3.3变压器 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修二 3.3 变压器 同步练习
一、单选题
1．如图甲所示理想变压器线圈均匀密绕，原线圈接220V交流电，标称为“220V，40W”的灯泡的一端与副线圈底端连接，另一端通过滑片P与副线圈连接。从副线圈底端开始缓慢向上移动滑片P，直至灯泡两端电压为220V，测得灯泡两端电压UL随时间t的变化是一条过原点O的直线，如图乙所示。若流过灯泡的电流为IL，功率为PL；原线圈中的电流为I1，输入功率为P1。则（　　）
A．IL—t图线是一条过原点O的直线
B．I1—t图线是一条过原点O的直线，图线斜率比IL—t斜率小
C．PL—t图线是一条过原点O的曲线，且是抛物线
D．P1—t图线是一条过原点O的曲线，且不是抛物线
2．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
3．如图所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为1000：1和1：100，已知电压表的示数为22V，电流表的示数为1A，则线路输送的电功率是（　　）
A．220W B．22kW
C．220kW D．2200kW
4．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为V氖泡在两端电压达到110V时开始发光，下列说法中正确的有（　　）
A．开关接通后，氖泡不发光
B．开关接通后，电压表的示数为100V
C．开关断开后，电压表的示数变大
D．开关断开后，变压器的输出功率不变
5．如图所示，理想变压器有三个线圈（一个原线圈、两个副线圈和），其线圈匝数之比为，原线圈中接有效值恒定的正弦式交流电压，两副线圈电路中分别接有相同的灯泡、，灯泡的电阻均为一定值。在副线圈两端还接有开关S和一阻值与灯泡阻值相同的定值电阻，则下列说法正确的是（　　）
A．线圈两端的电压与线圈两端的电压之比为4：1
B．、两个灯泡消耗的电功率之比为1：2
C．开关S断开与闭合时线圈输出的电功率之比为1：2
D．开关S闭合时，原线圈与副线圈，中的电流之比为4：1：2
6．无线充电技术已应用于智能手机。手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示（视为理想变压器）。已知发射、接收线圈匝数比为，端输入电流为，则（　　）
A．接收线圈的输出电流的有效值为
B．接收线圈的输出功率是发射线圈的输入功率的
C．接收线圈中输出电流方向每秒变化100次
D．发射线圈和接收线圈的频率不相同
7．如图（甲）所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2= 55∶4，原线圈接有交流电流表A1，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交流电压的变化规律如图（乙）所示，则下列说法正确的是（　　）
A．交流电压表V的读数为64V
B．灯泡L两端电压的有效值为32V
C．当滑动变阻器的触头P向下滑动时，电流表A2示数增大，A1示数减小
D．由图乙可知交流发电机转子的角速度为100πrad/s
8．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
9．如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光。要使灯泡变亮，下列方法不可行的有（　　）
A．向上滑动P B．增大交流电源的电压
C．增大交流电源的频率 D．减小电容器C的电容
10．如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为4：1，原线圈与一理想交流电流表串联后，接入一正弦交流电源（电压的有效值不变）；副线圈电路中定值电阻的阻值为5Ω，当电阻箱的阻值为25Ω时，理想电压表示数为5.0V；现将电阻箱的阻值调为5Ω，此时（　　）
A．电压表的示数为4.5V
B．电流表的示数为0.6A
C．原线圈的输入功率为2.4W
D．原线圈的输入功率为3.6W
11．如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表，下列说法正确的是（　　）
A．副线圈输出交流电的周期为0.01s B．增大原线圈的匝数，则电压表示数增大
C．电流表的读数为1A D．如果提高原线圈的电压，则电流表示数减小
12．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2:1，原线圈AB两端所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。已知电流表示数为2A，若电表均为理想电表，下列说法正确的是（　　）
A．电压表示数为V
B．负载电阻R的阻值为27.5Ω
C．副线圈中的电流频率为25Hz
D．仅增大负载电阻R，电压表示数增大，电流表示数减小
13．如图所示，接在理想变压器回路中的五个规格相同的灯泡A、B、C、D、E都恰好正常发光，则理想变压器的匝数比n1：n2：n3为（　　）
A．1：1：1 B．3：2：1 C．4：2：1 D．6：2：1
14．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′转动，轴OO′垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2，保持线圈以恒定角速度ω转动，下列判断正确的是（　　）
A．在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势也为零
B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表V2的示数变大
C．电压表V2示数
D．若可变电阻接入的阻值为R0，则在矩形线圈转一周的过程中，可变电阻产生的焦耳热为
15．华为出品一款超级快速无线充电器CP62R，可提供最大50W的无线充电功率，如图甲所示。其原理与变压器工作原理相似，无线充电器内部置有基座线圈，支持无线充电的手机内部置有受电线圈，利用产生的磁场传递能量，工作原理图简化为如图乙所示，充电基座接上220V、50Hz家庭用交流电，受电线圈接上一个二极管给手机电池充电。已知手机电池采用9V电压快速充电，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损失，二极管可视为理想二极管，下列说法正确的是（　　）
A．受电线圈能够给手机电池充电是利用了自感现象
B．基座线圈和受电线圈的匝数比为110：9
C．受电线圈两端电压的峰值为18V
D．若某段时间无线充电器以最大功率为手机充电，则基座线圈的电流为
二、填空题
16．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的______，即 ＝ 。
17．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和。当输入电压为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。则原、副线圈匝数之比______，此时a、b两灯泡功率之比______。
18．（1）甲、乙两图为互感器结构图，甲图中a电表为______，乙图中b电表为______。
A．直流电压表 B．交流电压表 C．直接电流表 D．交流电流表
（2）如图所示为探究电感器对交流电的阻碍作用的实验电路图，在实验过程中，通过改变交流信号的频率和电感器的电感，可观察到：
在电感和电源电压不变的情况下，信号频率越大，小灯泡D亮度越______；在信号频率和电源输出电压一定的情况下，电感越大，小灯泡亮度越______。
19．如图所示，理想变压器的原．副线圈匝数之比为n1：n2＝4：1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等．a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB＝____；两电阻两端的电压之比UA：UB＝__．
三、解答题
20．如图，匝数N=50匝的矩形线圈abcd，面积S=0.1m2， 内阻不计，绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω= 100rad/s匀速转动，匀强磁场的磁感应强度B=0.1T，矩形线圈通过滑环E、F与理想变压器相连，变压器原、副线圈的匝数之比为1∶4，副线圈所接电阻R= 200Ω，当线圈平面与磁场方向平行时开始计时，求∶
（1）线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电阻R上消耗的功率。
21．晚会上装饰着120个彩色小电灯，每个小灯泡的额定电压都是4V，工作电流都是0.1A，它们并联在一起，由一台变压器供电，小彩灯正常发光。变压器的原线圈接在220V的照明电路上，求通过原线圈的电流。
22．理想变压器的“理想”二字是什么含义？
23．有些机床（图）为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220V，则输出电压是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
A．灯泡两端电压UL随时间t的变化是一条过原点O的直线，设斜率为k，则有
，
若小灯泡电阻恒定不变，则IL与t的关系图线为一条过原点O的直线；但小灯泡的电阻并不是恒定不变的，其电阻会随着其两端电压的增大而增大，即会随着t的增大而增大，且并不成线性增大，IL与时间t的变化关系图线应为一条过原点曲线，A错误；
B．根据
，
有
结合对A选项的分析，则I1与t的关系图线不会为一条过原点O的直线，B错误；
CD．根据题意，有
若小灯泡电阻恒定不变，则PL与t的关系图线为一条过原点O的抛物线，但小灯泡电阻并不是恒定不变的，所以PL与t的关系图线是一条过原点O的曲线，但不是抛物线，因
则P1与t的关系图线是一条过原点O的曲线，但不是抛物线，C错误，D正确。
故选D。
2．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。
3．D
【详解】
因电压互感器原、副线圈的匝数比分别为1000：1，电压表的示数为22V，可知输电电压为
电流互感器原、副线圈的匝数比分别为1：100，已知电流表的示数为1A，可知输电电流
则输电功率
P=I1U1=2200kW
故选D。
4．B
【详解】
A．由公式
得，副线圈的输出电压为
又氖泡在两端电压达到110V时开始发光，故开关接通后，氖泡会发光，A错误；
B．电压表的示数应为副线圈输出电压的有效值，故可得
=100 V
B正确；
C．开关断开后，由于理想变压器的原、副线圈匝数比不变，故交变电流电压的有效值不变，故电压表示数不变，C错误；
D．因输出电压不变，断开后，电路中的次级电阻增大，则由功率公式
可知，变压器输出功率变小，D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．设原线圈两端的电压有效值为，副线圈和两端输出电压的有效值分别为、，由变压器原理可得
，
解得
，
故A错误；
B．由
可得、两个灯泡消耗的电功率之比为1：4，故B错误；
C．由于定值电阻R与灯泡的阻值相同，二者两端的电压相同，因此开关闭合时二者消耗的电功率相同，则开关断开与闭合时相比，线圈输出的电功率之比为1：2，故C正确；
D．开关闭合时，线圈中的电流
线圈中的电流
由变压器输入功率等于输出总功率可得
解得
则原线圈与副线圈，中的电流之比为6：1：1，故D错误。
故选C。
6．A
【详解】
A．根据
可得端输入电流为
端输出电流为
故A正确；
B．接收线圈的输出功率等于发射线圈的输入功率，故B错误；
C．接收线圈中的频率
1个周期内电流方向变化2次，故1秒内变化200次，故C错误；
D．接收线圈中的频率等于发射线圈的频率，故D错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．由图乙可知，原线圈输入电压有效值为440V，根据
=
可得副线圈电压为32V，交流电压表V的示数为有效值，即为32V，A错误；
B．设灯泡L两端电压的有效值为U′，灯泡的阻值为r，交变电流的周期为T，根据交变电流有效值的定义有
= T
解得
U′ = 22.6V
B错误；
C．当滑动变阻器的触头P向下滑动时，滑动变阻器阻值减小，则由欧姆定律可知，电流表A2示数增大，因为理想变压器输入功率与输出功率相等，所以电流表A1示数也增大，C错误；
D．根据
ω = = = 100π（rad/s）
可知，交流发电机转子的角速度为100πrad/s，D正确；
故选D。
8．D
【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。
9．D
【详解】
A．P向上滑动增大，增大，灯泡变亮，A正确；
B．根据题意，要使灯泡变亮，就得使灯泡上的电压增加，所以
可知可以增加交流电源的电压，B错误；
C．又根据
可知，增加交流电的频率可以使增加，导致电动势增大，同时电容器的容抗减小，C错误；
D．电容器C的电容减小，根据
可知，容抗增大，灯泡变暗，D正确。
故选D。
10．D
【详解】
AB．当可变电阻为25Ω时，电压表示数为5.0V，副线圈中的电流为
副线圈两端的电压为
原线圈两端的电压为
当可变电阻的阻值变为5Ω时，副线圈中的电流为
原线圈中的电流为
电压表的示数为
AB错误；
CD．原线圈的输入功率为
C错误，D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．根据
可知角速度为
则交流电的周期为
变压器不会改变周期，故副线圈输出交流电的周期也为0.04s，A错误；
B．原线圈的匝数增大，根据电压与线圈匝数的关系
可知副线圈两端的电压减小，B错误；
C．根据
可知原线圈电压的最大值为，则原线圈两端电压的有效值为
根据
可得副线圈两端的电压为
根据欧姆定律可得
即副线圈电流为2A，由于输入输出功率相等，可得原线圈电流为
可得原线圈电流为1A，C正确；
D．如果提高原线圈的电压，则副线圈电压增加，副线圈电流增加，则原线圈电流也增加，D错误。
故选C。
12．B
【详解】
A．由图乙知，原线圈输入电压最大值为，有效值为
根据原、副线圈两端电压之比等于匝数之比，有
得副线圈两端电压有效值为
所以电压表示数为，故A错误；
B．根据原、副线圈两端电压之比等于匝数之比，有
得副线圈电流有效值为
负载电阻R的阻值为
故B正确；
C．由图可知原线圈的电流频率
理想变压器原、副线圈电流频率相等，故C错误；
D．仅增大负载电阻R，因为原线圈电压有效值和线圈匝数不变，所以副线圈电压有效值不变，即电压表示数不变，根据欧姆定律，副线圈电流有效值减小，而原副线圈电流比不变，所以原线圈电流有效值减小，即电流表示数减小，故D错误。
故选B。
13．C
【详解】
灯泡都正常发光，可得
所以
由理想变压器的电压关系得
可得
同理，灯泡都正常发光，功率相等，即
由得
即
由功率关系可得
即
所以
故选C。
14．C
【详解】
A．在图示所示的位置，线框中磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，A错误；
B．电压表V2的示数是由原线圈电压和匝数比决定，与滑动变阻器接入电路的阻值无关，电压表V2示数不变，B错误；
C．交流电压的最大值
电压表V1示数为有效值
根据
则
C正确；
D．矩形线圈转一周的时间
在矩形线圈转一周的过程中，可变电阻产生的焦耳热
D错误。
故选C。
15．C
【详解】
A．受电线圈之所以能够给手机电池充电是因为送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故A错误；
B．C．由于二极管单向导电的缘故，故输出端只有一半时间由电压，根据有效电压的定义得
解得
受电线圈的有效电压为
则，基座线圈和受电线圈比为
故B错误，C正确；
D．充电过程无能量损失，故即使基座线圈的功率为50W，由公式
得
故D错误。
故选C。
16．匝数之比
【详解】
略
17． 9:1 1:9
【详解】
[1]当输入电压为灯泡额定电压的10倍，两灯泡均能正常发光。说明灯泡a的电压为额定电压，原线圈电压为额定电压的9倍；副线圈电压即为灯泡b的电压，为1倍的额定电压。根据变压器电压之比等于匝数之比，可知原、副线圈匝数之比为9:1，
[2]a和额定电压相同，再根据变压器电流之比等于匝数反比，可知原、副线圈电流之比为1:9，由功率
可知a、b两灯泡功率之比为为1:9。
18． B D 暗 暗
【详解】
(1)[1]甲图变压器并联在电路中，甲图中a电表为交流电压表。
[2]乙图变压器串联在电路中，乙图中b电表为交流电流表。
(2)[3]在电感和电源电压不变的情况下，信号频率越大，电感对电流的阻碍越大，灯泡D亮度越暗。
[4] 在信号频率和电源输出电压一定的情况下，电感越大，电感对电流的阻碍越大，灯泡D亮度越暗。
19． 1：16 1：4
【详解】
[1]根据变压器原副线圈电流与匝数成反比得
电阻消耗的功率，所以两电阻消耗的电功率之比
[2]电阻两端的电压U=IR，所以两电阻两端的电压之比
20．（1）；（2）
【详解】
（1）线圈中感应电动势的最大值
解得
Em = 50V
瞬时值表达式
（2）变压器初级电压有效值
根据
即
由
解得
21．
【详解】
忽略变压器的能量损耗，变压器的输入功率等于输出功率，即
通过原线圈的电流为
22．详见解析
【详解】
理想变压器的“理想”二字含义是：不计能量损失，认为输出功率等于输入功率。
具体变现为以下方面:
（1）铁芯封闭性非常好，无磁泄露；
（2）原副线圈电阻不计；
（3）铁芯内感应涡流不计。
23．136匝；21V
【详解】
根据变压器的电压与匝数成正比，可知
解得副线圈的匝数为
当输入电压只有220V，输出电压为
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