高中物理 选择性必修二 3.3变压器（含答案）

变压器
基础练
1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时刻都不相等
C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
2．下列选项图中，可以将电压升高给电灯供电的变压器是(　　)
3.(多选)如图所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是(　　)
A．用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈
B．测量原、副线圈的电压，可用“测量电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表
C．原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压
D．为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响
4.如图所示，一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧损。为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下损坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 1 V，按理想变压器分析，该变压器损坏前的原、副线圈匝数分别为(　　)
A．1 100,360　　　　　　 B．1 100,180
C．2 200,180 D．2 200,360
5．如图所示，为了浴室用电安全，某同学用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入交变电压u＝311sin(100πt)V。已知照明灯额定功率为44 W，排气扇电动机内阻为1 Ω，电流表示数为2 A，各用
电器均正常工作，电表均为理想电表。则(　　)
A．电压表示数为62 V
B．变压器的输入功率为186 W
C．排气扇输出功率为43 W
D．保险丝熔断电流不得低于2 A
6．(2021·广东高考)某同学设计了一个充电装置，如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是(　　)
A．交流电的频率为10 Hz
B．副线圈两端电压最大值为3 V
C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
7．(多选)由于天气原因某小区的供电系统遭到严重破坏。为此，启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示，发电机输出的电压u＝480 sin 100πt (V)，图中R表示输电线的电阻。滑动触头P置于a处时，用户的用电器恰好正常工作。下列说法正确的是(　　)
A．若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，则原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1
B．若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，则原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1
C．若发电机的输出电压发生波动使V1的示数小于正常值，要使用电器仍能正常工作，应将滑动触头P向下滑动
D．当用电器增加时，为保证用电器仍能正常工作，滑动触头P应向上滑动
8．为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是________。
A．有闭合铁芯的原、副线圈
B．无铁芯的原、副线圈
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表(交流电压挡)
F．多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60和nb＝120的变压器，实验测量数据如表：
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(填“na”或“nb”)。
9.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比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两端加一定交流电压后，求两电阻消耗的电功率之比和两电阻两端电压之比。
提升练
10.(2021·东莞高二检测)如图所示的钳形电流表，按下手柄时，它的铁芯可以分开，把被测的通电导线放入后，松开手柄，铁芯闭合。导线中的交变电流在铁芯中产生交变磁场，电流表与套在铁芯上的线圈相连，可以间接得知导线中的大电流。被测导线、铁芯、线圈构成一个电流互感器。下列对钳形电流表的说法正确的是(　　)
A．其工作原理与降压变压器一样
B．测量时需要断开电路将此钳形电流表串接在电路中
C．如果钳口没有闭合紧密，则电流的测量值会偏小
D．如果通电导线在钳口多绕几圈，则读数会偏小
11.(2021·珠海高二检测)如图所示，一理想变压器左右两边接有额定电压均为U的4盏完全相同的灯泡(额定功率为P)，左端接在一电压恒为U0的交流电源两端。此时4盏灯刚好正常发光。下列说法中正确的是(　　)
A．该变压器的原、副线圈匝数比为1∶3
B．此时交流电源输出的功率为3P
C．U0＝4U
D．如果灯L2突然烧断，灯L1将变亮，而其余2盏灯将变暗
12.如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3 300 V，副线圈两端电压为U2＝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电压表V的示数U＝4 V。求：
(1)原线圈n1等于多少匝？
(2)当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5 A。则电流表A1的示数I1为多少？
(3)在(2)中情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1′等于多少？
参考答案：
基础练
1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时刻都不相等
C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
解析：选C　通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，穿过原、副线圈的磁通量任何时刻都相等，B错误；由互感现象知，C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，D错误。
2．下列选项图中，可以将电压升高给电灯供电的变压器是(　　)
解析：选C　变压器只能对交变电流实现变压，不能对直流电流变压，A、D错误；由于变压器原、副线圈两端的电压与原、副线圈匝数成正比，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压，B错误，C正确。
3.(多选)如图所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是(　　)
A．用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈
B．测量原、副线圈的电压，可用“测量电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表
C．原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压
D．为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响
解析：选AD　变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆卸的变压器研究，选项A、D正确。变压器只能对交流电压表有作用，不能用直流电压表测量，所以选项B错误。根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出电压之比可知，原线圈接0、8，副线圈接0、4，那么副线圈电压小于原线圈电压，所以C错误。
4.如图所示，一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧损。为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下损坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 1 V，按理想变压器分析，该变压器损坏前的原、副线圈匝数分别为(　　)
A．1 100,360　　　　　　 B．1 100,180
C．2 200,180 D．2 200,360
解析：选B　由U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3，可得n1＝n3＝1 100，n2＝n1＝180，B选项正确。
5．如图所示，为了浴室用电安全，某同学用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入交变电压u＝311sin(100πt)V。已知照明灯额定功率为44 W，排气扇电动机内阻为1 Ω，电流表示数为2 A，各用
电器均正常工作，电表均为理想电表。则(　　)
A．电压表示数为62 V
B．变压器的输入功率为186 W
C．排气扇输出功率为43 W
D．保险丝熔断电流不得低于2 A
解析：选C　变压器输入交变电压u＝311sin(100πt)V，有效值U＝220 V，变压器原、副线圈匝数比为5∶1，所以副线圈电压U2＝44 V，故A错误。电流表示数为2 A，所以变压器的输出功率P＝44×2 W＝88 W，所以变压器的输入功率为88 W，故B错误。照明灯的电流I1＝ A＝1 A，则排气扇的电流为I2＝2 A－1 A＝1 A，则排气扇输出功率为P出＝I2U2－I22r＝1×44 W－12×1 W＝43 W，选项C正确。变压器的初级线圈电流为I＝I次＝ A＝0.4 A，故保险丝熔断电流不得低于0.4 A，选项D错误。
6．(2021·广东高考)某同学设计了一个充电装置，如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是(　　)
A．交流电的频率为10 Hz
B．副线圈两端电压最大值为3 V
C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
解析：选B　周期T＝0.2 s，频率f＝＝5 Hz，故A错误；由理想变压器原理可知＝，副线圈两端的最大电压为U2＝U1＝3 V，故B正确；变压器的输入电压由螺线管与永磁铁相对运动产生，故输入电压与永磁铁的磁场强弱有关，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误。
7．(多选)由于天气原因某小区的供电系统遭到严重破坏。为此，启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示，发电机输出的电压u＝480 sin 100πt (V)，图中R表示输电线的电阻。滑动触头P置于a处时，用户的用电器恰好正常工作。下列说法正确的是(　　)
A．若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，则原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1
B．若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，则原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1
C．若发电机的输出电压发生波动使V1的示数小于正常值，要使用电器仍能正常工作，应将滑动触头P向下滑动
D．当用电器增加时，为保证用电器仍能正常工作，滑动触头P应向上滑动
解析：选AD　若A2的示数为2 A，R＝10 Ω，又因为用户的用电器正常工作时电压为220 V，故副线圈两端电压U2＝220 V＋I2R＝240 V，又原线圈两端电压U1＝Um＝480 V，故原、副线圈的匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝2∶1，选项A正确，B错误；由＝得U2＝U1，若U1变小，为保证用电器仍能正常工作，则n2应变大，滑动触头P应向上滑动，选项C错误；当用电器增加时，副线圈中的电流增大，输电线电阻R上的电压增大，为保证用电器仍能正常工作，则副线圈两端的电压应增大，故滑动触头P应向上滑动，选项D正确。
8．为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是________。
A．有闭合铁芯的原、副线圈
B．无铁芯的原、副线圈
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表(交流电压挡)
F．多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60和nb＝120的变压器，实验测量数据如表：
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(填“na”或“nb”)。
解析：变压器只能改变交流电压，需要使用交流电源，为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，多用电表应使用交流电压挡；为了减小漏磁现象，需要用含有闭合铁芯的原、副线圈，因此正确答案为A、C、E。由于实际实验中有漏磁的情况，所以副线圈测量电压应该小于理论电压值，可知nb为输入端，na为输出端。
答案：ACE　nb
9.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比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两端加一定交流电压后，求两电阻消耗的电功率之比和两电阻两端电压之比。
解析：变压器原、副线圈电流之比
＝＝
设流过电阻A的电流I1＝I，则流过电阻B的电流I2＝4I
所以两电阻消耗的电功率之比
＝＝＝
两电阻两端电压之比 ＝＝。
答案：　
提升练
10.(2021·东莞高二检测)如图所示的钳形电流表，按下手柄时，它的铁芯可以分开，把被测的通电导线放入后，松开手柄，铁芯闭合。导线中的交变电流在铁芯中产生交变磁场，电流表与套在铁芯上的线圈相连，可以间接得知导线中的大电流。被测导线、铁芯、线圈构成一个电流互感器。下列对钳形电流表的说法正确的是(　　)
A．其工作原理与降压变压器一样
B．测量时需要断开电路将此钳形电流表串接在电路中
C．如果钳口没有闭合紧密，则电流的测量值会偏小
D．如果通电导线在钳口多绕几圈，则读数会偏小
解析：选C　钳形电流表实质上是“降流”，则原理是与升压变压器一样，选项A错误。测量时不需要断开电路，只需将此钳形电流表的钳口扣在导线上即可，选项B错误。若钳形部分铁芯没有完全闭合，导线中电流产生的磁场减弱，磁通量变化率减小，内置线圈产生的感应电动势减小，感应电流减小，则测量出的电流将小于实际电流，选项C正确。根据n1I1＝n2I2可知，若将通电导线在铁芯上多绕几圈，即n1变大，I1、n2不变，则钳形电流表的示数I2将变大，即读数会偏大，选项D错误。
11.(2021·珠海高二检测)如图所示，一理想变压器左右两边接有额定电压均为U的4盏完全相同的灯泡(额定功率为P)，左端接在一电压恒为U0的交流电源两端。此时4盏灯刚好正常发光。下列说法中正确的是(　　)
A．该变压器的原、副线圈匝数比为1∶3
B．此时交流电源输出的功率为3P
C．U0＝4U
D．如果灯L2突然烧断，灯L1将变亮，而其余2盏灯将变暗
解析：选C　设灯泡正常发光时，额定电流为I0，由题图可知，原线圈中的电流I1＝I0，副线圈中3盏灯并联，则副线圈中的电流I2＝3I0，根据理想变压器的基本规律＝可得n1∶n2＝3∶1，故A错误；根据总功率等于各部分功率之和知，此时交流电源输出的功率为4P，故B错误；副线圈两端电压U2＝U，根据理想变压器的基本规律＝可得U1＝3U，所以U0＝3U＋U＝4U，故C正确；如果灯L2突然烧断，则总功率减小，故副线圈中的电流减小，原线圈中的电流也减小，故灯L1将变暗，而原线圈两端的电压变大，故副线圈两端的电压变大，其余2盏灯将变亮，故D错误。
12.如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3 300 V，副线圈两端电压为U2＝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电压表V的示数U＝4 V。求：
(1)原线圈n1等于多少匝？
(2)当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5 A。则电流表A1的示数I1为多少？
(3)在(2)中情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1′等于多少？
解析：(1)由电压与线圈匝数的关系可得：
n1＝n＝×1＝825匝。
(2)当开关S断开时，由输入功率等于输出功率：
U1I1＝U2I2，可得I1＝A。
(3)当开关S断开时，有：RL＝＝44 Ω
当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R′，
则有R′＝0.5RL＝22 Ω
副线圈中的总电流为I2′，则I2′＝＝10 A
由U1I1′＝U2I2′，得：I1′＝ A。
答案：(1)825匝　(2) A　(3) A