3.3 变压器-基础练习（Word版含答案）

3.3、变压器
一、选择题（共16题）
1．如图为一台理想变压器，初、次级线圈的匝数分别为n1=400匝，n2=800匝，连接导线的电阻忽略不计，那么可以确定 ( )
A．这是一台降压变压器
B．次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的2倍
C．通过次级线圈的电流是通过初级线圈电流的2倍
D．变压器输出的电功率是输入的电功率的一半
2．下图为一与电源相接的理想变压器。原线圈中的电流是I1，副线圈中的电流是I2，当副线圈中的负载电阻变大时，则（　　）
A．I2变小，I1变小
B．I2变小，I1增大
C．I2增大，I1增大
D．I2增大，I1变小
3．如图为理想变压器的结构示意图．当在a、b端加如图2所示的电压时(a端接电源正极)，c、d端的电压随时间的变化规律如图乙中哪个所示（当c端电势高于d端时为正）
A． B．
C． D．
4．如图所示，理想变压器的副线圈上接有两个规格均为“88V，44W”的灯泡L和一个电动机M（电动机内阻为r=4 ），当原线圈接上如图所示的正弦交流电后，灯泡和电动机均正常工作，电动机以3的速度匀速提升重41N的物体，则以下说法正确的是（　　）
A．通过电动机的电流为2A
B．原副线圈匝数之比为2：5
C．电动机的上的热功率为0.9W
D．电流表的示数为1A
5．图甲中两电表均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器．现在CD两端输入图乙所示正弦式交流电，变压器视为理想变压器，那么（ ）
A．CD两端输入交变电压u的表达式为u=36sin100t（V）
B．当滑动触头P逆时针转动时，MN之间电压的频率变大
C．滑动变阻器的滑片向下滑动时，电阻R2消耗的电功率变小
D．滑动变阻器的滑片向下滑动时，电流表的示数变大，电压表的示数也变大
6．理想化模型是简化物理研究的重要手段，它抓住问题的主要因素，忽略了次要因素，促进了物理学的发展，下列关于理想化模型建立的说法正确的是
A．理想变压器忽略了能量损失
B．点电荷作为理想化模型忽略了物体所带的电荷量
C．理想电压表忽略了电压表的内阻
D．质点作为理想化模型忽略了物体的质量
7．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2=3：1，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、理想线圈、理想二极管和电容器，其中C=10。当原线圈两端接如图乙所示的正弦交流电压时，下列说法中正确的是（　　）
A．灯泡L1一定比L2暗
B．电容器C所带电荷量的最大值为×102C
C．电容器C充电周期为2×10-2s
D．副线圈两端的电压有效值为V
8．如图所示，一理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为，负载电阻的阻值，V是理想电压表。现将负载电阻的阻值减小为，保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为，则（　　）
A．此时原线圈两端电压的最大值约为
B．此时原线圈两端电压的最大值为
C．原线圈两端原来的电压有效值约为
D．原线圈两端原来的电压有效值为
9．如图所示，理想变压器的原线圈接有频率为f、电压为U的交流电，副线圈接有光敏电阻R1（光照增强时，光敏电阻阻值减小）、用电器R2，下列说法正确的是（　　）
A．P位置不动，当光照增强时，变压器的输入功率减小
B．光照强度不变，当滑动触头P向上滑动时，用电器消耗的功率增大
C．当f减小时，变压器的输入功率减小
D．P位置不动，光照强度不变，当U增大时，用电器消耗的功率增大
10．霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=50V，现有一正弦交流电源，为了使霓虹灯能够正常工作利用一个升压变压器，匝数比为1：5，如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．电压表读数为100V
B．霓虹灯在1秒钟内闪亮100次
C．霓虹灯闪亮一次持续时间为0.005秒
D．霓虹灯两端的交流电压的有效值为50V
11．如图甲，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随时间t的变化规律如图乙所示，副线圈仅接入一个10Ω的电阻，则
A．副线圈中电流的频率是110Hz
B．电压表的示数是100V
C．电流表的示数是10A
D．变压器的输入功率是1X103W
12．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1 : 3 , 两端分别接有4个阻值相同的电阻，则流过R1和R2的电流之比为
A．3：1 B．6：1
C．9：2 D．11：2
13．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．S接b，从M点至N点缓慢滑动P，电压表V的示数不变
D．S接b，从M点至N点缓慢滑动P，电流表A的示数始终为零
14．如图所示的理想变压器电路中，三个灯泡L1、L2、L3完全相同，定值电阻的阻值为R，变压器原副线圈的匝数比为1：2。开始时三个开关均断开，a、b端接入恒定的正弦交流电压，闭合开关、，灯泡L1、L2均正常发光，定值电阻R消耗的功率与一个灯泡消耗的功率相同，则下列说法正确的是（ ）
A．灯泡的电阻为4R
B．再闭合S3，灯泡L3也能正常发光
C．再闭合S3，灯泡L1、L2均变暗
D．闭合S3后，灯泡L2亮度变暗，再断开S1，灯泡L2亮度不变
15．如图所示，边长为L、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′以角速度ω匀速转动，轴OO′垂直于磁感线，制成一台交流发电机，它与理想变压器的原线圈连接，变压器原、副线圈的匝数之比为1∶3，滑动变阻器R和定值电阻R1并联后接在变压器的输出端。电压表、电流表均为理想电表，下列判断正确的是（　　）
A．此时穿过线圈的磁通量为零
B．此时电压表的示数为
C．定值电阻消耗的功率为
D．当仅当滑动变阻器的滑片下滑时电流表的示数变大
16．如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，其电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线O′O恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B.若线圈从图示位置开始以角速度ω绕轴O′O匀速转动，则以下判断正确的是
A．图示位置线圈中的感应电动势最大，为Em＝BL2ω
B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝
二、填空题
17．如图甲所示的电路中，理想变器原、副线圈匝数比为5：1，原线圈接入图乙所示的电压，副线圈接火灾 报警系统(报警器来面出)，电压表和电流表均为理想电表，为定值电阻，R为半导体热敏电阻，则图乙中电压的有效值为__________V，电压表的示数为_________V；R处出现火警时电流表示数________(选填“增大”、“减小”或“不变")
18．如图所示，理想变压器的输入电压表达式u＝311sin314t(V)，变压器的变压比是10：1，次级负载电阻R为20Ω,，则负载两端的电压为______V，初级线圈的输入功率为_____W．
19．如图所示甲理想变压器的原线圈匝数n1＝350匝，副线圈匝数n2＝70匝，电阻R＝20 Ω，原线圈加上如图乙所示的交流电，则加在原线圈上交流电压瞬时值的表达式为__________________，电阻R上消耗的电功率为________________．
20．汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油空气混合气要靠火花塞点燃．但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞上产生火花，要产生电火花，电压要达到10000V，为此要使用如图所示的点火装置，则图中虚线框内所缺的部分是_____________________，这一部分应该满足__________________，才能在火花塞中产生火花．
综合题
21．如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框ABCD匝数n=100匝，面积为S=0.02m2，总电阻r=10Ω，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，角速度ω=100rad/s。已知匀强磁场磁感应强度B=T，矩形线圈通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻R相接，电表均为理想电表，电流表示数为I=2A。从线框转至中性面位置开始计时，求：
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)电压表的示数；
(3)当原、副线圈匝数比为2：1时，电阻R的阻值及消耗的电功率。
22．如图所示是交流发电机模型示意图，n＝100匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.48m2．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝50πrad/s匀速转动，并与理想变压器相连，变压器副线圈接入一只额定电压为12V的灯泡，灯泡正常发光，线框、输电线路的电阻都不计．
求：(1)将图示时刻记为t＝0，写出电动势瞬时表达式；
(2)变压器的原、副线圈匝数比．
23．如图甲所示为手摇发电机的实物模型，其工作原理可简化为如图乙所示：匀强磁场的磁感应强度大小为T，矩形线圈的总电阻为0.3Ω、匝数为50匝、面积为0.1，可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。将这台手摇发电机接在理想变压器的原线圈上，副线圈接有规格均为“220V，110W”的灯泡，如图丙所示，现在匀速摇动发电机，使两灯泡均正常发光，已知理想变压器的原、副线圈匝数之比为，电压表为理想交流电表，其余电阻均不计。求：
（1）理想交流电压表的读数；
（2）手摇发电机匀速转动的角速度。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
理想变压器，原副线圈的匝数比和电压成正比，和电流成反比，即，所以此变压器为升压变压器，次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的2倍，通过次级线圈的电流是通过初级线圈电流的1/2，变压器输出的电功率和输入的电功率相等
故应该选B
2．A
【详解】
理想变压器中原线圈电流与副线圈电流关系为
副线圈电流决定原线圈电流，当负载阻值增大时，根据欧姆定律，副线圈电流I2减小，导致原线圈电流I1也减小，A正确，BCD错误。
故选A。
3．D
【详解】
AB．当初级加上甲图所示的电压时，根据电磁感应知，在次级产生恒定的电压，AB错误；
CD．由楞次定律可判断出，开始时随着初级电压的升高，次级的d端电势高于c端，C错误、D正确．
故选D.
4．D
【详解】
B．原线圈的电压有效值
副线圈电压的有效值U2=88V，据可得原副线圈匝数比，B错误；
A．设流过电动机电流为I，电动机的电功率等于机械功率与热功率之和，即
代入数据可解得I=1.5A，电动机的电功率和热功率分别为
AC错误；
D．变压器的输入功率等于输出功率，设电流表示数为I1，可得
代入数据可得I1=1A，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A.由题图乙可知，交流电的电压最大值为，周期为0.02s，则u的表达式为（V），故A错误；
B.变压器只能改变电流和电压，不能改变交流电的周期和频率，故B错误；
C.当滑动变阻器的滑片向下滑动时，输出端电阻变小，则电流变大，故R1两端的电压变大，并联部分两端的电压变小，故R2两端的电压变小，R2消耗的电功率变小，故C正确；
D.电压表的示数变小，通过R2的电流变小，而干路电流增大，则电流表的示数变大，故D错误.
6．A
【详解】
A.理想化模型的建立是一种科学方法的实践应用，质点、点电荷、轻弹簧、理想电压表、电流表和理想变压器都是理想化模型．理想变压器忽略铁芯的磁损和线圈中的铜损，认为没有能量损失，故A正确；
B.点电荷作为理想化模型忽略了物体的大小和形状．故B错误．
C.理想电压表认为电压表的内阻为无穷大，理想电流表忽略了电流表的内阻，故C错误；
D.质点作为理想化模型忽略了物体的大小和形状，故D错误；
故选A.
7．C
【详解】
A．原线圈有正弦交流电，则副线圈中也有正弦式交流电，由于L1与电阻相串联，而L2与电感器相串联，灯泡L1与L2的亮度，取决于电感和电阻的阻碍作用，本题未给条件无法判断，故A错误；
C．电容器与二极管串联，含有电容的支路经1.0×10-2s充电后，再经过1.0×10-2s再次充电，则周期为2.0×10-2s，故C正确；
D．由题意可知，原线圈的电压的最大值为36V，由于原、副线圈的匝数比n1：n2=3：1，所以副线圈的电压最大值为12V，则有效值为12V，故D错误；
B．二极管具有单向导电性，电容器两端电压的最大值为12V，所以电容器带电量的最大值为
Q＝CU＝10×10-6×12C＝1.2×10-4C
故B错误；
故选C。
8．A
【详解】
AB．现将负载电阻的阻值减小为
保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为5.0V，根据串并联知识和欧姆定律得副线圈电压
根据电压与匝数成正比可知，此时原线圈两端电压的有效值
所以此时原线圈两端电压的最大值约为
故A正确B错误；
CD．原来副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值为R=11R0，由于保持变压器输入电流不变，所以输出电流也不变，所以原来电压表的示数为
根据电压与匝数成正比，得原线圈两端原来电压的有效值
故CD错误。
故选A。
9．D
【详解】
A、当光照增强时,光敏电阻的电阻值减小,故变压器的输出功率增加,故输入功率也增加,故A错误;
B、当滑动触头P向上滑动时,原线圈匝数增大,根据电压与匝数成正比知变压器的输出电压减小;根据功率表达式,用电器消耗的功率减小，故B错
C、该电路中,交流电的频率对变压器的功率没有影响;故C错误;
D、当U增大时,根据电压与匝数成正比知变压器的输出电压增大,即用电器两端电压增大;根据功率表达式,用电器消耗的功率增大,所以D选项是正确的;
故选D
10．B
【详解】
AD．变压器输入电压为
由变压器原理
可得
AD错误；
BC．由于
可知
T＝0.02s
故
由于1个周期闪亮两次，故霓虹灯在1秒钟内闪亮100次，且一次闪亮所持续时间为 ，C错误，B正确。
故选B。
11．D
【详解】
原副线圈频率相等，均为，选项A错误；副线圈电压为，选项B错误；电流表的示数为，选项C错误；变压器的输入功率等于输出功率，选项D正确．
12．D
【详解】
由题意知原副线圈的匝数比为1:3，则原副线圈两端的电压之比为1:3，设通过R4的电流为I2，原线圈的电流为I1，根据变压器原理可得：，原线圈两端电压，且R3和R4两端电压相等为，则通过R2的电流强度为：，所以R1的电流强度为：，所以R1和R2的电流之比为11:2，故D正确,A，B，C错误；故选D.
13．A
【详解】
B．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，根据 ，n2减小，U2减小，灯泡的亮度减小，选项B错误；
A．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，U2减小，副线圈功率减小，原线圈功率减小，而原线圈电压不变，故电流表A的示数将减小，选项A正确；
C．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，选项C错误；
D．接b，从M点至N点缓慢滑动P，U2减小，电容器两极板带电量会发生变化，副线圈电流不为零，则原线圈中电流表A的示数不始终为零，选项D错误。
故选A。
AD
【详解】
A．三个灯泡L1、L2、L3完全相同，闭合开关S1、S2，电阻R消耗的功率与一个灯泡消耗的功率相同，设灯泡的额定电流为IL，则副线圈的电流强度I2=IL，根据变压器原理可得原线圈的电流强度
根据电功率的计算公式可得
PR=I12R=IL2RL
解得灯泡电阻
RL=4R
故A正确；
B．再闭合S3，副线圈的电阻减小、电流增大，则原线圈的电流增大、电阻R两端的电压增大，原线圈电压减小、副线圈的电压也减小，灯泡L3不能正常发光，故B错误；
C．再闭合S3，灯泡L1两端电压不变，亮度不变，L2两端电压减小，L2变暗，故C错误；
D．灯泡L1两端电压与原线圈两端电压无关，所以闭合S3后再断开S1，原线圈两端电压不变，副线圈两端电压也不变，灯泡L2、L3亮度不变，故D正确。
故选AD。
15．AC
【详解】
A．在图示位置，线圈平面与磁感线平行，所以此时穿过线圈的磁通量为零， A正确；
B．发电机产生的交变电流为正弦交变电流，电动势的最大值
而电压表的示数为电动势的有效值，所以电压表的示数为
B错误；
C．由变压器的电压关系有
又由功率关系可知定值电阻R1的功率
解得
C正确；
D．当仅将滑动变阻器的滑片下滑时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，并联电路的总电阻变大，副线圈输出电压不变，所以电流表的示数变小， D错误。
故选AC。
16．BD
【详解】
A.题图所示位置，线圈中通过的磁通量最大，但感应电动势为零，A错误；
B.线圈所围成的闭合电路中产生的感应电动势最大值为：
Em＝ BL2ω
故对应的瞬时值表达式为：
e＝ BL2ωsin ωt
B正确；
C.由：
q＝
可得线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量：
q＝
C错误；
D.电阻R上产生的热量应利用有效值求解，即转动一周的过程中产生的热量：
Q＝
D正确．
17． ； ； 增大；
【详解】
根据电流的热效应
得图乙中电压的有效值为
变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈中的电压之比是5：l，所以电压表的示数为；
R出现火警时，阻值减小，副线圈电流增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数增大．
18． 22V 24.2W
【详解】
试题分析：由瞬时值的表达式可知，原线圈的电压最大值为311V，所以原线圈的电压的有效值为，再根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压的有效值为,则负载两端的电压为22V；
理想变压器输入功率与输出功率相等，则
考点：变压器的构造和原理
点评：掌握住理想变压器的电压、电流之间的关系，最大值和有效值之间的关系,根据瞬时值的表达式可以求得输出电压的有效值，再根据电压与匝数成正比即可求得副线圈的电压的有效值，再由输入功率与输出功率相等计算原线圈的输入功率．
19． 0.8 W
【详解】
从图中可知交流电电压最大值，交流电周期为0.02s，故，所以加在原线圈上交流电压瞬时值的表达式为，原线圈输入电压为，故根据可得副线圈两端电压为，故电阻R消耗的电功率为，
20． 变压器； 副线圈匝数大于原线圈匝数．
【详解】
由于火花塞需要的电压为10000V，但是电源的电压为12V，所以必须要经过升压变压器才可以得到高的电压，所以虚线框内所缺的是变压器，并且需要的应该是升压变压器，所以变压器的副线圈匝数大于原线圈匝数．
21．(1)；(2)180V；(3)22.5Ω；360W
【详解】
(1) 线圈中感应电动势的峰值
瞬时值表达式为
(2)感应电动势的有效值为
线圈自身分到的电压为
U线圈=Ir=20V
所以电压表示数为
U=E-U线圈=180V
(3)由于理想变压器
P入=P出
则电阻R上消耗的电功率为
P=IU=360W
设副线圈两端电压为U′，则有
即
所以
22．(1) (2)
【详解】
(1)线框逆时针转动，根据右手定则，电流俯视为逆时针；
电动势最大值：V
从垂直中性面位置开始计时，故瞬时值为：（V）
(2)变压器的输入电压为：V；
根据变压器变压比公式，有：
解得：
23．（1）；（2）10rad/s
【详解】
（1）由题意可知副线圈两端电压为U2=220V，根据理想变压器变压规律可得原线圈两端电压，即理想交流电压表的读数为
①
（2）副线圈中的电流为
②
根据理想变压器变流规律可得原线圈中的电流为
③
设手摇发电机匀速转动的角速度为ω，则产生的感应电动势的最大值为
④
有效值为
⑤
根据闭合电路欧姆定律可得
⑥
联立①③④⑤⑥解得
⑦
答案第1页，共2页