3.3 变压器
一、单选题
1.如图所示的电路图中,变压器是理想变压器,原线圈匝数n1=600匝,装有0.5A的保险丝,副线圈的匝数n2=120匝.要使整个电路正常工作,当原线圈接在180V的交流电源上时,则副线圈
A.可接耐压值为36 V的电容器
B.可接“36 V、40 W”的安全灯两盏
C.可接电阻为14Ω的电烙铁
D.可串联量程为3 A的电流表测量其电路的总电流
2.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=22:3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15Ω,额定电压为24V。定值电阻R1=10Ω、R2=5Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10Ω。下列说法正确的是( )
A.电源输入电压u随时间t变化的规律是u=220cos50πt(V)
B.电源输入电压u随时间t变化的规律是u=220sin50πt(V)
C.使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为6Ω
D.滑动变阻器的滑片向下移动时,灯泡变暗
3.电磁感应是目前实现无线充电的重要途径,如图甲所示为该装置简化工作原理图,充电基座接上如图乙的家庭用交流电,受电线圈接上一个理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大)给手机电池充电。已知手机电池的充电电压为(有效值),假设在充电过程中基座线圈的磁场全部穿过受电线圈而无能量的损失,下列说法正确的是( )
A.无线充电装置主要利用了电磁感应中的自感现象
B.家庭用交流电电流方向每秒变化50次
C.受电线圈两端的输出电压的电压峰值为
D.基座线圈和受电线圈的匝数比为44:1
4.如图所示为一理想变压器,原副线圈的匝数之比为1︰n,副线圈接一定值电阻则R。( )
A.若ab之间接直流电压U,则R中的电流为
B.若ab之间接直流电压U,则原、副线圈中的电流均为零
C.若ab之间接交流电压U,则原线圈中的电流为
D.若ab之间接交流电压U,则副线圈中的电流为
5.如图所示,矩形导线框置于磁场中,该磁场可视为匀强磁场.电阻不计的线框通过电刷、导线与变压器原线圈构成闭合电路,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴逆时针以大小为ω的角速度匀速转动,已知线框匀速转动时产生的感应电动势最大值为Em,原、副线圈的匝数比为1∶4,副线圈通过电阻R接两个相同的灯泡.下列说法正确的是
A.从图示中线框与磁感线平行的位置开始计时,线框中感应电动势表达式为e=Emsin ωt
B.副线圈上电压的有效值为2Em
C.开关K闭合时,电阻R两端电压降低
D.当线框转动角速度增大时,灯泡的亮度不变
6.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
7.某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机的输出电压变化规律如图乙所示。输电线总电阻为,升压变压器原、副线圈匝数分别为、。降压变压器原、副线圈匝数分别为、(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为的用电器正常工作,则( )
A.图乙中电压的瞬时值表达式为
B.图乙中电压的有效值和用电器的额定电压都是,所以
C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大
D.升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率
8.如图所示为汽车的点火装置,此装置的核心是一个变压器,该变压器的原线圈通过开关连接到12 V的蓄电池上,副线圈连接到火花塞的两端,开关由机械控制,当开关由闭合变为断开时,副线圈中产生10 000 V 以上的电压,火花塞中产生火花.下列说法中正确的是 ( )
A.变压器的原线圈要用粗导线绕制,而副线圈可以用细导线绕制
B.若该点火装置的开关始终闭合,火花塞的两端会持续产生高压
C.变压器原线圈输入的12 V电压必须是交流电,否则就不能在副线圈中产生高压
D.该点火装置中变压器的副线圈匝数必须小于原线圈的匝数
二、多选题
9.关于下列器材的原理和用途,正确的是( )
A. 变压器可以改变交变电压和频率
B. 电子感应加速器是利用磁场直接对电子进行加速
C. 真空冶炼炉的工作原理是炉内的金属导体内产生涡流使其熔化
D. 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
10.如图所示,在绕制变压器时,某人将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上,当通以交流电时,每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间臂,已知线圈1、2的匝数比n1:n2=2:1,在不接负载的情况下( )
A.当线圈1输入电压220V时,线圈2输出电压为110V
B.当线圈1输入电压220V时,线圈2输出电压为55V
C.当线圈2输入电压110V时,线圈1输出电压为220V
D.当线圈2输入电压110V时,线圈1输出电压为110V
三、实验题
11.一个教学用的简易变压器,两线圈的匝数未知,某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数.
(1)为完成该实验,除了选用电压表、导线外,还需要选用低压_________(填“直流”或“交流”)电源.
(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C,然后将A线圈接电源.用电压表分别测出线圈A,线圈B及线圈C两端的电压,记录在下面的表格中,则线圈A的匝数为______匝,线圈B的匝数为_______匝.
A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压
8.0V 3.8V 0.2V
(3)为减小线圈匝数的测量误差,你认为绕制线圈C的匝数应该_______(填“多一些”、“少一些”)更好.
12.(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,实验室中备有下列可供选择的器材:
A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B.条形磁铁
C.直流电源
D.多用电表
E.开关、导线若干
上述器材在本实验中不必用到的是________(填器材前的序号),本实验中还需要用到的器材有________.
(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时,原线圈接在电源上,用多用电表测量副线圈的电压,下列操作正确的是( )
A.原线圈接直流电压,电表用直流电压挡
B.原线圈接直流电压,电表用交流电压挡
C.原线圈接12V以下交流电压,电表用交流电压挡
D.原线圈接220V交流电压,电表用交流电压挡
四、解答题
13.如图所示,一个长0.2m、宽0.1m、匝数1000匝的矩形金属线圈(电阻不计),在B=0.1T匀强磁场中以恒定的角速度ω=100rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈两端通过电刷与图示的电路连接,其中电阻R1=50Ω,R2=2Ω,R2与副线圈相连接,理想变压器的原、副线圈的匝数比n1:n2=5:1.求:
(1)从中性面开始计时,线圈转动时产生感应电动势的瞬间值表达式;
(2)开关S闭合时交流电压表、交流电流表的示数U、I;
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.B
【解析】
【详解】
A.由题意知原线圈电压峰值为
根据电压与匝数成正比,可得副线圈的电压峰值为
故A错误;
B.根据输入功率等于输出功率知
P=UI=180×0.5=90W>2×40W
故B正确;
C.当副线圈电阻为14Ω的电烙铁时,副线圈电流为
此时原线圈电流为
故C错误;
D.电流表电阻较小,直接串联在副线圈会烧坏,故D错误.
故选B.
2.D
【解析】
【分析】
【详解】
AB.因为电源输入电压u随时间t变化的规律为
由图像可知,
又因为,角速度为
则有
AB错误;
C.由变压器原、副线圈的关系可得
又因为
则有
额定电压为24V,故
所以
即有
可得
所以,有
又因为
带入数据,解得
D.当滑片下滑时,线路总电阻增大,电压不变,经过灯泡电流减小,其亮度变暗,D正确。
故选D。
3.C
【解析】
【分析】
【详解】
A. 充电基座接上如图乙的家庭用交流电,基座线圈可产生交变磁场,根据电磁感应原理,手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电;而自感现象是一种特殊的电磁感应现象,是由于导体本身电流发生变化引起自身产生的磁场变化而导致其自身产生的电磁感应现象,故A错误;
B. 家庭用交流电的频率为50HZ,交流电电流方向每秒变化100次,故B错误;
C. 受电线圈接上一个理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大)给手机电池充电,手机电池的充电电压为(有效值),则
可知受电线圈两端的输出电压的电压峰值为,故C正确;
D. 基座线圈和受电线圈的匝数比为
故D错误。
故选C。
4.C
【解析】
【详解】
B.ab间接直流电压U时,原线圈中没有电阻故电流无穷大,故B选项错误;
A.由于原线圈中的电流不变化,副线圈中没有电压,故A选项错误;
CD.若ab间接交流电压U时,由变压器工作原理知
P1=P2,P=UI代入数据得原线圈的电流为,副线圈的电流为,C正确D错误。
故选C。
5.B
【解析】
【详解】
从图示中线框与磁感线平行的位置开始计时,线框中感应电动势表达式为e=Emcos ωt,选项A错误;原线圈电压有效值为,则副线圈上电压的有效值为,选项B正确;开关K闭合时,次级电阻减小,则次级电流变大,电阻R两端电压变大,选项C错误;当线框转动角速度增大时,则交流电的最大值变大,变压器的初级电压变大,次级电压也变大,则灯泡的亮度变亮,选项D错误;故选B.
6.D
【解析】
【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。
7.A
【解析】
【详解】
A.根据乙图可知,电压的最大值,周期T=0.02s,所以
则乙图中电压的瞬时值表达式为
故A正确;
B.由变压器的电压比与匝数之比的关系得
,
因与为线路电压损失,即U2>U3,又U1=U4所以
故B错误;
C.变压器变压变流不变频,通过变压器的原副线圈的电流的频率相同,故C错误;
D.因是理想变压器,则其输入功率与输出功率相等,但由于电线电阻功率损失,所以升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,故D错误。
故选A。
8.A
【解析】
【详解】
A.变压器要在副线圈中产生高压,则原线圈匝数少,电流大,要用粗导线绕制,而副线圈可以用细导线绕制,选项A正确;
B.汽车的点火装置是利用变压器原理工作的,当开关始终闭合时,通过原线圈的电流恒定,原线圈中产生的磁场恒定,则在副线圈上不会产生电压,所以B错误;
C.由题可知原线圈处接12 V的直流电源,当断开开关瞬间原线圈中电流迅速变化,会产生变化的磁场,则在副线圈中可能产生高压,所以C错误;
D.由可知,要在副线圈中产生高压,则原线圈匝数必须小于副线圈的匝数,所以D错误.
9.CD
【解析】
【分析】
【详解】
A.变压器可以改变交变电压和电流,不改变频率,A错误;
B.电子感应加速器是利用环形感应电场对电子进行加速,B错误;
C.真空冶炼炉的工作原理是炉内的金属导体内产生涡流使其熔化,C正确;
D.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用,D正确。
故选CD。
10.BD
【解析】
【详解】
在不考虑原、副线圈内电阻的情况下,变压器原、副线圈电压之比(U1/U2)等于原、副线圈中产生的感应电动势之比(E1/E2).当给线圈1输入电压U1时,当给线圈2输入电压U2时,所以选项B、D正确.
思路分析:在不考虑原、副线圈内电阻的情况下,变压器原、副线圈电压之比(U1/U2)等于原、副线圈中产生的感应电动势之比(E1/E2).根据公式计算可得
试题点评:本题考查了法拉第电磁感应定律和变压器电压公式
11. 交流 400 190 多一些
【解析】
【详解】
(1)[1]需要选用低压交流电,才能产生交变的磁场;
(2)[2][3]根据变压器原理有:
解得:
匝
同理有:
解得:
匝
(3)[4]根据
可知C的匝数越多,C的电压示数越大,测量更准确,故线圈C的匝数应该多一些.
12. BC 低压交流电源 C
【解析】
【详解】
(1) 变压器的原理是互感现象的应用,是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化,所以不需要外界的磁场,故条形磁铁B不必用到
如果原线圈中通的是直流电源,则副线圈中不会有感应电流产生,故直流电源C不必用到,需要用到低压交流电源;
(2) 变压器的工作原理是互感现象,故原线圈接交流电压,输出电压也是交流电压,故电表用交流电压挡,综合(1)可知,故应选C.
13.(1)e =200sin100t(V) (2)V ;A
【解析】
【详解】
(1)线圈感应电动势的最大值:Em=NBSω=200V
从中性面开始转动:e=Emsinωt=200sin100t(V)
(2)开关S闭合时,电阻R1短路,U1=E=V
根据理想变压器方程有:
解得U=U2=V
电阻R2上的电流:
根据理想变压器方程:
解得:I=I1=A
【点睛】解决本题的关键掌握交流电电动势峰值的表达式,以及知道峰值与有效值的关系,知道原副线圈电压、电流与匝数比的关系.
答案第1页,共2页
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