3.4变压器为什么能改变电压 学科素养提升练（word解析版）

3.4变压器为什么能改变电压 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．图示为某电吹风的电路图，扇形金属触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风、吹冷风三种工作状态。变压器为理想变压器，当P接触bc时，标有“60V 60W”的小风扇正常工作，则此时（　　）
A．小风扇两端电压最大值为60V
B．流过小风扇的电流强度小于1A
C．变压器原、副线圈匝数比n1：n2=11：3
D．变压器的输入功率等于小风扇的输出功率
2．如图所示，理想二极管（正向电阻为零，反向电阻无穷大）D1与电阻R1串联、理想二极管D2和电阻R2串联，然后并联接入理想变压器的副线圈中，电阻R1＝R2＝R。变压器的原、副线圈的匝数比为2：1，原线圈接入电压为U0的正弦交流电，图中的电压表和电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是（　　）
A．若电阻R1上的电流有效值为I1，则电流表的示数为I1
B．若R1两端的电压有效值为U1，电压表示数为U1
C．副线圈上的电流有效值是电阻R1上电流的两倍
D．原线圈的输入电压是电阻R1两端电压的4倍
3．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动。线圈abcd的匝数为N，电阻不计。理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2，定值电阻的阻值为R，所用电表均为理想电表。当线圈以角速度ω匀速转动时，电压表的示数为U，则（　　）
A．此时电流表的示数为
B．在线圈abcd转动的过程中，穿过线圈的磁通量的最大值为
C．从图示位置（线圈abcd与磁场方向平行）开始计时，线圈产生的电动势的瞬时表达式为
D．当线圈转动的角速度增大为2ω时，V的读数仍为U
4．如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝数之比为，电流表、电压表均为理想电表，下列说法错误的是（　　）
A．副线圈输出交流电的周期为 B．如果仅将电源的频率加倍，不会改变R的功率
C．电压表的读数为 D．电流表的读数为
5．实验小组为探究远距离输电的原理，设计了如图所示的模拟电路，A、B为理想变压器，R模拟远距离输电线的总电阻，灯L1、L2规格相同。变压器A的原线圈输入恒定交流电，开关S断开时，灯L1正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．A为降压变压器，B为升压变压器
B．仅将滑片P上移，A的输入功率变大
C．仅闭合S，L1、L2均正常发光
D．仅闭合S，L1的亮度变暗
6．远距离输送电能通常采用高压输电，用来改变输电电压的设备是（　　）
A．电阻箱 B．变压器
C．电动机 D．电容器
7．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有一只电阻，且，原线圈接到交变电压上后，电阻R1上的电压是电阻R2上的电压的3倍，下列说法正确的是（　　）
A． R1上的电压等于电源电压的
B． R1上的电压等于电源电压的
C．上的电压等于电源电压的
D．上的电压等于电源电压的
8．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
9．图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1：n2＝5：1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图所示，现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光，下列说法正确的是（　　）
A．输入电压u的表达式u＝20sin（50πt）V
B．只断开S1后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大
D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W
10．一台理想变压器，开始时开关S接1，此时原、副线圈的匝数比是11：1，原线圈接入电压为220V的正弦交流电．一只理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上，如图所示．则下列判断正确的是（　　）
A．原、副线圈中的功率之比为11：1
B．若只将S从1拨到2，电流表示数增大
C．若开关S接1，滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω时，则1min内滑动变阻器产生的热量为1200 J
D．若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，则两电表示数均减小
11．如图所示，理想变压器原线圈输入端接正弦交流电u=Umsinωt，副线圈接电阻R1、R2和二极管，图中电流表A1、A2、A3均为理想电流表（示数为电流的有效值），R1、R2阻值均为R，二极管为理想二极管，变压器原、副线圈匝数比为2：1。则电流表A1、A2、A3示数之比为（　　）
A．5：20：4 B．1：2：1 C．：2：2 D．2：4：3
12．随着电动汽车的普及，汽车无线充电受到越来越多的关注，其原理如图所示。将受电线圈安装在汽车的底盘上，将供电线圈安装在地面上，当电动汽车行驶到供电线圈装置上，受电线圈即可“接受”到供电线圈的电流，从而对蓄电池进行充电；关于无线充电，下列说法正确的是（　　）
A．供电线圈接直流电源也可以实现无线充电
B．无线充电技术与变压器的工作原理相同
C．若供电线圈和受电线圈均采用超导材料则能量的传输效率可达到100%
D．车身受电线圈中感应电流的磁场总是与地面供电线圈中电流的磁场方向相反
13．如图所示的电路中，变压器为理想变压器，原、副线圈的匝数比为1：2，在、端接上正弦交流电，四个灯泡、、、均刚好能正常发光，则下列判断正确的是（ ）
A．灯泡、的额定电流相同
B．灯泡、的额定功率相同
C．灯泡、的额定电压之比为1：2
D．灯泡的额定电流大于其它三个灯泡的额定电流之和
14．如图所示的理想变压器电路中，电流表、电压表均为理想电表，在a、b两端输入正弦交流电压，R1消耗的功率等于R2、R3消耗的功率之和，R2=R1，变压器原、副线圈匝数比为2:1，则（　　）
A．电压表V1与V2示数之比为2:1 B．电压表V1与V2示数之比为4:1
C．电流表A1与A2示数之比为2:3 D．电流表A1与A2示数之比为1:3
15．如图所示，变压器的原线圈两端连接导轨，副线圈和电阻相连构成闭合回路，导体棒在垂直于导轨平面的匀强磁场中沿导轨向右匀速切割磁感线。下列说法正确的是（　　）
A．电压表V1的示数不为零
B．电压表 V1的示数为零
C．电压表 V2的示数不为零
D．电压表 V2的示数为零
二、解答题
16．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。
17．某发电厂的发电机的输出功率P＝100kW，发电机端电压U＝250V，向远处送电的输电线的总电阻R＝8Ω。已知输电线上损失的功率为输送功率的5%，用户得到的电压是220V。输电线路的示意图，求出所用的变压器的原、副线圈的匝数之比。
参考答案
1．C
【详解】
A．标有“60V 60W”的小风扇正常工作，小风扇两端电压有效值为60V，最大值为，故A错误；
B． 根据
可得流过小风扇的电流强度等于1A，故B错误；
C．变压器原、副线圈电压比为
根据
得
n1：n2=11:3
故C正确；
D．变压器的输入功率等于小风扇的总功率，因小风扇会因电流热效应而损失能量，则变压器的输入功率大于小风扇的输出功率，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
AC．设副线圈的输出电压为U，输出电流为I，根据变压器的电压之比等于匝数之比可得
解得原线圈的输入电压为
根据理想变压器的电流之比等于匝数的反比可得
则原线圈的电流为，则输出功率为
由对称性可知两电阻功率相等，所以每个电阻的功率为，则有
解得每个电阻上的电流的有效值为
综上所述可知，若电阻R1上的电流有效值为，副线圈的电流
则电流表的示数为，故AC错误；
BD．若R1两端的电压有效值为U1，根据
解得
根据变压器的电压之比等于匝数之比可得
解得原线圈的输入电压为
故B正确，故D错误。
故选B。
3．C
【详解】
A．流过副线圈的电流
根据
可知，流过电流表的电流
故A错误；
C．变压器中原线圈的电压为U1，根据
可知电压
原线圈电压的最大值为
故从线圈转动到图示位置开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时表达式
故C正确；
B．根据
Em=NBSω
可知
故B错误；
D．根据
Em=NBSω
可知，转动角速度增大为2ω时，产生的感应电动势加倍，故电压表的示数加倍，为2U，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】
A．根据
知原线圈的周期为
由于原、副线圈的周期相等，所以副线圈输出交流电的周期为，故A正确，不符合题意；
B．如果仅将电源的频率加倍，则副线圈两端的电压不变，电阻R的功率也不变，故B正确，不符合题意；
C．根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知副线圈两端电压的有效值为，则电压表的读数应该为，故C错误，符合题意；
D．根据闭合电路欧姆定律可知副线圈的电流为
再根据原、副线圈的电流与匝数成反比可知原线圈的电流为，则电流表的读数为，故D正确，不符合题意。
故选C。
5．D
【详解】
A．A为升压变压器，B为降压变压器，A错误；
B．滑片向上移动时，A的副线圈电压降低，A副线圈右端的总电阻不变，电流减小，则输出功率降低，输入功率同样变小，B错误；
CD．闭合S，总功率增大，输电线的电流增大，B线圈的输入电压和输出电压降低，L1的亮度变暗，C错误，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
远距离输送电能通常采用高压输电，用来改变输电电压的设备是变压器，ACD错误，B正确。
故选B。
7．A
【详解】
AB．设原线圈电压电流值分别为U1、I1，副线圈电压电流分别为为U2、I2
由和UR1=3UR2可知
I1=IR1=9IR2=I2
I1U1=I2U2
可得
则
UR1:U1=27:1
UR1+ U1=U
解得
故A正确，B错误；
C D． AB中分析可知
C、D都错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．输入电压和原、副线圈的匝数比不变，由
可知副线圈两端M、N的输出电压不变，A错误；
BC．当K接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I2变大，输电线等效电阻R上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，BC错误；
D．由
可知，电流I2变大，则I1变大，即原线圈中的电流增大，D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．由图乙可知，周期是0.02s，则得
ω＝＝＝100π
所以输入电压u的表达式应为
u＝20sin（100πt）V
A错误；
B．断开S1，L1、L2的电路都被断开，则L1、L2均不能正常发光，B错误；
C．只断开S2后，负载电阻变大，原副线圈电流变小，原线圈的输入功率减小，C错误；
D．若S1换接到2后，因原、副线圈的匝数之比n1：n2＝5：1，所以电阻R电压有效值为4V，R消耗的电功率为
=0.8W
D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．理想变压器传输能量无损伤，则原副线圈的输入功率等于输出功率，故A错误；
B．若只将S从1拨到2，副线圈的电压减小，副线圈电流减小，原线圈电流即电流表示数减小，故B错误；
C．原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压为20 V，由于副线圈接着二极管，它具有单向导电性，根据电流的热效应知
解得
若滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω，则1 min内滑动变阻器产生的热量为
故C正确；
D．将滑动变阻器滑片向下滑动，接入电路中的阻值变大，电流表的读数变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，故D错误；
故选C。
11．C
【详解】
理想变压器原、副线圈匝数之比为2：1，所以I1：I2=1：2，通过A2和A3的电流瞬时值图象大致如图甲、乙所示
由有效值的定义，对于通过A2电流I2，有
解得
对于电流A3的电流I3，有
解得
所以电流表A1、A2、A3示数之比为
故选C。
12．B
【详解】
AB．无线充电的原理是供电线圈将一定频率的交流电，通过电磁感应在受电线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端，与变压器的原理相同，故A错误、B正确；
C．供电线圈产生的磁场不可能全部穿过受电线圈，所以能量传输一定会有损失，即使采用超导材料传输效率也不可能达到100%，故C错误；
D．当地面供电线圈中电流增加时，穿过车身受电线圈的磁通量增加，根据楞次定律，此时车身受电线圈中感应电流的磁场与地面供电线圈中电流的磁场方向相反；当地面供电线圈中电流减小时，穿过车身受电线圈的磁通量减少，根据楞次定律此时车身受电线圈中感应电流的磁场与地面供电线圈中电流的磁场方向相同，故D错误。
故选B。
13．CD
【详解】
A．根据串并联电路的特点可知，灯泡的额定电流大于的额定电流，A错误；
B．灯泡，的额定电压相同，由于两者电阻的大小不知道，故但额定功率不一定相同，B错误；
C．灯泡、的额定电压之比等于变压器原副线圈的匝数比，即为1：2，C正确；
D．设四个灯泡，、、的额定电流分别为、、、，根据变压器及串并联电路特点，可知
D正确。
故选CD。
14．AC
【详解】
AB．由于R1消耗的功率等于R2、R3消耗的功率之和，因此变压器输入的功率等于R1消耗的功率，即变压器原线圈两端的电压等于R1两端的电压，即等于电压表V1的示数，由于变压器原、副线圈匝数比为2：1，根据变压比可知，电压表V1与V2的示数之比为2：1，故A正确，B错误；
CD．根据
则R2消耗的功率是R1消耗功率的，因此R3消耗的功率是R1消耗功率的，则R2与R3电阻之比为3：1，通过的电流之比为1：3，因此根据变流比可知，原线与副线圈中电流之比为1：2，则电流表A1与电流表A2的示数之比为1：1.5，即为2：3，故C正确，D错误。
故选AC。
15．AD
【详解】
AB．当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，导体棒中产生恒定的感应电动势，所以电压表V1的示数不为零，A正确，B错误；
CD．由于导体棒中产生的感应电动势恒定，穿过变压器原线圈的电流恒定，使得穿过变压器副线圈的磁通量不变，副线圈所在回路没有感应电动势，所以电压表V2的示数为零，C错误，D正确。
故选AD。
16．（1）；（2）；（3）8W
【详解】
（1）角速度为
交变电流的感应电动势的瞬时表达式
（2）瞬时感应电动势为
所以E按正弦规律变化
（3）因为
故
求得
设原线圈两端的电压为U，电流为I，则有
则
则
联立得
；
17．；
【详解】
输电线损失的功率为
解得，输电线电流为
升压变压器的输出功率为
解得，升压变压器的输出电压为
升压变压器的原、副线圈的匝数之比为
输电线上损失的电压为
降压变压器的输入电压为
降压变压器的原、副线圈的匝数之比为
所用的变压器的原、副线圈的匝数之比分别为