选择性必修二3.3变压器 练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 3.3 变压器
一、单选题
1．输电能耗演示电路如图所示。左侧ab之间正弦交流电电压不变，输电线的电阻r为10Ω。开关S接2时，理想变压器原、副线圈匝数比为1:3，负载R上的功率为10W；开关S接1时，原、副线圈匝数比为2:1，R上的功率也为10W，则负载R的阻值为（　　）
A．15Ω B．5Ω C．30Ω D．10Ω
2．如图所示，为理想变压器，原线圈直接接在电压的正弦交流电源上，负线圈直接接上滑动变阻器作为负载。图中的电表均可视为理想电表。当滑动变阻器的滑片向上滑动时，示数发生变化的电表是（　　）
A．、 B．、
C．、、 D．、、、
3．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
4．手机无线充电是比较新颖的充电方式．如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量．当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电．在充电过程中（　　）
A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
C．送电线圈和受电线圈无法通过互感现象实现能量传递
D．手机和基座无须导线连接，这样传递能量没有损失
5．在如图甲所示的电路中，电阻R的阻值为，电压表和电流表均为理想电表，变压器为理想变压器，在变压器原线圈两端输入如图乙所示的电压，电压表的示数为，下列说法正确的是（　　）
A．交流电的频率为
B．变压器原线圈电压的有效值为
C．电流表的示数为
D．变压器原、副线圈的匝数之比为11：1
6．如图所示，N匝边长为L的正方形线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕中心轴匀速转动，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1和n2，副线圈接有电阻R1和R2，理想电压表读数为U。不计线圈电阻，线圈在匀强磁场中转动的角速度大小为（　　）
A． B．
C． D．
7．手机无线充电技术越来越普及，图甲是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示。当ab间接入如图丙所示的正弦交变电流后，受电线圈中产生电流实现给手机充电。这时手机两端的ef间电压为5V，充电电流为2A。若把装置线圈视为理想变压器，二极管视为理想元件，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0.01s时电流表示数为0
B．送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2=44:1
C．送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2=22:1
D．若充电器线圈中通以恒定电流，则手机线圈中也将产生恒定电流
8．交流电压表受其量程范围和绝缘能力限制，不能直接连到电压过高的电路。用变压器把高电压变成低电压再接到交流电压表上，就可以解决这个问题。这样的变压器叫做电压互感器。为了安全完成高压输电线路电压的测量，下列操作可行的是（　　）
A．应当采用甲电路，且原线圈匝数大于副线圈匝数
B．应当采用甲电路，且原线圈匝数小于副线圈匝数
C．应当采用乙电路，且原线圈匝数大于副线圈匝数
D．应当采用乙电路，且原线圈匝数小于副线圈匝数
9．用变压器向电阻箱供电的电路如图所示，理想变压器原副线圈匝数比为10∶1.理想交流电流表、理想交流电压表的读数分别为I、U。保持变压器输入电压不变，则下列选项正确的是（　　）
A．变压器输入电压为U
B．电阻箱阻值为
C．R消耗的功率为10UI
D．若电阻箱阻值变为原来两倍则电压表读数变为2U
10．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
11．如图所示，绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交变电时，两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。已知线圈1、2的匝数之比。在不接负载的情况下（　　）
①当线圈1输入电压220V时，线圈2输出的电压为110V
②当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V
③当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220V
④当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V
A．①③ B．②④ C．①④ D．③④
12．如图所示，ab为理想自耦变压器输入端，接入正弦交流电，为线圈的滑动触头，调节位置可以改变cd输出端匝数，输出端的指示灯L与一小段线圈并联，cd端接入滑动变阻器R，调节位置可以改变R的接入阻值，开关处于闭合状态，两表为理想交流电表，以下说法正确的是（　　）
A．若断开开关S，指示灯将熄灭
B．仅向下滑动，ab端输入功率变小
C．仅向下滑动，ab端输入功率变小
D．仅向下滑动，电压表示数不变，电流表示数变大
13．在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）
A．原线圈输入的交变电流频率为500Hz B．电压表的示数为120V
C．电流表的示数为1.0A D．变压器传输的电功率为18W
14．理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，三个相同灯泡L1、L2和L3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，下列说法正确的是（　　）
A．灯泡L1变亮，L2变暗 B．灯泡L1、L2都变亮
C．灯泡L2、L3都变亮 D．电源输出功率减小
15．如图甲所示为某一理想变压器，原线圈接入如图乙所示的正弦交流电源，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，图中各电表均为理想电表，时刻滑片处于最下端，下列说法正确的是（　　）
A．副线圈两端电压的变化频率为0.5Hz
B．在时刻，电流表A2的示数为0
C．滑片向上移动过程中，电流表A1示数变小，滑动变阻器R消耗的功率变大
D．滑片向上移动过程中，电压表V1和V2的示数不变，V3的示数变大
二、填空题
16．阅读“玩具电震器”,回答所提的问题.
一些玩具电震器,例如伪装的打火机,一按就使人麻木;伪装的糖果盒,一掀盖就使人受到电震的刺激.其中仅用一个1.5 V的电池,为什么能够输出这么高的电压呢
玩具电震器是利用电磁感应的原理制成的,它像变压器一样,能够把1.5 V的电压升高几十至一百倍.但它和变压器不同,因为变压器是把交变电流的电压改变,而电震器却是把低压直流电变为高压电.
玩具电震器的构造如图所示,在一条软铁棒M上绕了数十匝的漆包线圈A(相当于变压器的原线圈),此线圈中间接一个1.5 V的电池.线圈的两端,一端接钢片D,钢片D的一端固定,另一端镶着一小块软铁C,软铁C正对铁棒的一端.线圈的另一端连接一触片E,E与C作弹性的接触.
在线圈A之上再绕了数百匝细的漆包线B(相当于变压器的副线圈),B的两端F和G则分别连接到人的两只手指会接触的金属部分.
问题:通过对以上材料的阅读,可以知道:玩具电震器是利用____的原理制成的.这个“玩具电震器”的工作过程是否说明大小和方向总是不变的直流电通过变压器的原线圈能够在副线圈变成高压的交变电流 ____(只回答“是”或“不是”,不需要解释).
17．交流电流表是一种能够测量交变电流有效值的仪表.使用时，只要将电流表串联接入电路即可.若要扩大交流电流表的量程，则可以给它并联一个分流电组，还可以给它配接一个变压器．如图所示，变压器a、b两个接线端子之间线圈的匝数为，c、d两个接线端子之间线圈的匝数为，并且，若将电流表“3A”的量程扩大，应该将交流电流表的接线柱“0”和“3A”分别与变压器的________.（选填“a、b”或“c、d”）接线端子相连，这时电流表的量程为________A．
18．(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系”实验中，利用如图所示可拆式变压器进行研究，实验还需要的器材是____。
A．直流电压表 B．直流电流表 C．多用电表 D．条形磁铁
(2)正确选择器材后，将(1)中变压器的原线圈接线0、8接线柱，与直流电压10.0V相连（如图），副线圈接线0、4接线柱，则副线圈所接电表的示数是____。
A．20.0V B．10.0V C．5.0V D．0
三、解答题
19．下列引号中的文字，是某同学说的一个结论，请你帮他分析这个结论错在哪里。“变压器的原、副线圈之间并未直接用导线相连，而是靠线圈中磁通量的变化传输功率，因此，能量在传输过程中不会有损失，变压器也不会发热。”
20．如图甲，变压器原副线圈的匝数比为3∶1，、、、为四只规格均为“9V，6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图象如图乙。
（1）求输入电压的有效值和频率；
（2）写出输入瞬时电压u的正弦表达式；
（3）求电流表和电压表的示数；
21．如图所示，某理想变压器原、副线圈的匝数比为2：1，副线圈上接一只“220V 40W的灯泡。原线圈所接电源电压随时间的变化规律如图所示。若灯泡的灯丝电阻保持不变，灯泡的实际功率是多少？
22．如图所示，边长为、匝数为、电阻不计的正方形线圈，在磁感应强度为的匀强磁场中绕转轴以角速度匀速转动，轴垂直于磁感线。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，定值电阻和额定功率为的灯泡并联后接在变压器的输出端。已知灯泡正常发光，电流表为理想电表、其余电阻可忽略不计。求：
（1）由图示位置开始计时，E、F两点间电动势瞬时值的表达式；
（2）电流表A的示数。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
因为R的功率不变，所以R的电流不变，设R 的电流为I；当开关接2时，原线圈的电流为3I，副线圈电压为IR，原线圈电压为 ，r电压为3Ir，电源电压为
开关接1时，原线圈的电流为，副线圈电压为IR，原线圈电压为2IR ，r电压为，电源电压为
解得
故选A。
2．B
【详解】
理想变压器原线圈直接接在电压的正弦交流电源上，因电表测量交流电的有效值，可知V1读数不变，根据变压器匝数比等于电压比可知，次级电压不变，即V2示数不变；当滑动变阻器的滑片向上滑动时，变压器次级电阻减小，则次级电流变大，即A2读数变大，则变压器初级电流也变大，即A1示数变大。
故选B。
3．D
【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。
4．A
【详解】
A．由于送电线圈中通入正弦式交变电流，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，A正确；
B．周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，所以受电线圈中感应电流仍是正弦交流电，产生的磁场也是周期性变化的，B错误；
C．无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，C错误；
D．无线充电器的优点之一是不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上，但充电过程中仍有电能量损失，D错误。
故选A。
5．D
【详解】
A．交流电的周期为T=0.02s频率为
选项A错误；
B．变压器原线圈电压的有效值为
选项B错误；
C．根据变压器两边的功率关系可知
解得电流表的示数为
选项C错误；
D．变压器原、副线圈的匝数之比为
选项D正确。
故选D。
6．A
【详解】
副线圈两端电压为
由
可得原线圈两端电压为
且
联立解得
故选A。
7．C
【详解】
A．由丙图可知t=0.01s时送电线圈中电压变化率最大，由法拉第电磁感应定律知：受电线圈中感应电动势达到最大值，电流表有示数，故A错误；
BC．由丙图知，送电线圈电压有效值为220V，因为有二极管在受电线圈电路中阻止反向电流通过，所以受电线圈电压有效值为
根据法拉第电磁感应定律知
故B错误，C正确；
D．若充电器线圈中通以恒定电流，则受电线圈中不会有感应电流出现，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】
电压互感器并联在电网上，且需要把一个高电压变成低电压，也即原线圈匝数大于副线圈匝数，BCD错误，A正确。
故选A。
9．C
【详解】
A．根据
得变压器输入电压
故A错误；
B．根据
得副线圈电流
电阻箱阻值
故B错误；
C．R消耗的功率
故C正确；
D．若电阻箱阻值变为原来两倍，因为原线圈电压不变，匝数比不变，则副线圈电压不变，电压表读数不变，故D错误。
故选C。
10．C
【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。
11．B
【详解】
在不考虑原、副线圈内电阻的情况下，变压器原、副线圈电压之比等于原、副线圈中产生的感应电动势之比
当给线圈1输入电压时
所以当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V；
当给线圈2输入电压时
当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V。
所以②④正确，①③错误，即B正确，ACD错误。
故选B。
12．C
【详解】
A．指示灯L与一小段线圈并联，不经过开关S，故不论开关S是否闭合，L都不会熄灭，故A错误；
B．仅向下滑动，滑动变阻器R的接入阻值变小，而cd两端电压不变，由
是可知，滑动变阻器消耗的电功率变大，输出功率变大，则ab端输入功率变大，故B错误；
C．仅向下滑动，根据电压比
可知，cd两端电压变小，由
可知，滑动变阻器消耗的电功率变小，输出功率变小，则ab端输入功率变小，故C正确；
D．仅向下滑动，电压表示数不变，cd端电压变小，由欧姆定律可知，电流表示数变小，故D错误。
故选C。
13．B
【详解】
A．由图可知交流电的周期T=0.02s，则交流电的频率为
A错误，
B．通过电流的有效值为
R2两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知
根据理想变压器的电压规律
可知原线圈的电压
电阻两端分压即为电压表示数，即
故B正确；
C．电流表的示数为
C错误；
D．副线圈中流过的总电流为
变压器原副线圈传输的功率为
故D错误。
故选B。
14．B
【详解】
ABC．设M、N两端稳压交流电源的电压有效值为U，原线圈两端的电压为U1，电流为I1，副线圈两端的电压为U2，电流为I2，原副线圈的匝数比
灯泡的电阻都为R，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为
根据
得原线圈两端的电压为
根据，解得
根据欧姆定律，可得L1两端的电压
则稳压交流电源的电压为
当滑动变阻器的滑片P向上移动时，其电阻减小，则R并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压U不变，所以电流I2变大，则L2变亮；原线圈的电流
也增大，所以L1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而L2的电压变大，所以L3与滑动变阻器并联部分的电压减小，所以L3变暗，故B正确，AC错误；
D．因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据P＝UI1，可知电源输出功率增大，故D错误。
故选B。
15．D
【详解】
A．副线圈两端电压的变化频率为
A错误；
B．在时刻，电流表A2的示数等于电流的有效值，不等于零，B错误；
D．滑片向上移动过程中，R变大，根据串反并同， V3示数变大；因为电源电动势不变，V1不变，因为匝数比不变，V2不变，D正确；
C．把R0看作电源的内阻，把R看作外电路电阻，因为这两个电阻的大小关系不确定，所以不能确定R功率的增减，C错误。
故选D。
16． 电磁感应　 不是
【详解】
当这恶作剧玩具的“受害者”使用它时，开关S就接通，线圈A就有电流，这电流使软铁棒产生磁场，其磁感线通过线圈B，这时，软铁棒(此时相当于一块电磁铁)的磁场力把软铁块C吸引过来，使C与E刚离开时，线圈A的电流就消失，引起磁场急剧改变；线圈B遭遇到这急剧改变的磁场(即急剧改变的磁通量)，就立即产生高电压,这高电压就使人手感到电震.当线圈A的电流消失后，软铁棒的磁场力亦同时消失，铁片C借着钢片D的弹力弹回原位，重新与E接触通电，就像电铃一样不断振动，不断感应出高电压，直至人手因反射动作缩开为止.
由以上分析知：玩具电震器是利用电磁感应的原理制成的，它的工作过程不能说明大小和方向总是不变的直流电通过变压器的原线圈能够在副线圈变成高压的交变电流.
17． a,b； ；
【详解】
当只有一组原、副线圈时，理想变压器的电流与匝数间的关系为.在本题中，已知变压器a、b两个接线端子之间线圈的匝数为，c、d两个接线端子之间线圈的匝数为，且，因此，交流电流表的接线柱“0”和“3A”应分别与变压器的接线端子a、b相连，这样，电流表的小示数才能反映原线圈中的大电流，起到扩大量程的作用.此时，电流表的量程为.
故本题答案是：(1). a,b； (2).
【点睛】
本题的目的是为了达到大量程的电流表，按照变压器的原理应该让原线圈的匝数少一点，负副线圈的匝数多一点．
18． C D
【详解】
(1)[1]实验测量的电压是交流电压，选择多用电表的交流电压档测量，故选C
(2)[2]由题可知，原线圈连接的电压为直流电压，因此，副线圈两端的电压为0，故选D
19．见解析
【详解】
变压器是利用电磁感应的互感现象来工作的。电能利用原线圈转化为磁场能，再利用铁芯和副线圈转化为电能，在转化过程中，有铁损和铜损，所以有能量损失。所以这位同学的分析是错误的。
20．（1），；（2）；（3），
【详解】
（1）由图可知输入电压的峰值和周期分别为
则输入电压的有效值和频率分别为
（2）输入瞬时电压u的正弦表达式
（3）灯泡的电阻为
电流表和电压表的示数为有效值，设原线圈的电流有效值为，原线圈的电压有效值为，电流表的示数为，副线圈的电压有效值为，原副线圈的匝数比为
根据变压器的原理可知
其中
带入数据解得
电流表的示数为，电压表的示数为
21．10W
【详解】
根据电源电压的变化规律，可知原线圈上电压的有效值
根据变压器电压与线圈匝数的关系，可知副线圈上的电压有效值
已知 ， ，灯泡的电阻
所以，灯泡的实际功率
22．（1）；（2）1.4A
【详解】
（1）E、F两点间电动势电动势的最大值为
由图示位置时E、F两点间电动势达到最大值，由图示位置开始计时，E、F两点间电动势瞬时值的表达式为
（2）变压器原线圈两端的电压为
副线圈两端电压为
通过电阻R的电流为
通过灯泡的电流为
电流表A的示数为
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