3.3变压器专项测试-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（Word版含答案）

3.3、变压器
一、选择题（共16题）
1．电压互感器是一种测量电路中电压的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较多，并联在电路中，副线圈匝数较少，两端接在电压表上。则电压互感器（　　）
A．能测量直流电路的电压
B．原、副线圈电流的频率不同
C．副线圈的电压大于原线圈的电压
D．副线圈的电流大于原线圈的电流
2．如图所示，理想变压器的原线圈接有u=20sin100πt（V）的交变电压，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，原线圈两端接有阻值R1=10Ω的定值电阻，副线圈上接有阻值R2=4Ω的定值电阻。则理想交变电流表的示数为（　　）
A．0.2A B．2A C．2.2A D．7A
3．如图所示为一理想变压器，原线圈匝数为，四个副线圈的匝数为，四个副线圈中负载电阻的阻值相同，二极管为理想二极管．现从原线圈P、Q两端输入正弦交变电流，那么下列说法正确的是
A．只有流过和上的电流仍是交变电流
B．加在两端的电压是的两倍
C．若只增大输入正弦交变电流的频率，的电功率减小，的电功率增大
D．消耗的功率是的两倍
4．在如图所示的交流电路中，理想变压器输入电压为u1＝U1msinl00πtV，输入功率为P1，输出功率为P2，电压表读数为U2，各交流电表均为理想电表．由此可知
A．灯泡中电流方向每秒钟改变50次
B．变压器原、副线圈的匝数比为U1m：U2
C．当滑动变阻器R的滑动头向下移动时，电压表读数不变，电流表读数增大
D．当滑动变阻器R的滑动头向上移动时，P1变大，且始终有P1＝P2
5．某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1：20，当变压器原线圈上电压不变，用户增加负载，副线圈输出电流增加2A时，输入电流（ ）
A．增加0.1A B．降低0.1A
C．增加40A D．降低40A
6．如图所示，原副线圈匝数比为10：1的理想变压器，原线圈输入电压为的正弦式交流电，负载电路中理想二极管和并联，已知，则理想交流电压表V的示数为
A． B．4V C． D．
7．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压均为U0的灯泡L1和L2．原、副线圈匝数比为41．S断开时两灯泡均恰能正常发光，由此可知（ ）
A．电源电压
B．S断开时，灯泡L1和L2的电流之比为11
C．S闭合后，灯泡L2仍恰能正常发光
D．S断开时，灯泡L1和L2的功率之比14
8．一理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2＝11：2。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R=10Ω的电阻。则（　　）
A．流过电阻的最大电流是6A B．与电阻并联的电压表的示数是40V
C．变压器的输入功率是160W D．经过10s电阻产生的热量为1.6×103J
9．如图所示的电路图中，变压器为理想变压器，原线圈匝数n1=600匝，装有熔断电流为0.5 A的保险丝，副线圈匝数n2=120匝。当原线圈接在180 V的正弦式交流电源上时，要使整个电路正常工作，则副线圈（　　）
A．可接电阻为12 Ω的电烙铁 B．可接电容器的耐压值最大为36 V
C．可并联接“36 V 25 W”的安全灯三盏 D．可串联量程为0.6 A的电流表测量副线圈电流
10．如图所示，、分别为理想变压器原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈两端的电压，、分别为原、副线圈中通过的电流．若、、保持不变，将闭合，则（ ）
A．不变，、增大 B．不变，减小、增大
C．和、均增大 D．和、均保持不变
11．如图所示，矩形线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，矩形线框面积为S、匝数为N，通过滑环向理想变压器供电，灯泡L1、L2、L3均正常发光。已知L1、L2、L3的额定功率均为P，额定电流均为I，线框及导线电阻不计，则（　　）
A．图示位置时穿过线框的磁通量为零，产生的感应电动势为零
B．理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1
C．若灯L1烧断，灯泡L3将变亮
D．线框转动的角速度为
12．如图是街头变压器给用户供电的示意图．输入端接入的电压，输出电压通过输电线输送给用户,输电线的电阻用R表示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，题中电表均为理想交流表，则下列说法正确的是（ ）
A．V2表的读数为
B．A1表的示数随A2表的示数的增大而减小
C．副线圈中交流电的频率为100Hz
D．用户端闭合开关,则V2表读数不变,A1表读数变大，变压器的输入功率增大
13．如图甲所示电路，理想变压器的原、副线圈匝数之比n1：n2=2：1，定值电阻R1和R2的阻值分别为5Ω和3Ω，电表均为理想交流电表，电源输出的交流电如图乙所示，图中的前半周期是正弦交流电的一部分，后半周期是直流电的一部分，则（　　）
A．电流表示数为A
B．电压表示数为6V
C．R1的功率为20W
D．R2的功率为6W
14．在如图所示的电路中接有两个灯泡L1、L2，已知理想变压器原、副线圈匝数比为1:2，原线圈接电压有效值为12V的正弦交流电，已知灯泡L1的电阻为1Ω，灯泡L2的电阻为2Ω，R为一光敏电阻（电阻随光照强度的增加而减小），在某光照条件下阻值为10Ω，若灯泡电阻不变，则（　　）
A．L1消耗的电功率与L2消耗的功率之比为2：1
B．此时通过L1的电流为3A
C．若增加光照，电压表读数将变大
D．若增加光照，L2功率将减小
15．图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，匝数n＝100的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与某变压器的原线圈连接，变压器原、副线圈的匝数比为5∶1。副线圈上接有若干定值电阻，阻值R＝10Ω，电压表和电流表均为理想电表。图乙是穿过矩形线圈的磁通量Φ随时间t变化的图象，线圈电阻忽略不计。则下列说法正确的是（　　）
A．t＝0.01s时，矩形线圈处于中性面
B．t＝0.01s时，矩形线圈中的瞬时电压最大
C．开关断开时，电压表的示数为10V，电流表的示数为5A
D．开关闭合，原线圈的输入功率增大，电压表示数减小
16．如图所示，理想变压器原线圈接在u=311sin100πt（V）的正弦交流电源上。额定电压为55V的用电器接在副线圈上，闭合开关S后，用电器正常工作，理想交流电流表示数为2.2A。以下判断正确的是（　　）
A．变压器输入功率为484W
B．正弦交流电源的频率为50Hz
C．通过原线圈的电流的有效值为8.8A
D．变压器原、副线圈匝数比n1：n2=4：1
二、填空题
17．如图所示为一理想自耦变压器，当它们的滑键P向b方向移动时，R和R′保持不变，电压表读数将______，电流表的读数将______；若P的位置不动，变压器滑片Q向上滑动时，电压表的读数将______，电流表的读数将______。(填“增大”、“减小”或“不变”，R表示滑动变阻器的总电阻)
18．如图所示，某变压器有两个线圈，如果把它当作降压变压器，则线圈____接电源，原副线圈两端电压之比是__；把它当作升压变压器，则线圈__接电源，原、副线圈两端电压之比是__。
19．一理想变压器原、副线圈匝数比：：原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u．如图所示，副线圈仅接入一个的电阻．则
该交变电压的周期是______；
副线圈输出电压的有效值为______；
流过电阻的最大电流为______．
20．如图所示，变压器是改变 ________（填“交流”或“直流”）电压的设备．升压变压器的副线圈的匝数_________（填“大于”、 “小于”或“等于”） 原线圈的匝数．
综合题
21．当变压器一个线圈的匝数已知时，可以用下面的方法测量其他线圈的匝数∶把被测线圈作为原线圈，用匝数已知的线圈作为副线圈，通入交流，测出两线圈的电压，就可以求出被测线圈的匝数。已知副线圈有400匝，把原线圈接到220V的线路中，测得副线圈的电压是55V，求原线圈的匝数。
22．如图，理想变压器原线圈与一个10V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b，小灯泡a的额定功率为0.3W，正常发光时电阻为30Ω，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09A，试计算：
（1）原、副线圈的匝数比；
（2）流过灯泡b的电流
23．如图所示，理想变压器连接一交流发电机，产生交流电满足，变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都标有“6V，0.3A”，且灯泡都正常发光，发电机内阻和导线电阻不计。求：
（1）变压器初级、次级线圈匝数之比；
（2）发电机的输出功率；
（3）若某只灯泡发生断路，其它条件不变，判断剩余灯泡发光情况将如何变化？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A． 电压互感器的工作原理是电磁感应中的互感现象，只可以测量交变电压，A选项错误；
B．电压互感器不会改变电流的频率，只改变电压，故原、副线圈电流的频率相同，选项B错误；
C．副线圈的匝数较少，副线圈的电压小于原线圈的电压，C选项错误；
D．根据
因副线圈匝数较少，副线圈的电流大于原线圈的电流，选项D正确。
故选D。
2．C
【详解】
由（V）可知交流电压的有效值
由可知副线圈两端的电压
由得通过原线圈的电流
所以理想交变电流表的示数
故选C。
3．D
【详解】
A．由于二极管具有单向导电性，则流过Rb的电流是直流电；流过Ra、Rc、Rd的电流均为交变电流．故A项错误．
B．设Ra两端交变电流电压的最大值是，则Ra两端电压的有效值；对Rb，据电流的热效应可得
则Rb两端电压的有效值；故
B项错误．
C．若只增大输入正弦交变电流的频率，电容器的容抗变小，流过Rc的电流增大，Rc的电功率增大；电感的感抗增大，流过Rd的电流减小，Rd的电功率减小．故C项错误．
D．Ra消耗的功率，Rb消耗的功率，，则Ra消耗的功率是Rb消耗的功率的两倍．故D项正确．
故选D。
4．C
【详解】
（1）变压器并不改变交变电流的频率，故根据原线圈输入电压瞬时值表达式u1＝U1msinl00πtV，可知，该交流电的周期T=0.02s，频率f=50Hz，流过灯泡的电流方向每秒钟改变100次，A错误；
（2）通常说的原、副线圈电压为交变电压的有效值，故该变压器原、副线圈匝数比为，B错误；
（3）原线圈电压确定，匝数比不变，则副线圈两端电压不变，电压表示数不变；当滑动变阻器R的滑动头向下移动时，副线圈回路总电阻变小，干路电流I2增大．因为，U2不变，则灯泡两端的电压变小，所以流过灯泡L的电流变小，又因为，则增大，C正确；
（4）滑动变阻器滑片向上滑动时，则副线圈回路负载总电阻增大，根据，则P2变小，D错误．
故本题选C
5．C
【详解】
根据原、副线圈的电流关系有
当输出电流增加2A（）时，输入电流增加，即
解得输入电流增加40A，故C正确，ABD错误。
故选C。
6．A
【详解】
原线圈电压有效值
原副线圈匝数比为10：1，根据
解得副线圈两端电压有效值
因为负载电路中理想二极管和并联，在二极管导通的半个周期两端电压为
在二极管截止的半个周期两端电压为
设理想电压表示数为，根据有效值的定义可得
解得
所以A正确；BCD错误；
故选A。
7．D
【详解】
A. 两灯泡均恰能正常发光，则其电压均为额定电压U0，原、副线圈匝数比为41，可知原线圈输入电压U1=4U0，副线圈才能输出电压为U0，则电源的电压U=5U0，故A错误；
B. 根据公式，可得，则S断开时，灯泡L1和L2的电流之比为14，故B错误；
C. S闭合后，灯泡L1短路，变压器原线圈上的电压为U1=5U0，由电压比=知，副线圈输出电压U2=U0，则灯泡L2不能正常发光，故C错误；
D. S断开时，由于额定电压均为U0的灯泡L1和L2恰能正常发光，两灯泡两端的电压相等，而流过灯泡L1和L2的电流之比为14，由功率P=IU知，灯泡L1和L2的功率之比为14，故D正确．
8．D
【详解】
由图可知原线圈输入交变电压，有效值为220V，根据理想变压器的规律可知副线圈两端的电压为
A．流过电阻的电流是
最大值为，故A错误；
B．与电阻并联的电压表的示数是有效值，所以是40V，则B错误；
C．输入功率等于输出功率
故C错误；
D．经过10s电阻发出的热量是
故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A．根据
可得副线圈两端的电压的有效值
根据
可知流过副线圈电流的最大有效值为
故副线圈所接电阻的最小值为
A错误；
B．副线圈电压的最大值为
超过电容器的耐压值，B错误；
C．每个灯泡的电阻
三只灯泡并联后的总电阻
C正确；
D．由于副线圈的电流
因此不能用0.6 A的电流表测量副线圈电流，D错误。
故选C。
10．A
【详解】
根据可知、、保持不变的情况下，开关闭合时不变，但是闭合开关后副线圈的电阻减小，电流增大，根据电流与匝数成反比知原副线圈电流都增大。
故选A。
11．D
【详解】
A．图示位置时，穿过线框的磁通量为零，线框切割速度最大，感应电动势最大，故A错误；
B．灯泡L1、L2、L3均正常发光，则原线圈电流强度I1=I，副线圈电流强度I2=2I，所以
故B错误；
C．若L1灯烧断，则副线圈的干路电流减小I2，根据线圈匝数与电流关系
可知副线圈电流I2减小，原线圈电流I1也减小，则流过灯泡L3的电流减小，即灯泡L3将变暗，故C错误；
D．线框的输出功率为3P，电流为I，则线框产生的感应电动势为
根据
Em=NBSω
联立解得
则线框转动的角速度为，故D正确。
故选D。
12．D
【详解】
由电压表达式公式知原线圈电压有效值为2200V，根据可得，V2表的读数为220V，A错误；电流与匝数成反比，所以A1表的示数随A2表的示数的增大而增大，B错误；由表达式知角速度为，所以频率为，C错误；用户端闭合开关S，则副线圈的电阻减小，电压由输入电压和匝数比决定，所以V2表读数不变，A1表和A2读数都变大，变压器的输入功率等于输出功率都增大，D正确．
13．A
【详解】
A．根据有效值的定义
解得
故A正确；
B．直流不通过变压器，副线圈电流只有半个周期，由电流与匝数成反比知其最大值为4A，根据有效值的定义
解得
由欧姆定律
故B错误；
CD．R1、R2的功率分别为
故CD错误。
故选A。
14．AB
【详解】
A．理想变压器原副线圈匝数之比为1：2，则原副线圈的电流之比为2：1，根据P＝I2R可知L1与L2消耗的电功率之比为2：1，A正确；
B．设通过L1的电流为I，则副线圈电流为0.5I，原线圈两端电压为U－IR1，副线圈两端电压为2（U－IR1），有
＝R2＋R＝12Ω
解得
I＝3A
B正确；
CD．若增加光照强度，则R电阻减小，由
＝R2＋R
得
I（3＋0.5R）＝24
所以R电阻减小时，原副线圈电流变大，L2功率变大，电阻L1两端的电压变大，原线圈和副线圈两端电压均变小，电压表读数将变小，CD错误。
故选AB。
15．BD
【详解】
AB．由题图乙可知，t＝0.01s时，通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故线圈中的瞬时电压最大，A错误，B正确；
C．发电机的最大电动势为
故原线圈两端电压的有效值U1＝100V，根据，得副线圈两端的电压有效值为U2＝20V，开关断开时，根据电路结构，知电压表的示数为10V，副线圈中的电流为1A，又，故电流表的示数为0.2A，C错误；
D．开关闭合后，副线圈两端的电压不变，但总电阻减小，故总电流增大，干路上定值电阻两端的电压增大，则并联部分电阻两端的电压减小，即电压表示数减小，又输出功率P＝U2I2增大，故原线圈的输入功率也增大，D正确。
故选BD。
16．BD
【详解】
A．由题意可知，用电器消耗的功率
而理想变压器输入功率等于输出功率，则变压器输入功率为121W，故A错误；
B．由正弦交流电电压表达式u=311sin100πt（V），可知
则该交流电频率为50Hz，故B正确；
D．由正弦交流电压表达式可得原线圈两端电压的有效值为220V，理想变压器原副线圈匝数比等于原副线圈两端电压之比，故变压器原、副线圈匝数比为
故D正确；
C．电流表的示数为有效值，理想变压器原副线圈中电流之比等于原副线圈匝数的反比，原线圈中电流有效值为0.55A，故C错误。
故选BD。
17． 变小 变小 不变 增大
【详解】
设电源的电压为U1，电压表的读数是副线圈两端的电压，设为U2，那么
U2＝U1
当P向b移动时，n1变大，n2不变，所以U2变小，即电压表示数将变小，如果R和R′不变，则副线圈中的电流将变小，原线圈中的电流将变小，即安培表的读数将变小；
当P的位置不变时副线圈两端电压不变，故电压表的示数不变，滑动变阻器的触头向上滑动时，总电阻减小，副线圈中的电流增大，原线圈中的电流增大，即安培表的示数将增大。
18． L1 5:1 L2 1:5
【详解】
如果把它当作降压器，则原线圈的匝数应比副线圈匝数多，所以接电源，原副线圈两端电压之比是
5500:1100=5:1
把它当作升压变压器，则原线圈的匝数应比副线圈匝数少，所以接电源，原副线圈两端电压之比
1100:5500=1:5
19． 100V
【详解】
由图象可知，交变电流的周期是，原线圈中电压的最大值为，所以电压的有效值为220V，根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压有效值为100V，最大值为，副线圈的电阻为，所以流过电阻的电流的有效值是．
20． 交流 大于
【详解】
变压器是改变交流电压的设备．升压变压器的副线圈的匝数大于原线圈的匝数．
21．1600匝
【详解】
由变压器的匝数之比等于电压之比则有
可得
解得
22．（1）（2）0.2A
【详解】
(1)因a正常发光，根据公式得
副线圈电压U2=Ua=3V，故
(2)a正常发光时，根据公式Pa=UaIa，得
Ia═0.1A
因b灯与a 灯并联，则Ub=Ua=3V，根据公式
得副线圈总电流
=×0.09=0.3A
又因b灯与a灯并联副线圈总电流I2=Ia+Ib，故流过灯泡b的电流
Ib=I2﹣Ia=0.2A
23．（1）；（2）；（3）正常工作
【详解】
（1）变压器的原线圈两端的电压
灯泡都正常发光，则副线圈两端的电压
根据
变压器初级、次级线圈匝数之比3：1
（2）每只灯泡的功率
输入功率等于输出功率，即
（3）因为24个灯泡都是并联，互不影响，某只灯泡发生断路，不影响其它灯泡的电压，而原线圈电压也不变，所以能正常工作
答案第1页，共2页