3.3变压器 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修二 3.3 变压器
一、单选题
1．理想变压器的输入电压如图甲所示，输出端并联2只相同的小灯泡L1，L2，如图乙所示，灯泡的额定电压为20V，额定功率为10W，电路连接了两只理想电流表A1，A2，导线电阻不计，开始电键S断开，L1恰好正常发光，则（　　）
A．原副线圈的匝数比为n1：n2＝3：1
B．流过灯L1的电流方向每秒改变5次
C．电键S闭合后，灯L1变暗
D．电键S闭合后，电流A1的读数变大，A1与A2的比值不变
2．如图所示，理想变压器输入电压u = Umsinωt。电压表V、电流表A均为理想电表。接通开关S，则（ ）
A．灯泡L变亮 B．A、V示数均减小
C．V示数不变，A示数减小 D．原线圈输入功率增大
3．如图甲为风力发电的简易模型，发电机与一理想变压器的原线圈相连,变压器原、副线圈匝数分别为500匝和1000匝,在风力的作用下,风叶带动与其固定在一起的永磁体转动,转速与风速成正比,某一风速时,变压器原线圈两端电压随时间变化的关系图像如图乙所示,则（　　）
A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为
B．电压表V1的示数是100 V
C．断开开关K,电压表V2的示数是0
D．风速加倍时,变压器原线圈的瞬时值表达式为
4．无线充电器能给手机充电正是因为两者内部有线圈存在，当电源的电流通过无线充电器的送电线圈会产生变化的磁场，手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生电流，双方密切配合，手机成功无线充电。如图为自制的简易无线充电装置，由一个电磁炉（发射线圈）、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成，发射线圈接收线圈匝数比n1：n2＝10：1，若电磁炉两端所加电压为u＝220sin314t（V），不考虑充电过程中的各种能量损失。则下列说法正确的是（　　）
A．通过车载充电器的电流为交流电 B．通过车载充电器的电流方向周期性地变化
C．车载充电器两端电压的有效值约为22V D．车载充电器两端电压的有效值约为V
5．近年来，手机无线充电技术越来越普及，图甲是某款手机的无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈匝数比n1：n2=5：1，送电、受电线圈中所接电阻的阻值分别为R1=25Ω，R2=18Ω。当ab间接上220V的正弦交变电源后，受电线圈中产生电流给手机充电；充电时，受电线圈中的电流为2A．设送电线圈端输入电压为U1，受电线圈cd端输出电压为U2，把装置线圈视为理想变压器、手机充电时，下列说法正确的是（　　）
A．cd间电压为U2=44V
B．手机两端的电压为5V
C．手机充电时，送电线圈的输入功率为84W
D．若送电线圈中的电流均匀增加，则受电线圈中的电流也一定均匀增加
6．某次实验中，将理想变压器原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接灯泡L1和滑动变阻器R，电路中分别接入理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示。当滑动变阻器的滑片P向下滑动的过程中（ ）
A．A1示数变小，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
7．对小功率用电设备供电时，经常需要通过变压器将电压有效值为220V的交流电的电压变小，若某用电器的额定交流电压为6.0V，则变压器（视为理想变压器）的原副线圈匝数比为（　　）
A． B．110：3 C． D．220：3
8．如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比为22∶1,电路中灯泡电阻R=10 Ω,其余电阻均不计,在原线圈两端加上如图乙所示的正弦式交变电压。下列说法中正确的是 （　　）
A．小灯泡两端电压为10 V
B．原线圈中的电流为2 A
C．原线圈输入功率为10 W
D．若将一个相同的小灯泡串联接入副线圈电路中,则原线圈输入功率为200 W
9．目前我国远距离输电已采用和的超高电压，到达用电区后经过“一次高压变电站”和“二次变电站”降到，最后通过街头降压变压器给普通用户供电。如图所示，街头降压变压器输入电压为市区电网电压，用户变化时波动不大，输出电压通过输电线输送给用户，表示两条输电线的总电阻，表示用户用电器总电阻，用户的用电器增加时，相当于减小。若变压器的能量损失可忽略，电压表、电流表均为理想电表，当用户用电器增加，下列关于说法正确的是（　　）
A．的读数变大，的读数变小
B．的读数变大，的读数变小
C．的读数变大，的读数变大
D．的读数变小，的读数变大
10．某理想变压器原、副线圈的匝数之比为 ，当输入电压增加20V时，输出电压（ ）
A．增加200V B．增加2V C．降低200V D．降低2V
11．如图甲所示为理想变压器，原、副线圈匝数比为n1：n2＝44：1，变压器原线圈接如图乙所示的正弦式交流电，副线圈两端接两个串联在一起的阻值大小分别为R1＝3Ω，R2＝2Ω的定值电阻，理想二极管与电阻R1并联，电压表为理想电表。下列说法正确的是（　　）
A．副线圈中交流电频率为100Hz
B．电压表的示数为2V
C．R1消耗的功率为3W
D．变压器输入功率为8.75W
12．如图所示，R为定值电阻，A、B、C、D、E为五个完全相同的灯泡。当灯泡正常发光时其阻值也为R，额定电压为U，额定电流为I，额定功率为P。理想变压器原、副线圈匝数比为k。若灯泡都正常发光，则下列说法中正确的是（　　）
A．R两端电压为U
B．通过R的电流为4I
C．交变电源的输出功率为21P
D．交变电源的输出电压为6U
13．如图，理想变压器原线圈匝数为，接有一阻值为的电阻和理想交流电流表A．副线圈匝数为，接有阻值和的两个电阻。为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定，频率为50Hz。该变压器原、副线圈匝数比，当开关S断开时，电流表的示数为，则（　　）
A．流经的交变电流的频率为100Hz
B．当开关S断开时，的电功率为
C．当开关S闭合时，原线圈两端的电压增大
D．当开关S闭合时，的电功率变为原来的16倍
14．在如图所示的理想变压器供电线路中，原线圈接在有效值恒定的交流电源上，副线圈接有两个灯泡，电流表、电压表均为理想电表。开关S原来是断开的，现将开关S闭合，则（ ）
A．的示数减小，的示数减小
B．的示数不变，的示数减小
C．的示数减小，的示数增大
D．的示数增大，的示数增大
15．如图所示的“日”字形理想变压器，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．理想变压器原线圈中输入电压U1＝3 300 V，副线圈两端电压U2为220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的理想电压表V的示数U＝2 V，当开关S断开时，理想电流表A2的示数I2＝5 A，则下列说法正确的是(　　)
A．原线圈1的匝数为3 300匝
B．副线圈2的匝数为440匝
C．S闭合时电流表A2的示数为2.5 A
D．S闭合时理想电流表A1的示数为0.67 A
二、填空题
16．理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶15，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，副线圈的输出电压为______________
17．实验室中有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器，如图所示，该变压器可近似看做理想变压器。某同学欲测量它的初级次级线圈匝数：先在闭合铁芯的上端铁轭处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜线两端与理想交流电压表构成闭合回路。
(1)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为( )
A．增大涡流，提高变压器的效率
B．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量
C．减小涡流，提高变压器的效率
D．增大铁芯中的电阻，以减小发热量
(2)在次级线圈左右两端的接线柱上输入12V低压交流电压，理想交流电压表示数为60V，则次级线圈的匝数为_______匝；在初级线圈左右两端的接线柱上输入12V低压交流电压，理想交流电压表示数为30V，则初级线圈的匝数为________匝。
(3)若初级线圈左右两端接线柱接入的交变电压瞬时表达式为u=311sin100πt（V），则与次级线圈左右两端接线柱直接相连的理想交流电压表的示数为___________V。
18．互感现象应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到______，如变压器就是利用______制成的．
三、解答题
19．如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的值减小（滑动片向下移）。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，图中各表的读数如何变化？
20．如图所示，变压器原、副线圈的匝数分别为，，原线圈与水平放置的间距的光滑金属导轨相连，导轨处于方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场中，副线圈接阻值的电阻，原线圈串联一阻值也为的电阻，与导轨接触良好且始终垂直导轨的阻值、质量的导体棒在外力的作用下运动，其速度随时间变化的关系式为，已知导轨电阻和变压器的能量损耗均不计，导轨足够长，导体棒运动过程中不会与其他用电器相碰，电表均为理想的交流电表。求：
（1）电压表和电流表的的示数；
（2）变压器铁芯中磁通量变化率的最大值；
（3）在的时间内外力做的功。
21．如图所示理想变压器原副线圈匝数之比：=3：1，R=12Ω，当ab间接上交变电源后，副线圈两端连接标有6V，9W的灯泡正常发光。
（1）求变压器原线圈两端的电压；
（2）求电源的输出功率。
22．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匀速转动。一台小型发电机的线圈共220匝，线圈面积，线圈转动的频率为，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度（T）。为了用此发电机产生的交变电流带动两个标有“，”字样的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示。求：
（1）变压器原、副线圈的匝数比；
（2）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．由图甲知电压有效值为60V，电压与匝数成正比，故原副线圈的匝数比
A错误；
B．由图甲知交流电的频率为5Hz，所以流过灯L1的电流方向每秒改变10次，B错误；
C．闭合电键S，两灯泡并联，副线圈负载总电阻变小，副线圈电压不变，灯L1亮度不变，C错误；
D．闭合电键S，由欧姆定律可知，副线圈电流变大，线圈匝数比不变，则原线圈电流变大，两电流表示数都变大，比值等于匝数的反比，不变，D正确。
故选D。
2．D
【解析】
【详解】
A．开关闭合，输入电压不变，副线圈总电阻减小，根据
，
可知，副线圈电压U2不变，输出电流增大，再根据闭合电路的欧姆定律
U2= I2r + I2R并
可得，串联电阻r分压增大，并联部分电压减小，灯泡L变暗，A错误；
BC．开关闭合，副线圈总电阻减小，输入电压不变，则输出电压不变，V示数不变，输出电流增大，根据
则输入电流增大，A示数增大，BC错误；
D．开关闭合，副线圈总电阻减小，副线圈电压不变，副线圈总电流增大，副线圈输出功率变大，则原线圈输入功率增大，D正确。
故选D。
3．D
【解析】
【详解】
A．通过题图乙可知变压器原线圈两端电压的最大值为,周期,永磁体转动的角速度
则电压的瞬时值表达式为
,
故A错误;
B．电压表V1测量的是变压器原线圈两端电压的有效值
故B错误;
C．电压表V2测量的是理想变压器副线圈的输出电压,与有无负载无关,根据
得电压表V2的示数
故C错误;
D．风速加倍时,角速度ω加倍,根据
可知产生的感应电动势加倍,变压器原线圈两端电压加倍,变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为
故D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【详解】
AB．接收线圈与车载充电器之间连接一个二极管，二极管具有单向导电性，一个周期内只有半个周期的交流电能通过二极管，所以通过车载充电器的电流方向不变，不是交流电，AB错误；
CD．由
可得接收线圈的电压有效值为
由电流的热效应可得
解得车载充电器两端电压的有效值约为
C错误，D正确。
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．因为受电线圈中的电流为I2=2A，则送电线圈中的电流
则
U1=U-I1R1=210V
次级cd间电压为
选项A错误；
B．手机两端的电压为
U′=U2-I2R2=6V
选项B错误；
C．手机充电时，送电线圈的输入功率为
P1=U1I1=84W
选项C正确；
D．若送电线圈中的电流均匀增加，穿过受电线圈的磁通量均匀增加，则受电线圈中将产生恒定电动势，产生恒定不变的电流，选项D错误。
故选C。
6．D
【解析】
【详解】
AB．滑片P向下滑动后，变压器副线圈的负载电阻减小，原线圈的电压V1不变，匝数比不变，故V2不变，由欧姆定律可得A2示数变大，由于理想变压器P2 = P1，所以初级电流也变大，即A1示数变大，而A1与A2示数的比值等于变压器匝数的倒数比，则比值不变，AB错误；
CD．由于理想变压器原线圈电压有效值不变，则副线圈电压不变，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，C错误，D正确。
故选D。
7．B
【解析】
【详解】
变压器原副线圈的匝数比为电压比，交流电压一般指有效值，故变压器原副线圈的匝数比为
220：6 =110：3
故选B。
8．C
【解析】
【详解】
A．由题图乙可知，原线圈输入电压的最大值Um=220V，有效值U=220 V，由
可知副线圈电压的有效值为
U'=10 V
A错误；
B．副线圈中的电流
由
代入数据解得原线圈中的电流
I=A
B错误；
C．原线圈输入功率
P1=UI=220×W=10 W
C正确；
D．若将一个相同的小灯泡串联接入副线圈电路中,副线圈输出电压不变,负载电阻变为20 Ω，电流变为0.5 A，则原线圈中的电流为 A，原线圈输入功率为
P=×220 W=5 W
D错误。
故选C。
9．B
【解析】
【详解】
AC．输入电压不变，则读数不变，故AC错误；
BD．当用户用电器增加，减小，的读数变大，上电压增加，的读数变小，故D错误B正确。
故选B。
10．B
【解析】
【详解】
根据
得
即
解得
即输出电压增加2V，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
11．D
【解析】
【详解】
A．由变压器的工作原理知，副线圈中交流电的频率跟原线圈中交流电的频率相同，为
A错误；
B．由图可知，原线圈两端的电压的有效值为U1=220V，根据电压与匝数的关系有
U1：U2＝n1：n2＝44：1
解得
U2＝5V
则电阻R1和R2两端电压的波形分别如图1、图2所示
设电压的有效值分别为E1和E2，根据有效值的定义有
解得
E1＝V
E2＝V
则电压表的示数为
E2＝V≈3.8V
B错误；
C．R1消耗的功率为
P1＝
代入数据得
P1＝1.5W
C错误；
D．R2消耗的功率为
P2＝
代入数据得
P2＝7.25W
则副线圈消耗的功率为8.75W，根据变压器的功率关系知，变压器的输入功率也为8.75W，D正确。
故选D。
12．D
【解析】
【详解】
AB．由题意知，所有灯泡都正常发光，则副线圈的电压为，原线圈与A灯并联，故原线圈的电压为，则原、副线圈匝数比为1：2，副线圈电流为，根据变压器原副线圈电流与匝数关系可得，原线圈的电流为，则流过电阻的电流为，根据欧姆定律得
则R两端电压为
故AB错误；
CD．交变电源的输出电压为
则交变电源的输出功率为
故D正确，C错误。
故选D。
13．D
【解析】
【详解】
A．流经的交变电流的频率仍为50Hz，故A错误；
B．当开关S断开时，由
可知，流经的交变电流为3I，由
可得，的电功率为，故B错误；
C．当S断开时，等效电路图如图甲所示，由闭合电路欧姆定律可知，原线圈两端电压
可得
副线圈中的电压为
根据变压器原、副线圈电压关系可
再结合原、副线圈电流之间的关系
联立可得
则
当S闭合时，设此时原线圈的电流为，等效电路图如图乙所示，由闭合电路欧姆定律可知，原线圈两端电压
可得
副线圈中的电压为
根据变压器原、副线圈电压关系
再结合原、副线圈电流之间的关系
联立可得
联立解得
所以S闭合后，原线圈的电流变为4I，电阻两端的电压变大，原线圈两端的电压变小，故C错误；
D．原线圈的电流变为4I，所以副线圈的电流也变为原来的4倍，的电功率变为原来的16倍，故D正确。
故选D。
【一题多解】
设开关S断开前后，原线圈的电流分别为I和kI，变压器的等效电阻为和，由于变压器输入功率与输出功率相同，开关S闭合前有
开关S闭合后有
根据闭合电路欧姆定律，开关S闭合前有
S闭合后
根据以上各式得
解得
所以开关S闭合后，原线圈的电流变为4I，电阻两端的电压变大，原线圈两端的电压变小，故C错误。
14．D
【解析】
【详解】
AB．将开关S闭合，副线圈的总电阻减小
由于原、副线圈匝数比不变，则的示数不变，的示数不变，AB错误；
CD．副线圈的总电阻减小，根据欧姆定律可知，副线圈的输出电流增大，由
原线圈输入电流增大，则的示数增大，的示数增大，C错误，D正确。
故选D。
15．D
【解析】
【详解】
A．原线圈1中的1匝和与电压表相连的1匝线圈中的磁通量相同，由
可得
匝
故A错误；
B．线圈2中1匝的磁通量是与电压表相连的1匝线圈中的磁通量的一半，故
可得
匝
故B错误；
CD．开关S断开或闭合，线圈2的输出电压不变，但S闭合时外电阻减半，故
根据
可得
故C错误D正确。
故选D。
16．0
【解析】
【详解】
变压器不能改变直流电的电压，所以在副线圈中没有电压，示数为零．
17． C 20 40 110
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1] 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了减小涡流，提高变压器的效率。
故选C。
(2)[2]根据
代入数值
解得
[3]根据
代入数值
解得
(3)[4]根据
代入数值
解得
18． 另一个线圈 互感现象
【解析】
【分析】
【详解】
略
19．见解析
【解析】
【详解】
将该街头变压器视为理想变压器，通常原线圈输入的电压U1恒定，V1示数不变，由于匝数比不变，所以副线圈输出电压U2不变，V2示数不变；当用户的用电器增加时，相当于R减小，所以A2示数增大，因为U2、R0不变，I2增大，所以R2上的电压增大，导致V3示数减小；理想交压器输入功率等于输出功率，有
由于U1，U2的值不变，12增大，所以I1增大，A1示数增大
20．（1），；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）由速度随时间变化的关系式可得
故导体棒产生的感应电动势的最大值为
电源电动势为
电动势的有效值为
设原线圈的输入电压为，副线圈的输出电压为，原线圈的输入电流为，副线圈的输出电流为，则对含有原线圈的回路由闭合电路欧姆定律有
由变压器的工作原理可知
对副线圈的回路，由欧姆定律有
由以上式子可解得
故电压表示数为
电流表示数为
（2）根据
可知原线圈中磁通量变化率的最大值为
其中
解得
（3）在
时间内，电路产生的焦耳热
根据能量守恒定律得
故
21．（1）18V；（2）12W
【解析】
【详解】
（1）副线圈两端的电压为6V，变压器电压与匝数的关系为
解得变压器原线圈两端的电压为
（2）变压器不改变功率，可得原线圈中的电流为
故电源的输出功率为
22．（1）；（2）10A
【解析】
【分析】
【详解】
（1）线圈产生的感应电动势最大值
变压器初级电压有效值
变压器的匝数比
（2）由得副线圈的总电流为
由
得
答案第1页，共2页
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