3.3变压器（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．如图所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡L和滑动变阻器R，R两端并联一只理想电压表V2。下列说法正确的是（ ）
A．若F不动，滑片P向上滑动时，V1示数变大，V2示数变大
B．若F不动，滑片P向上滑动时，灯泡消耗的功率变小
C．若P不动，滑片F向下移动时，V1、V2的示数均变小
D．若P不动，滑片F向下移动时，灯泡消耗的功率变小
2．工厂检验电动机的质量时，要用到能够调节的高压，利用一个自耦变压器和一个升压变压器可满足这个要求。如图所示，自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都取自该线圈，已知自耦变压器线圈总匝数为1250匝，原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上，升压变压器的原、副线圈匝数比为1：8，则输出端可以得到最高电压的有效值是（变压器均为理想变压器）（ ）
A．1000V B．1760V C．2000V D．2500V
3．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
4．黑光灯是利用变压原理来灭蛾杀虫的一种环保型设备。如图是黑光灯高压电网的工作电路，高压电网是利用变压器将U1＝220V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5cm。已知空气在常温常压下将被超过6220V/cm的电场击穿。为防止空气被击穿而造成短路，变压器的副线圈匝数与原线圈匝数比最大为（　　）
A．10∶1 B．1∶10 C．22∶311 D．311∶22
5．如图，理想变压器的原线圈匝数匝，接入电压的正弦交流电路中。副线圈匝数匝，副线圈上接有“、”的定值电阻，则变压器的输入功率是（　　）
A． B． C． D．
6．如图所示，在理想自耦变压器原线圈的两端加上正弦式交变电压，总匝数匝的副线圈两端连接一个电动机M和电阻R。已知电动机的额定电压、额定功率、内部线圈电阻，定值电阻。现调节自耦变压器的滑片P，使电动机恰好正常工作。电流表为理想电表，则以下说法中正确的是（　　）
A．电流表的示数为1.4A B．接入电路的原线圈的匝数为40匝
C．变压器的输入功率为35W D．电动机的输出功率为7.5W
7．如图所示，将a，b接入正弦交流电中，电路中所有电表和变压器是理想的。若交流电频率变成原来的两倍，下列说法正确的是（　　）
A．电压表示数不变
B．变压器输入功率变为原来的两倍
C．电流表A1的示数变为原来的两倍
D．电阻R的功率变为原来的两倍
8．某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为，线圈的匝数为100匝，线圈内阻不计，交流发电机的矩形线圈面积为，若磁体转动的角速度为，线圈外接理想变压器原线圈，若“，”的灯泡正常发光，则（　　）
A．矩形线圈中产生的电动势的有效值为 B．变压器原、副线圈匝数之比为4∶1
C．原线圈的输入功率为 D．若磁体转速减半，则灯泡功率变成原来一半
9．我国目前既是世界上唯一用特高压输电技术进行远距离输电的国家，也是全球特高压输电线最长、核心专利最多、技术最完备的国家。如图是远距离输电的原理图，图中变压器为理想变压器，T1为升压变压器，其输入端接电压有效值恒定的正弦式交变电源，输电线的总电阻为定值r，T2为降压变压器，其输出端接阻值相等的恒定电阻R1、R2，开关S处于断开状态。下列说法中正确的是（　　）
A．减小T1的原副线圈匝数比，其它条件不变，则输电线上损失的功率将减小
B．减小T1的原副线圈匝数比，增大T2的原副线圈匝数比，则电阻R1两端电压有可能不变
C．增大T2的原副线圈匝数比，其它条件不变，则远距离输电的效率将减小
D．将开关S闭合，其它条件不变，则电阻R1消耗的电功率不变
10．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
11．如图所示，交流发电机的矩形线圈面积S=0.08 m2，线圈匝数N=50，线圈的电阻r=1 Ω，线圈在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO’以角速度=200 rad/s匀速转动，通过原、副线圈匝数比为n1：n2=1：3的理想变压器接可变的负载电阻R，图中电表均为理想交流电表，当负载取某一阻值时，交流电流表的示数为I=A。下列说法正确的是（　　）
A．交流电压表的示数为V
B．电阻R消耗的电功率为1400W
C．若增大负载电阻R，则变压器的输入功率增大
D．若负载电阻R=9 Ω，则变压器的输入功率最大
12．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
13．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
14．如图，理想变压器原线圈与定值电阻R0串联后接在电压U0＝36 V的交流电源上，副线圈接理想电压表、电流表和滑动变阻器R，原、副线圈匝数比为1∶3，已知R0＝4 Ω，R的最大阻值为100 Ω。现将滑动变阻器R的滑片P向下滑动，下列说法错误的是（　　）
A．电压表示数变小，电流表示数变大
B．电源的输出功率变小
C．当R＝4 Ω时，电压表示数为10.8 V
D．当R＝36 Ω时，R获得的功率最大
15．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＝10Ω，R3＝20Ω，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．副线圈两端电压有效值为10V
B．电压表的示数为100V
C．电流表的示数为1.0A
D．电源的输出功率为33W
二、填空题
16．如图，在理想变压器原副线圈的回路中分别接有三个阻值相同的电阻、、。A、B两端接在输出电压恒为U的正弦交流发电机上，此时三个电阻消耗的功率相同。则变压器原、副线圈的匝数比为___________电阻两端的电压为________。
17．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 ＝ 。
18．如图所示，理想变压器的原线圈接在的正弦交流电源上，副线圈接有一理想二极管(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)和一阻值为R=10Ω的电阻，已知原副线圈的匝数比为10:1.则二极管的耐压值为_______V，变压器的输入功率为_________W.(结果都取整数)
三、解答题
19．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，矩形线圈的总电阻为0.1Ω、匝数为50匝、面积为0.1m2，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L1、L2和阻值为20Ω的定值电阻R，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1：10，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。
20．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。
21．有一个教学用的可拆变压器，它的原、副线圈外部还可以绕线。现在要测定原、副线圈的匝数，除有一根足够长的绝缘导线外，还需要什么器材？简要说明实验过程和原理。
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OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝T。用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220V、11kW”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）发电机输出电压的有效值；
（2）变压器原、副线圈的匝数比；
（3）交流电流表的示数．
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参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
B．设变压器的输入电压为U1，输出电压为U2，若F不动，根据
输入电压U1不变，则输入电压U2也不变，滑片P向上滑动时，电阻R变小，根据闭合电路欧姆定律，副线圈干电路电流I2增大，故小灯泡的电流增大，则小灯泡的电压和功率都会增大，会变亮，B错误；
A．电阻R的电压为
根据选项B知，U1不变，则电压表V1读数不变，电流I2增大，U2不变，故电压UV2减小，电压表V2读数减小，A错误；
D．若P不动，滑片F向下移动时，输入电压U1不变，根据变压比公式
由于n2减小，所以输出电压为U2也减小，副线圈电阻不变，则副线圈电流I2减小，灯泡消耗的功率减小，D正确；
C．电阻R的电压为
根据选项D知，U1不变，则电压表V1读数不变，电流I2减小，故电压UV2减小，电压表V2读数减小，C错误。
故选D。
2．C
【解析】
【详解】
由于自耦变压器线圈总匝数为1250匝，原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上，根据线圈匝数关系即
代入数据，解得升压变压器的原线圈电压最大值为250V，根据线圈匝数关系即
代入数据，可得输出端可以得到最高电压的有效值是2000V，ABD错误，C正确。
故选A。
3．C
【解析】
【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。
4．A
【解析】
【详解】
由题意可知，高压电网部分的电压不能超过
即副线圈电压的最大值为
有效值为
根据变压器的原、副线圈电压与匝数比的关系可得
故选A。
5．A
【解析】
【详解】
定值电阻的阻值为
根据变压器原副线圈的电压与匝数比得
解得
则定值电阻的实际功率
根据变压器原副线圈功率相等可知变压器的输入功率是，故A正确，BCD错误。
故选A。
6．C
【解析】
【详解】
B．根据
即
得接入电路的原线圈的匝数为
B错误；
A．根据
得
A错误；
变压器的输入功率
C正确；
电动机的输出功率
D错误。
故选C。
7．C
【解析】
【详解】
AC．频率变为原来两倍，根据公式
又
可知，电压和电流最大值和有效值也变为原来两倍，A错误，C正确；
BD．根据公式
可得变压器和输入功率和电阻的功率为原来的四倍，BD错误。
故选C。
8．B
【解析】
【详解】
A．矩形线圈中产生的电动势的最大值为
有效值为
故A错误；
B．根据理想变压器变压规律可得原、副线圈匝数之比为
故B正确；
C．原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即6W，故C错误；
D．若磁体转速减半，则原线圈两端电压变为原来的一半，灯泡两端电压变为原来的一半，根据
可知灯泡功率变为原来的四分之一，故D错误。
故选B。
9．B
【解析】
【详解】
A．因为减小T1的原副线圈匝数比，其它条件不变时，由
得，副线圈电压增大，则副线圈电流增大，由
知输电线上损失的功率将增大，故A错误；
B．因为减小T1的原副线圈匝数比，副线圈电压增大，则副线圈电流增大，则输电线电压损失增大，T2的原线圈电压有可能增大，所以当增大T2的原副线圈匝数比时，由
得，则电阻R1两端电压有可能不变，故B正确；
C．因为增大T2的原副线圈匝数比，其它条件不变时，由
知，T2的副线圈电压增大，即用电器电功率会增大，则远距离输电的效率将增大，故C错误；
D．将开关S闭合，相当于T2的副线圈端总电阻减小，所以其它条件不变时，电路中电流增大，所以输电线上损失功率增大，则电阻R1消耗的电功率减小，故D错误。
故选B。
10．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。
11．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．线圈转动产生正弦式交变电流，电动势最大值
Em=NBSω=160V
电动势的有效值
当负载取某一阻值，交流电流表的示数为I=10A时，交流电压表的示数为
U=E-Ir=70V
选项A错误；
B．电阻R消耗的功率
P=IU=1400W
选项B错误。
CD．根据变压器的匝数比可知，变压器次级电流为，由
得此时负载电阻的阻值
R=63Ω
设调节R的阻值后变压器原线圈电流为I1，副线圈电流为I2，变压器输入功率为P，则
由于I1有解，则
△=E2-4rP≥0
即
故
又
解得
R=9Ω
可知负载电阻从63Ω减小到9Ω时，电阻R消耗的功率（即变压器输入功率）一直增大，当负载电阻R=9 Ω，则变压器的输入功率最大，选项C错误、D正确。
故选D。
12．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。
13．C
【解析】
【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。
14．B
【解析】
【详解】
A．由理想变压器的特点可知
,
可知
滑动变阻器R的滑片P向下滑动，R减小，所以I1变大，则I2变大，故电流表示数变大，电源的输出功率为
则电源的输出功率变大，原线圈两端电压
因为I1变大，所以U1减小，得U2减小，电压表示数减小，故A正确，不符合题意；B错误，符合题意；
C．原线圈与副线圈两端电压之比为
电流之比
I1∶I2＝3∶1
联立可得
即
电压表示数为
故C正确，不符合题意；
D．R获得的功率
当
R获得的功率最大，此时
R＝9R0＝36 Ω
故D正确，不符合题意。
故选B。
15．D
【解析】
【详解】
AB．通过R2电流的有效值为
R2两端的电压即副线圈两端的电压，根据欧姆定律
U2=IR2=1×10V=10V
所以副线圈两端电压有效值为10V；根据理想变压器的电压规律
可知原线圈的电压
电阻R1两端电压即为电压表示数，即
UV=U-U1=220V-100V=120V
故AB错误；
C．电流表的示数为
故C错误；
D．副线圈中流过的总电流为
I2=I+IA=1A+0.5A=1.5A
原线圈电流为
电源输出功率为
P总=UI1=220×0.15W=33W
故D正确。
故选D。
16． 2：1
【解析】
【分析】
【详解】
[1]设每只电阻的电流为I，则原线圈的电流为I，副线圈中的总电流为2I，原副线圈电流之比为，所以原、副线圈的匝数之比为
[2]设的电压为，则副线圈的电压为，则原线圈的电压为，
则
17．匝数之比
【解析】
【分析】
【详解】
略
18． 31 24
【解析】
【详解】
理想变压器的原线圈接在最大值为311V的正弦交流电源上，原副线圈的匝数比为10：1，故输出电压最大值为：；二极管的耐压值是最大值，至少为31V；因为二极管由单向导电性，在一个周期中只有一半时间有电流流过电阻，变压器的输入功率等于电阻R上的功率，则
点睛：此题关键是知道二极管的特性：单向导电性，电阻只有一半时间中有电流流过，所以消耗的功率也等于没有二极管时功率的一半；二极管的耐压值等于交流电的最大值.
19．（1）；（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由于灯泡均正常发光，则副线圈的电流
副线圈的电压
由电压与匝数的关系
解得电压表示数为
（2）原线圈的电流为
交流发电机的电动势的有效值为
交流电电动势的峰值为
交流电电动势的峰值与角速度的关系
解得手摇发电机匀速转动的角速度
20．
【解析】
【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
21．，，过程见解析
【解析】
【详解】
需要交流电源和交流电压表。设原线圈匝数为n1，副线圈匝数为n2，先在原线圈两端接上电压为U1的交流电源，用电压表测出副线圈两端的电压U2；根据变压器的变压规律有
再将绝缘导线绕原线圈n匝接入原线圈，然后在新的原线圈两端接上电压为U1的交流电源，用电压表测出副线圈两端的电压U3；根据变压器的变压规律有
联立解得
，
22．(1)1100V；(2)5:1；(3) 20 A。
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 线圈转动的角速度
线圈转动产生的感应电动势最大值为
由于线圈内阻不计，则输出电压就等于感应电动势，所以输出电压的有效值为
(2) 由于电动机的额定电压为220V，所以变压器的匝数比由变压器的电压关系
(3) 根据输入功率等于输出功率得：
P入=P出=11×103×2=2.2×104 W
再根据
P入=U1I1
解得
I1=20 A
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