消耗的功率为
C．取ab在环的最低端时，则导体棒ab中感应电流的表达式是
D．若c、d间改接电阻后电流表的示数不变，ab棒转过的过程中流过ab棒的电荷量可能为
9．如图所示，在理想变压器的电路中接入三个定值电阻R1、R2、R
3，导线电阻不计，电流表为理想交流电表，输入恒定的正弦交流电U，原、副线圈匝数比n1：n2=1：2，当S闭合时，三个电阻消耗功率相同，则（　　）
A．三个电阻大小之比为R1：R2：R3=1：16：16
B．三个电阻大小之比为R1：R2：R3=1：4：4
C．当开关S断开后，R2消耗的功率增加
D．当开关S断开后，电流表A的示数增加
10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈两端接如图乙所示的交流电源。副线圈接入阻值为电阻，其余电阻不计。则（　　）
A．电阻两端电压为
B．电流表的示数为0.22A
C．电源的输出功率为68.42W
D．若将一个相同阻值的电阻并联在副线圈电路中，原线圈的输入功率为96.8W
11．如图，交流发电机的矩形线圈以角速度匀速转动，与理想变压器相连，t=0时刻，线圈平面与磁场平行，下列说法正确的是（　　）
A．t=0时，矩形线圈的磁通量最小
B．若变为原来的2倍，则电路的总功率变为原来的2倍
C．若不变，要使LI变亮，L2变暗，可将滑动变阻器滑片向下滑动
D．若不变，L2突然变暗，可能因滑动变阻器的滑片接触不良所引起
12．如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为22∶1，在a、b端加上一电压瞬时值表达式为的交变电流，通过小灯泡的电流为，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（　　）
A．小灯泡的额定电压为
B．小灯泡的额定功率为
C．将滑动变阻器的滑片向d端移动，小灯泡亮度不变
13．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“6V，6W”的完全相同的灯泡L1、L2、L3、L4，按如图的方式接入电路，其中L1恰能正常发光。忽略灯泡电阻随温度的变化。电路中的电表均为理想交流电表则下列选项中正确的是（　　）
A．L2、L3、L4均正常发光
B．电流表示数为2A
C．m、n两点间所加的电压为14V
D．整个电路消耗的总功率为18W
14．如图甲，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，，C为电容器。己知通过的正弦交流电如图乙，则（　　）
A．副线圈输出的交流电的频率为10Hz
B．原线圈输入电压的最大值为100V
C．电阻的电功率为20W
D．通过的电流始终为零
15．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=0.10m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度T。为了用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220V
11kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路图如图所示。求：
(1)发电机的输出电压；
(2)变压器原、副线圈的匝数比；
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。
16．图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在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，电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于
5000V
时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，
求：
(1)图中开关闭合时电压表的示数；
(2)变压器原、副线圈的匝数满足怎样的关系才能实现点火？
17．如图所示，理想变压器原线圈与一有效值为10V的交流电源相连，副线圈并联两个不同规格的小灯泡a和b，其中小灯泡a的电阻为30Ω。已知此时流过原线圈的电流为0.09A，小灯泡a的电功率为0.3W。求：
（1）原、副线圈的匝数比为；
（2）此时流过副线圈的电流；
（3）小灯泡b的电阻。
18．如图甲所示的理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈所接电源的电压按图乙所示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为60W。求：
(1)副线圈两端电压的有效值；
(2)原线圈中电流表的示数。
19．如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电压表均为理想电表。
(1)求电压表和电流表的读数；
(2)求原线圈的输入功率。
参考答案
1．D
【详解】
灯泡正常工作，所以副线圈电压U2=12V，电流
根据得
U1=240V
根据得
I1=0.05A
所以电压表和电流表的示数分别为240V，0.05A。
故选D。
2．B
【详解】
根据
可知
由于原线圈电压和匝数比都没有变，所以副线圈输出电压不变，当开关S闭合时，总电阻减小，副线圈中电流增大，根据
可知原线圈中电流增大；通过电阻的电流增大，根据
可知两端的电压增大；根据
可知副线圈的功率变大，由输入功率等于输出功率，可知原线圈输入功率增大，故选项B正确，ACD错误。
故选B。
3．B
【详解】
A．图可知交流电源的周期为T=0.02s，则频率为
故A错误；
B．电压器原副线圈的电压关系
可得
可得增加原线圈的匝数，副线圈的电压变小，则小灯泡变暗，故B正确；
C．灯泡旁并联一个电阻导致总电阻减小，所以消耗功率增大，由原副线圈功率相等可知变压器的输入功率处增大，故C错误；
D．压器的原理是电磁感应，因而原线圈应接交变电流，若将线圈a改接在学生电源的直流输出端，变压器副线圈没有电压，因而小灯泡不发光，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，选项A错误；
B．设输入的交变电压有效值为U，原线圈中的电流为I，根据
可知，副线圈中的电流为，副线圈两端的电压为，原线圈两端电压为，则
当滑动变阻器向上移动时，增大，根据
可知原线圈中的电流变小，因此电阻消耗的功率减小，选项B错误；
C．滑动变阻器消耗的功率为
因此当
即
时，消耗功率最大，所以当滑动变阻器滑片从中点缓慢向上滑动时，消耗的功率先变大后变小，选项C正确；
D．滑动变阻器滑片从中点缓慢向上滑动时，电阻逐渐变大，、均减小，两端电压减小，原线圈两端电压增大，所以变压器副线圈两端的电压逐渐增大，选项D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．原线圈交流电的频率为
变压器不改变频率，故副线圈电压的频率为50Hz，A错误；
CD．由于3个相同灯泡均正常发光，故原副线圈的电流比为1：2，可知匝数比为
C错误，D正确；
B．设灯泡的额定电压为U，由
可知，原线圈两端电压为2U，故电源电压有效值为
可得额定电压
U=6V
故原线圈两端的电压为12V，B错误。
故选C。
6．D
【详解】
A．根据图乙所示，通过R1的电流周期为0.02s，一个周期电流方向改变两次，故通过R1的电流方向每秒改变100次，故A错误；
B．由图乙可知通过R1的电流最大值为，根据欧姆定律可知其最大电压为
再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200V，故B错误；
C．因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过R3和电容器，故C错误；
D．根据正弦交流电的峰值和有效值关系并联电路特点可知电阻R2在一个周期内产生的热量为
故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
AB．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，根据
，n2减小，U2减小，电流表A的示数将减小，灯泡的亮度减小，A正确，B错误；
CD．接b，从M点至N点缓慢滑动P，根据
，n2减小，U2减小，电压表V的示数减小，电容器两极板带电性质交替变化的频率不变，CD错误。
故选A。
8．BD
【详解】
A．根据右手定则可知，导体棒在圆环的上半部分运动时，a环电势高于b环，选项A错误；
B．由变压器原副线圈两端得电压电流公式可知
得
由因
得
则
则B正确；
C．ab在环的最低端时t=0，则导体棒ab中感应电流的表达式是
故C错误；
D．在cd端接电阻后，原电路得电压仍然不变是，因电流表的示数不变，可知电阻
故选项D可化为
而由电荷量公式
交流电得电流最大值
旋转90度时
联立可得
即ab棒转过的过程中流过ab棒的电荷量可能为
所以D正确。
故选BD。
9．AC
【详解】
AB．R2、R
3并联，电压相等，消耗功率也相同，根据功率表达式
由上可知
设通过R2的电流为I，则副线圈上的电流
由于原副线圈上的电流与匝数成反比
根据功率表达式
可知，电流的平方与电阻成反比
联立可得
R1：R2：R3=1：16：16
故A正确，B错误；
CD．当开关S断开后，副线圈上阻值增大，原副线圈上的总电流电流都变小，即
变小。原线圈两端电压
可知，减小，增大，也增大，由公式
可知，电压增大，R2上消耗的功率增加
故C正确，D错误。
故选AC。
10．BD
【详解】
A．由图乙可知，原线圈两端电压为
由可得
即电阻两端电压为22V，故A错误；
B．副线圈中的电流为
由可得
即电流表的示数为0.22A，故B正确；
C．电源的输出功率为
故C错误；
D．若将一个相同阻值的电阻并联在副线圈电路中，副线圈中的电流为
原线圈中的电流为
此时原线圈的输入功率为
故D正确。
故选BD。
11．AD
【详解】
A．t=0时，线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，即矩形线圈的磁通量最小，故A正确；
B．t=0时刻，线圈平面与磁场平行，则有
可知，当变为原来的2倍，有效电压也变为原来的2倍，则电路的总功率
R不变，则功率变为原来的4倍，故B错误；
C．若不变，LI与副线圈并联，向下调节滑动变阻器时其电压不变，所以LI的亮度不变，故C错误；
D．L2与滑动变阻器串联分压，若不变，当滑动变阻器的滑片接触不良时，阻值增大，则流过L2的电流变小，L2变暗，
故D正确。
故选AD。
12．BC
【详解】
A．由可得交变电流的有效值为220V，根据
可得副线圈两端的电压为10V，此时小灯泡正常发光，则小灯泡的额定电压为10V，故A错误；
B．由
可得小灯泡的额定功率为，故B正确；
C．灯泡与滑动变阻器并联，因此滑动移动，小灯泡不受影响，故C正确。
故选BC。
13．BC
【详解】
AB．L1恰能正常发光，则根据可知通过的电流为1A，根据变压器电流关系可得副线圈电流为2A，所以通过L2、L3、L4的电流为，所以三灯泡不能正常发光。A错误，B正确；
C．根据可知灯泡电阻为6Ω，所以副线圈电压为
根据变压器规律得
所以m、n两点间所加的电压为
C正确；
D．整个电路消耗的总功率为
D错误。
故选BC。
14．BC
【详解】
A．副线圈输出的交流电的频率与通过的正弦交流电频率相等，由图像可知
所以A错误；
B．副线圈输出电压的最大值为
根据理想变压器原副线圈的电压关系有
解得原线圈输入电压的最大值为
所以B正确；
C．电阻的电功率为
所以C正确；
D．根据电容器有通交流隔直流的特点，所以通过的电流不为零，则D错误；
故选BC。
15．(1)2200V；(2)10：1；(3)10A
【详解】
（1）由于
矩形线圈在磁场中匀速转动，产生的感应电动势的最大值：
V
发电机的输出电压为电压的有效值为：
V
（2）由U2=220V知
（3）理想变压器的输入功率等于输出功率
P入=P出=2×11kW=
2.2×104W
又
解得
I1=10A
16．(1)3.54V；(2)
【详解】
(1)电压表测量的是交流电压的有效值，从乙图可知，最大值为5V，因此交流电压的有效值为
因此开关闭合时，电压表的示数为3.54V。
(2)副线圈电压最大值为5000V，根据
因此当变压器原、副线圈的匝数满足时才能实现点火
17．（1）10:3；（2）0.3A；（3）15Ω
【详解】
（1）（2）原线圈输入功率
P1=U1I1=10×0.09=0.9W
则次级消耗的功率也为0.9W，即a灯功率Pa=0.3W，则b灯的功率为
Pb=0.6W
通过a灯的电流为
因ab两端电压相等，可知通过b灯电流为Ib=0.2A；次级电流为I2=0.3A，则变压器匝数比
（3）小灯泡b的电阻
18．(1)22V；(2)0.237A
【详解】
(1)原线圈电压有效值
由
得副线圈两端电压的有效值
(2)理想变压器的输入功率等于输出功率，有
所以原线圈中电流表的示数
19．(1)110V，1A；(2)220W
【详解】
(1)原线圈电压的有效值
根据理想变压器的电压规律可知电压表示数为
副线圈电流为
根据单相变压器的电流规律可知电流表示数为
(2)原线圈的输入功率