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．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
2．如题图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比，和为完全相同的定值电阻，电压表为理想电表，原线圈两端加电压（V），则电压表的示数为（　　）
A．220V B．110V C． D．55V
3．2020年春新冠肺炎疫情在全世界各地爆发蔓延，口罩需求量大量增加，某汽车厂决定改建生产线转产口罩，原生产线工作电压为，而口罩机工作电压为。现在需要变压器来进行降压，若变压器原线圈匝数为3800匝，则副线圈匝数为（　　）
A．110 B．220 C．1100 D．2200
4．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
5．一理想变压器原、副线圈匝数比为7：4，原线圈与一理想交流电流表和电阻R1串联，副线圈电路中，一电容器与电阻R2串联后，与电阻R3、R4并联，如图所示。当原线圈接入一正弦交流电u=40sin100πt（V）时，电流表的示数为1A。已知R1=5Ω，R2=20Ω，R3=20Ω，R4=40Ω，电容器在电路中会改变电流的相位而不消耗能量，则通过电容器的电流为（　　）
A．0.25A B．0.50A C．0.75A D．1.00A
6．图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1：n2＝5：1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，阻值均为10Ω，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是（　　）
A．输入电压u的表达式
B．只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率为0.8W
D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.4W
7．如图所示，间接一正弦交变电源，内阻不计，理想变压器原线圈与电阻串联，两匝数相等的副线圈分别接有电阻，且。若开关S断开时，测得电源输出功率是电阻消耗功率的2倍。则闭合开关S后，电源输出功率与电阻消耗功率的比值为（　　）
A．3 B．4 C．5 D．6
8．如图甲所示，理想变压器的原线圈接在交流电源上，副线圈接有 的电阻，原、副线圈匝数之比为10∶1，交流电压表的示数是20.0V，电流表、电压表均可看作理想电表。图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像。则下列说法正确的是（　　）
A．电流表的读数为2.0A
B．变压器的输入功率与输出功率之比为10∶1
C．变压器原、副线圈磁通量的变化率之比为10∶1
D．电源输出电压瞬时值的表达式（V）
9．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．
10．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
11．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
12．由半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，经常用于火警报警装置。如图甲所示是一火警报警器的电路示意图，理想变压器原线圈接入图乙所示的正弦交流电，副线圈与理想电压表、理想电流表、热敏电阻及报警器P（有内阻）组成闭合电路，流过报警器P的电流超过时就会发出警报声。则以下判断正确的是（　　）
A．变压器原线圈两端交变电压
B．当RT所在处出现火情时，变压器输入功率增大
C．当RT所在处出现火情时，电压表示数增大
D．在时，电流表示数为0
13．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
14．理想变压器的原线圈接家庭用交流电，副线圈接一个理想二极管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大）和一额定电压为的灯泡。灯泡正常发光，下列说法正确的是（　　）
A．原线圈和副线圈的匝数比为
B．原线圈和副线圈的匝数比为
C．副线圈两端电压的最大值为
D．副线圈两端电压的最大值为
15．华为手机充电器中装有变压器。用正弦交流电路给手机充电时，原线圈两端电压为220V，副线圈两端电压为5V，副线圈电流为2A，若将变压器视为理想变压器，则（　　）
A．原副线圈的匝数比为4.4：1 B．原线圈的电流约为0.05A
C．副线圈两端电压的最大值为5V D．原副线圈的功率之比为44：1
二、填空题
16．当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成______比。当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成______比。
17．理想变压器的输入功率_____（填“大于”、“等于”或“小于”）输出功率，输入、输出电压与线圈的_____成正比，利用变压器将220V的交流电压变为55V，如果原线圈为2000匝，则副线圈应为______ 匝 ．
18．图甲中的变压器为理想变压器，其原线圈接到有效值为的正弦交流电源上，副线圈与阻值为的电阻接成闭合电路，图乙中阻值为的电阻直接接到电压为的直流电源上，电阻消耗的电功率为__________；若发现与消耗的电功率恰好相等，则变压器原、副线圈的电压之比为___________。
三、解答题
19．在如图所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为，电阻，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为，电压表的示数为，则电阻的大小为多少？
20．一理想变压器按如图甲连接，a、b间接如图乙所示的正弦交流电，电流表电压表均为理想交流电表，已知电流表A1的读数为0.4A，定值电阻R=22Ω，求：
(1)原线圈的输入功率；
(2)原、副线圈的匝数比。
21．如图所示矩形线圈面积为0.2m2，匝数为100，绕轴在磁感强度为T的匀强磁场中以角速度10πrad/s匀速转动。理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，两电表均为理想电表，电阻R=50Ω，其它电阻不计。
(1)线圈转到与磁场垂直时开始计时，求从计时开始线圈转过时感应电动势的瞬时值e。
(2)若，求变压器的输入功率及电流表的示数。
22．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1=1500、n2=500，在原、副线圈的回路中接有阻值均为10Ω的电阻R1、R2.，副线圈接有一理想交流电压表，a、b之间接有正弦交流电源，其电压u随时间t变化的图像如图乙所示。求：
（1）电阻R2中电流的频率f；
（2）交流电压表的读数U2。
注：以上求得的结果均保留整数。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【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。
2．D
【详解】
由题知，原线圈交变电压的有效值为
根据理想变压器变压比
解得
又
所以电压表示数为55V，故D正确，ABC错误。
3．D
【详解】
根据
解得
故ABC错误，D正确。
故选D。
4．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。
5．B
【详解】
交流电的电压有效值为40V，则电路的总功率为
P=I1U1=40W
电阻消耗的电功率为
P1=I12R1=5W
故原线圈的输入功率为35W，由已知条件知原线圈电压
U1=U-I1R1=35V
根据匝数比等于电压比可知副线圈的电压为
U2=20V
所以电阻消耗的电功率为
同理电阻消耗的电功率为
P4=10W
所以电阻消耗的电功率为
P2=5W
根据焦耳定律知通过电阻的电流为
故选B。
6．C
【详解】
A. 由图乙可知周期为
则有
所以输入电压的表达式应为
A错误；
B. 将S1接1、S2闭合时， L2正常发光，L2的电压为副线圈的输出电压 ，当只断开S2时，L1接入电路，与L2串联，L1、L2的电压都只为副线圈的输出电压的一半，故 L1、L2均不能正常发光，B错误；
C. 只断开S2后，负载电阻变为原来的2倍，副线圈输出电压不变，由图乙可知原线圈的输入电压有效值为
副线圈输出电压
由输入功率等于输出功率
C正确；
D. 若S1换接到2后，电阻两端电压有效值为
消耗的电功率为
D错误。
故选C。
7．D
【详解】
开关S断开时，设电阻消耗的功率为P，则
理想变压器的输入功率也为P，由题意知电源输出功率是，而电源输出功率等于电阻消耗功率和变压器的输入功率之和，因此电阻消耗功率为P，且
联立可解得
因此
闭合开关S后，因为两副线圈匝数相等，和相等，因此通过的电流相等，设为I，则有
又
解得
若消耗的功率为，则电阻消耗功率为
电源输出功率
故D正确，ABC错误。
故选D。
8．D
【详解】
A．次级电流有效值为
原、副线圈匝数之比为10∶1，可知初级电流为I1=0.2A，选项A错误；
B．变压器的输入功率与输出功率相等，选项B错误；
C．变压器原、副线圈共用相同的铁芯，则磁通量的变化率相等，选项C错误；
D．变压器输入电压为
电源输出电压瞬时值的表达式
选项D正确。
故选D。
9．A
【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。
10．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。
11．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。
12．B
【详解】
A．由图乙可知输入交流电的周期
结合图象得变压器原线圈两端交变电压
故A错误；
BC．当处出现火情时温度升高、阻值减小，副线圈中电流增大，理想变压器的输出功率变大，则变压器的输入功率变大，由于输入电压不变，所以副线圈的电压不变，由欧姆定律
可知报警器P两端电压增大，则热敏电阻两端电压减小，电压表示数减小，故B正确，C错误；
D．电流测的是电流有效值，所以在时，电流表示数不为0，故D错误。
故选B。
13．D
【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。
14．C
【详解】
CD.原线圈接家庭用交流电，副线圈两端电压因二极管的作用由一半时间电压为0，则有
解得
故C正确，D错误；
AB.副线圈两端电压的有效值
解得
则原副线圈匝数之比为
AB错误。
故选C。
15．B
【详解】
A．变压器原副线圈电压与匝数成正比，可得
A错误；
BD．理想变压器不改变功率，即原副线圈功率相等，可得
解得原线圈的电流为
B正确，D错误；
C．原副线圈均为正弦交流电，故副线圈两端电压的最大值为
C错误。
故选B。
16． 正比 反比
【详解】
略
17． 等于 匝数 500
【详解】
理想变压器本身不消耗能量，所以理想变压器的输入功率等于输出功率；根据法拉第电磁感应定律，互感现象中，输入、输出电压与线圈的匝数成正比；根据电压比等于匝数比：可得：n2= 550匝．
18． 121
【详解】
[1]分析图乙，设R2两端电压为U2，由电功率公式解得R2的功率
[2]设变压器副线圈的电压为U1，由题意可知，R1和R2的功率相等，则有
设变压器原线圈的电压为U，则有原、副线圈的电压之比为
19．
【详解】
根据变压器原理可知，原副线圈电压之比
已知，故
通过的电流为
副线圈上的电流为
又
知
所以流过电流表的电流为
故
解得
20．(1)88W；(2)5：1
【详解】
(1)由图乙可知，原线圈两端电压的有效值为
则原线圈的输入功率
(2)根据输入功率与输出功率相等可知
解得
则原、副线圈的匝数比
21．(1)；(2)P=800W，I1=20A
【详解】
(1)交流电动势的最大值为
线圈转过时感应电动势的瞬时值
(2)变压器原线圈输入电压为
；
变压器副线圈输入电压为U2，则
所以变压器的输入功率
副线圈的电流为
所以电流表的示数为
22．（1）；（2）
【详解】
（1）根据图乙可知交流电的周期 ，根据
解得
电阻R2中电流的频率
（2）交流的最大值为
有效值为
根据
则
根据
解得
副线圈的电流
则原线圈的电流为
根据关系可得
解得
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