3.3科学探究：变压器同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 3.3科学探究：变压器同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 4.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-18 21:40:28 | ||
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文档简介
3.3 科学探究：变压器 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图甲所示，无线充电是近年来发展起来的新技术，具有使用方便、不易老化磨损等优点，同时也存在着传输距离短、能量损耗大等不足。图乙为其工作原理图，其送电线圈与受电线圈匝数比为，若在ab端输入的交流电压，则cd端的输出电压可能为（ ）
A．10V B．11V C．22V D．44V
2．如图所示为一理想变压器，其中a、b、c为三个额定电压相同的灯泡，输入电压。当输入电压为灯泡额定电压的8倍时，三个灯泡刚好都正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．变压器原、副线圈匝数比为4：1
B．三个灯泡的额定电压为
C．此时灯泡a和c消耗的电功率之比为2：7
D．流过灯泡b的电流，1s改变50次
3．如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为100：1，其原线圈两端接入正弦式交变电压u，u=311sin100πt V，副线圈通过交流电流表与变阻器R相连。若不考虑交流电压表和交流电流表内阻的影响，则下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为3.11V
B．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电压表的示数减小
C．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电流表的示数增大
D．滑动变阻器的滑片向下滑动，变压器的输入功率减小
4．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交变电流，线圈电阻不计，理想变压器的原、副线圈匝数之比为，C为电容器，L为直流电阻不计的自感线圈，均为定值电阻，其中，开关S开始是断开的，则以下说法中错误的是（ ）
A．线圈的转速为
B．交流电压表的示数为
C．电阻的功率等于
D．闭合开关S后，变压器副线圈中的电流发生变化
5．杨家坪中学供电系统中有如图所示的回路，理想变压器原、副线圈分别接有额定功率为P的完全相同的灯泡a、b、c。当输入电压为时，三个灯泡均正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．变压器原、副线圈的匝数比为1∶2
B．变压器原、副线圈的匝数比为3∶1
C．灯泡的额定电压为
D．原线圈中的电流为
6．如图所示是某电路中用到的理想变压器，原线圈两端输入的交流电压的有效值可认为恒定不变，两灯泡、规格完全相同且忽略电阻变化，电流表电阻不可忽略。在以下各种操作中各电路元件都没有损坏，下列说法正确的是（ ）
A．仅使滑片M上移，电流表示数变小
B．仅使滑片M下移，变压器原线圈中的电流变大
C．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，灯泡的亮度一直增加
D．仅使滑片N自变阻器b端向a端移动，原线圈输入功率先增大后减小
7．如图甲所示是一个简易发电机连接理想变压器的模型，正方形线圈ABCD的边长为a、匝数为N，电阻忽略不计。线圈ABCD置于匀强磁场中，且绕垂直于磁感线的转轴OO′转动。发电机通过理想变压器对外工作，变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶2，电路中四只小灯泡完全相同且电阻恒定，图中电压表为理想电压表，若线圈ABCD以恒定角速度转动，闭合开关S后，四只小灯泡灯都能发光，发电机的输出电压随时间变化如图乙所示，乙图中的峰值为U，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中线圈ABCD处于图示位置时，灯L1的电流方向发生改变
B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．开关S闭合时，则电压表的示数为
D．若断开开关S，则L1变暗、L2和L3均变亮
8．如图所示，电路中所有二极管均为理想二极管，，图丙和图丁中的变压器为原、副线圈匝数相同的理想变压器，P为原线圈中央抽头，输入端接同一正弦交流电源，R1、R2、R3、R4四个电阻的功率分别为P1、P2、P3、P4下列关系式正确的是（ ）
A．P1：P2=1：2 B．P1：P3=1：4
C．P3：P4=1： D．P2：P4=1：4
二、多选题
9．如图所示的理想变压器原、副线圈的匝数分别为8和5，且原线圈两端的输入电压不变，所接的电表均为理想交流电表，两个定值电阻的阻值均为，滑动变阻器的最大阻值为，两个端点分别是、，滑片为，下列说法正确的是（ ）
A．在移动滑片的过程中，电压表的示数会减小或增大
B．滑片由向移动的过程中，电流表的示数逐渐减小，的示数逐渐增大
C．滑片由向移动的过程中，滑动变阻器的电流会增大
D．当滑片位于点时，变压器输出的功率为
10．手机无线充电工作原理如图所示，其中送电线圈和受电线圈的匝数比，两个线圈中所接电阻的阻值均为R。当ab间接上220V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流再通过转换电路转换成直流电实现给手机快速充电，这时转换电路ef两端的电压为5V，受电线圈中的电流为2A。把装置线圈视同为理想变压器，则（ ）
A．若ab间接入5V直流电压，则转换电路ef两端的电压为5V
B．受电线圈中的频率与送电线圈中的频率相同
C．快速充电时，流过送电线圈的电流大小为0.2A
D．快速充电时，线圈cd两端的输出电压为42.5V
11．如图所示，理想变压器原线圈接电压的交流电，原副线圈的匝数比，副线圈上接一定值电阻R0与电动机，电动机的内阻RM=1Ω，定值电阻R0=2Ω。下列说法正确的是（ ）
A．电动机消耗的最大功率为4.5W
B．原线圈上电流为3A时，电动机消耗功率最大
C．若把电动机换成滑动变阻器（0~5Ω），滑动变阻器消耗的最大功率也为4.5W
D．若把电动机换成滑动变阻器（0~5Ω），当R0与滑动变阻器阻值相等时，R0的功率最大
12．如图1所示，矩形线圈绕转轴OO'在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流直接给图2的电路供电。图2 理想变压器的原线圈接有理想电流表A，副线圈接有电阻R和电容器C，开始时灯泡L1、L2一样亮，不计线圈的电阻，灯泡不会烧坏，则（ ）
A．线圈转速加倍，L1、L2仍一样亮 B．线圈面积加倍，L1、L2仍一样亮
C．线圈转速加倍，电流表A的示数也加倍 D．线圈面积加倍，电流表A的示数也加倍
三、实验题
锂电池具有能量密度高、充电速度快等优势，已被广泛地用于智能手机、智能机器人、电动自行车、电动汽车等领域。
13．如图甲，在电动汽车的充电桩中，变压器的原、副线圈匝数之比n1：n2=1：2，当原线圈接上图乙中的正弦交流电后，副线圈中的电流为100A，忽略原、副线圈和输电线的能量损耗，下列说法正确的是（ ）
A．该充电桩的输出电压为380V
B．该充电桩工作时原线圈可以通入直流电
C．副线圈的瞬时电压峰值为380V
D．原线圈的输入功率为76kW
14．电动汽车使用的电源一般由许多小型锂电池串并联组成，有小组设计实验测定某一节锂电池的电动势和内阻，如图甲所示，其中单位角度对应电阻丝的阻值为r0，主要实验步骤如下：
（1）将器材如图甲所示连接。开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的 （选择：“A”或“B”）端；
（2）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据，并作出图像如图乙所示。其中图线斜率为k，与纵轴截距为b，则该节锂电池的电动势和内阻可表示为E= ，r= 。（用R0、k、b、r0表示）
15．（简答）现在正大力发展800V乃至更高电压的电动车充电技术，其充电功率可高达350kW，是普通家用充电功率的几十倍，请你描述高压充电的优势？（至少说出两点）
16．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示：
(1)下列说法正确的是__________
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．变压器中铁芯是整块硅钢
C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下。根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系： 。
/匝 100 100 200 200
/匝 200 400 400 800
2.1 1.95 5.22 2.35
4.28 8.00 10.60 9.64
(3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为 线圈。（填“原”或“副”）
四、解答题
17．如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框匝数匝，面积为，总电阻，绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度。已知匀强磁场磁感应强度，矩形线框通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电压表示数为。从线框转至中性面位置开始计时，求：
（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电流表的示数；
（3）当原、副线圈匝数比为时，电阻的阻值及消耗的电功率。
18．如图所示，单匝矩形线圈切割磁感线产生一交流电压，矩形线圈的电阻，将其接在理想变压器原线圈上。标有“220V 44W”的灯泡L正常发光，交流散热风扇M正常工作，风扇的内阻为20Ω，交流电流表A（不考虑内阻）的示数为0.4A，导线电阻不计，不计灯泡电阻的变化，且。求：
（1）线圈从图示位置计时开始，当时线圈的磁通量变化率？
（2）求变压器原、副线圈的匝数比？
19．如图所示，一理想变压器原线圈输入电压，变压器副线圈接有理想电流表A和规格均为“220V，22W”的两个灯泡，灯泡恰好正常发光， 导线电阻不计。求：
（1）变压器原、副线圈匝数比；
（2）原线圈中电流的大小。
20．如图，灯泡左侧存在水平向右的磁感应强度为的匀强磁场，长为的金属棒绕竖直轴在磁场中以角速度匀速转动，且始终平行于。两个分别以为圆心、半径的光滑金属圆环上下平行水平放置，分别与金属棒上下端接触，理想自耦变压器原线圈串联灯泡由金属棒供电，灯泡的阻值始终为与定值电阻的阻值始终均为。滑动变阻器的全值电阻，在滑片从端滑动到端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，不计圆环、金属棒和导线的电阻，开始位于原副线圈的匝数比为处。
（1）将移动到何处时最大？
（2）求的最大值；
（3）若在第（1）问求得的位置，将触头移动到原副线圈匝数比为多少时，副线圈电路中消耗的功率最大？
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．A
【详解】根据题意可知输入端电压的有效值为
V=220V
根据变压器电压与线圈匝数的关系有
解得
V
实际存在漏磁损耗，所以cd端的输出电压可能为10V。
故选A。
2．C
【详解】A．三个灯泡刚好都正常发光，设灯泡的额定电压为，变压器原线圈电压为
变压器副线圈电压为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，变压器原、副线圈匝数比为
故A错误；
B．输入电压为
解得三个灯泡的额定电压为
故B错误；
C．根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系可得
三个灯泡刚好都正常发光，电压都为额定电压，灯泡消耗的功率为
故此时灯泡a和c消耗的电功率之比为
故C正确；
D．变压器不改变交变电流的频率，交变电流的周期为
一周期内，电流方向改变两次，故流过灯泡b的电流，1s改变100次，故D错误。
故选C。
3．C
【详解】A．交流电的电压有效值为
根据
可得
因此
故A错误；
B．由于原线圈的电压保持不变，匝数比不变，无论滑动变阻器阻值如何变化，副线圈两端的电压也保持不变，故B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，由于副线圈两端的电压不变，因此副线圈电流增大，电流表的示数增大，故C正确；
D．根据
结合C选项分析可知当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器消耗的功率增大，因此变压器的输入功率增大，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】A．由题意表达式可得
所以线圈的转速为
故A正确，不满足题意要求；
B．由题意表达式可知原线圈输入电压有效值为
根据变压规律
可的副线圈输出电压有效值为
则交流电压表的示数为，故B正确，不满足题意要求；
C．根据串联电路的规律，线圈L电压加上R1的电压等于副线圈的电压U2，即R1的电压小于11V，则有
故C错误，满足题意要求；
D．闭合开关S，电容器C与R2串联后与R1并联，可知副线圈负载总电阻发生变化，则变压器副线圈中的电流发生变化，故D正确，不满足题意要求。
故选C。
5．C
【详解】AB．由题意可知三个灯泡的额定电流相同，当三个灯泡均正常发光时，变压器原、副线圈电流之比为1∶2，所以变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，故AB错误；
D．变压器输入的总功率为3P，所以原线圈电流为
故D错误；
C．灯泡的额定电压为
故C正确。
故选C。
6．C
【详解】A．仅使滑片M上移，副线圈匝数增大，根据
可知副线圈电压增大，电流表示数增大，故A错误；
B．仅使滑片M下移，同理A选项，副线圈电压减小，副线圈电流减小，根据
可知原线圈电流减小，故B错误；
C．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，则滑动变阻器右侧阻值减小，由于电压不变，则灯泡中的电流增大，亮度增加，故C正确；
D．仅使滑片N自变阻器b端向a端移动，负载总电阻先增大后减小，根据
可知原、副线圈的功率先减小后增大，故D错误；
故选C。
7．C
【详解】A．甲图中线圈ABCD处于图示位置时，此时刻线圈平面与中性面垂直，电流方向不改变，故A错误；
B．由图知交变电流的周期为
发电机峰值电压
其中
解得匀强磁场的磁感应强度大小为
故B错误；
C．假设每个小灯泡的电阻是R，当开关闭合时，副线圈的总电阻
发电机的输出电压的有效值
对理想变压器
联立可得，电压表的示数为
故C正确；
D．若断开开关S，副线圈总电阻变大，原线圈及副线圈的电流均变小，则L1变暗，L2变暗，由于原线圈的电流变小，原线圈的电压变大，且副线圈的电压也变大，又L2的电压变小，则L3的电压变大，L3将变亮，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】设输入电压的有效值为U，则甲图和丙图在一个周期内半个周期导通，乙图和丁图整个周期导通，因此
，
由变压器的关系可知丙丁的电压为2U
，
因此
故选A。
9．CD
【详解】A.由理想变压器的原理
可得电压表的示数始终为
故A错误；
B.滑片由向移动的过程中滑动变阻器的接入阻值逐渐减小，总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得电流表的示数逐渐增大，与串联的的电压增大，与串联的的电压减小，则的示数逐渐减小，故B错误；
C.滑动变阻器的电流
则滑动变阻器的电流会增大，故C正确；
D.当滑片位于点时，负载的总电阻为
电源的输出功率为
综合可得
故D正确。
故选CD。
10．BD
【详解】A．若充电器线圈中通以恒定电流，产生恒定的磁场，故手机受电线圈不会产生感应电动势，则转换电路ef两端的电压为零，故A错误；
B．电磁感应现象中交变电流的频率不变，受电线圈中的频率与送电线圈中的频率相同，故B正确；
C．由可知
又，所以快速充电时，流过送电线圈的电流大小为
故C错误；
D．由送电线圈电路可知
由受电线圈电路可知
解得线圈cd两端的输出电压为
故D正确。
故选BD。
11．AC
【详解】AB．副线圈两端电压为
将n1:n2=2:1和U1=12V代入上式解得
U2=6V
电动机消耗的功率
当
时电动机消耗的功率最大，即
由于是理想变压器，所以
电动机消耗功率最大时，原线圈上电流为
故A正确，B错误；
CD．把电动机换成滑动变阻器，滑动变阻器消耗的功率为
滑动变阻器消耗的最大功率跟电动机消耗的最大功率相同，故C正确；
R0上的功率为
当电流最大时，定值电阻R0的功率最大，即滑动变阻器的阻值为零时，R0上的功率最大，故D错误。
故选AC。
12．BD
【详解】A．容抗用表示，感应电动势用表示，根据
，
线圈转速加倍，因容抗减小，L2比L1更亮，故A错误；
C．线圈转速加倍，因副线圈中电流大于2倍，知电流表A的示数也大于2倍，故C错误；
B．线圈面积加倍，L1、L2两支路两端的电压加倍，因容抗不变，因此L1、L2仍一样亮，故B正确；
D．线圈面积加倍，因副线圈两端电压加倍，电流加倍，知电流表A的示数也加倍，故D正确。
故选BD。
13．D 14． B 15．高电充电时，充电功率大，可以实现快速充电，节约时间；快充的电功率大，由于电池有内阻，充电电流不宜过大，所以采用高压充电；在充电功率恒定时，高电压充电对应的电流相对小，电池内阻的热损耗更低，电能的利用率更高。
【解析】13．A．充电桩的输入电压的有效值为
V=380V
根据变压器电压与线圈匝数比可知
解得该充电桩的输出电压为
760V
故A错误；
B．根据变压器原理可知，该充电桩工作时原线圈只能通入交流电，故B错误；
C．副线圈的瞬时电压峰值为
V
故C错误；
D．副线圈的功率为
W=76kW
则原线圈的输入功率为76kW，故D正确；
故选D。
14．（1）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝最大阻值处，应在B端；
（2）根据闭合电路欧姆定律可知
解得
根据图像的截距和斜率可知
，
解得
，
15．高电充电时，充电功率大，可以实现快速充电，节约时间；快充的电功率大，由于电池有内阻，充电电流不宜过大，所以采用高压充电；在充电功率恒定时，高电压充电对应的电流相对小，电池内阻的热损耗更低，电能的利用率更高。
16．(1)C
(2)
(3)原
【详解】（1）A．变压器改变的是交流电压，因此原线圈不能接低压直流电源，故A错误；
B．因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块铁芯，则在电磁的作用下，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，故B错误；
C．研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；
D．变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。
故选C。
（2）由表格数据可知，在实验误差允许的范围内，原、副线圈两端电压与匝数成正比，则有
（3）理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。
17．（1）；（2）；（3），
【详解】（1）线圈中感应电动势的峰值
由于从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为
（2）感应电动势的有效值为
线圈自身分到的电压为
所以电流表示数为
（3）由于理想变压器
则电阻R上消耗的电功率为
设副线圈两端电压为，则有
即
所以
18．（1）；（2）或
【详解】（1）由题可知，单匝线圈产生的交流电动势瞬时表达式为
当时线圈的瞬时电动势为
当时线圈的瞬时电动势在时可以表示为
联立解得
（2）当灯泡L正常发光时，灯泡和电风扇两端的电压为220V，通过灯泡的电流为
通过风扇的电流为
电风扇的输入功率为
副线圈输出总功率为
矩形线圈切割磁感线产生的电压有效值为
根据理想变压器原副线圈的匝数比和电压的关系得
根据理想变压器副线圈输出功率等于原副线圈输入功率
又
联立解得
或
19．（1）；（2）0.02A
【详解】（1）原线圈输入电压的有效值为
由题意可知，副线圈两端的电压为
根据变压器的电压和线圈匝数的关系有
解得变压器原、副线圈匝数比为
（2）副线圈中灯泡恰好正常发光，有
则电流表A的示数为
根据变压器的电流和线圈匝数的关系有
解得原线圈中电流的大小为
20．（1）在中间时；（2）；（3）
【详解】
（1）导体棒线速度大小为
设时刻导体棒相对竖直轴转动的角度为，则
如图1
在时刻导体棒的线速度沿垂直磁场方向的分速度大小
由法拉第电磁感应定律可得
金属棒产生感应电动势的有效值
根据原副线圈两端的电流和电压的比值关系可知，原线圈的“等效电阻”与副线圈的电阻的比值关系为
等效电路如图所示
位于滑动变阻器中间时，负载电阻最大，最大，最大。
（2）位于滑动变阻器中间时
等效电阻
则
（3）原与电阻相等时，负载电阻功率最大，有
即
求得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图甲所示，无线充电是近年来发展起来的新技术，具有使用方便、不易老化磨损等优点，同时也存在着传输距离短、能量损耗大等不足。图乙为其工作原理图，其送电线圈与受电线圈匝数比为，若在ab端输入的交流电压，则cd端的输出电压可能为（ ）
A．10V B．11V C．22V D．44V
2．如图所示为一理想变压器，其中a、b、c为三个额定电压相同的灯泡，输入电压。当输入电压为灯泡额定电压的8倍时，三个灯泡刚好都正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．变压器原、副线圈匝数比为4：1
B．三个灯泡的额定电压为
C．此时灯泡a和c消耗的电功率之比为2：7
D．流过灯泡b的电流，1s改变50次
3．如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为100：1，其原线圈两端接入正弦式交变电压u，u=311sin100πt V，副线圈通过交流电流表与变阻器R相连。若不考虑交流电压表和交流电流表内阻的影响，则下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为3.11V
B．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电压表的示数减小
C．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电流表的示数增大
D．滑动变阻器的滑片向下滑动，变压器的输入功率减小
4．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交变电流，线圈电阻不计，理想变压器的原、副线圈匝数之比为，C为电容器，L为直流电阻不计的自感线圈，均为定值电阻，其中，开关S开始是断开的，则以下说法中错误的是（ ）
A．线圈的转速为
B．交流电压表的示数为
C．电阻的功率等于
D．闭合开关S后，变压器副线圈中的电流发生变化
5．杨家坪中学供电系统中有如图所示的回路，理想变压器原、副线圈分别接有额定功率为P的完全相同的灯泡a、b、c。当输入电压为时，三个灯泡均正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．变压器原、副线圈的匝数比为1∶2
B．变压器原、副线圈的匝数比为3∶1
C．灯泡的额定电压为
D．原线圈中的电流为
6．如图所示是某电路中用到的理想变压器，原线圈两端输入的交流电压的有效值可认为恒定不变，两灯泡、规格完全相同且忽略电阻变化，电流表电阻不可忽略。在以下各种操作中各电路元件都没有损坏，下列说法正确的是（ ）
A．仅使滑片M上移，电流表示数变小
B．仅使滑片M下移，变压器原线圈中的电流变大
C．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，灯泡的亮度一直增加
D．仅使滑片N自变阻器b端向a端移动，原线圈输入功率先增大后减小
7．如图甲所示是一个简易发电机连接理想变压器的模型，正方形线圈ABCD的边长为a、匝数为N，电阻忽略不计。线圈ABCD置于匀强磁场中，且绕垂直于磁感线的转轴OO′转动。发电机通过理想变压器对外工作，变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶2，电路中四只小灯泡完全相同且电阻恒定，图中电压表为理想电压表，若线圈ABCD以恒定角速度转动，闭合开关S后，四只小灯泡灯都能发光，发电机的输出电压随时间变化如图乙所示，乙图中的峰值为U，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中线圈ABCD处于图示位置时，灯L1的电流方向发生改变
B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．开关S闭合时，则电压表的示数为
D．若断开开关S，则L1变暗、L2和L3均变亮
8．如图所示，电路中所有二极管均为理想二极管，，图丙和图丁中的变压器为原、副线圈匝数相同的理想变压器，P为原线圈中央抽头，输入端接同一正弦交流电源，R1、R2、R3、R4四个电阻的功率分别为P1、P2、P3、P4下列关系式正确的是（ ）
A．P1：P2=1：2 B．P1：P3=1：4
C．P3：P4=1： D．P2：P4=1：4
二、多选题
9．如图所示的理想变压器原、副线圈的匝数分别为8和5，且原线圈两端的输入电压不变，所接的电表均为理想交流电表，两个定值电阻的阻值均为，滑动变阻器的最大阻值为，两个端点分别是、，滑片为，下列说法正确的是（ ）
A．在移动滑片的过程中，电压表的示数会减小或增大
B．滑片由向移动的过程中，电流表的示数逐渐减小，的示数逐渐增大
C．滑片由向移动的过程中，滑动变阻器的电流会增大
D．当滑片位于点时，变压器输出的功率为
10．手机无线充电工作原理如图所示，其中送电线圈和受电线圈的匝数比，两个线圈中所接电阻的阻值均为R。当ab间接上220V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流再通过转换电路转换成直流电实现给手机快速充电，这时转换电路ef两端的电压为5V，受电线圈中的电流为2A。把装置线圈视同为理想变压器，则（ ）
A．若ab间接入5V直流电压，则转换电路ef两端的电压为5V
B．受电线圈中的频率与送电线圈中的频率相同
C．快速充电时，流过送电线圈的电流大小为0.2A
D．快速充电时，线圈cd两端的输出电压为42.5V
11．如图所示，理想变压器原线圈接电压的交流电，原副线圈的匝数比，副线圈上接一定值电阻R0与电动机，电动机的内阻RM=1Ω，定值电阻R0=2Ω。下列说法正确的是（ ）
A．电动机消耗的最大功率为4.5W
B．原线圈上电流为3A时，电动机消耗功率最大
C．若把电动机换成滑动变阻器（0~5Ω），滑动变阻器消耗的最大功率也为4.5W
D．若把电动机换成滑动变阻器（0~5Ω），当R0与滑动变阻器阻值相等时，R0的功率最大
12．如图1所示，矩形线圈绕转轴OO'在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流直接给图2的电路供电。图2 理想变压器的原线圈接有理想电流表A，副线圈接有电阻R和电容器C，开始时灯泡L1、L2一样亮，不计线圈的电阻，灯泡不会烧坏，则（ ）
A．线圈转速加倍，L1、L2仍一样亮 B．线圈面积加倍，L1、L2仍一样亮
C．线圈转速加倍，电流表A的示数也加倍 D．线圈面积加倍，电流表A的示数也加倍
三、实验题
锂电池具有能量密度高、充电速度快等优势，已被广泛地用于智能手机、智能机器人、电动自行车、电动汽车等领域。
13．如图甲，在电动汽车的充电桩中，变压器的原、副线圈匝数之比n1：n2=1：2，当原线圈接上图乙中的正弦交流电后，副线圈中的电流为100A，忽略原、副线圈和输电线的能量损耗，下列说法正确的是（ ）
A．该充电桩的输出电压为380V
B．该充电桩工作时原线圈可以通入直流电
C．副线圈的瞬时电压峰值为380V
D．原线圈的输入功率为76kW
14．电动汽车使用的电源一般由许多小型锂电池串并联组成，有小组设计实验测定某一节锂电池的电动势和内阻，如图甲所示，其中单位角度对应电阻丝的阻值为r0，主要实验步骤如下：
（1）将器材如图甲所示连接。开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的 （选择：“A”或“B”）端；
（2）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据，并作出图像如图乙所示。其中图线斜率为k，与纵轴截距为b，则该节锂电池的电动势和内阻可表示为E= ，r= 。（用R0、k、b、r0表示）
15．（简答）现在正大力发展800V乃至更高电压的电动车充电技术，其充电功率可高达350kW，是普通家用充电功率的几十倍，请你描述高压充电的优势？（至少说出两点）
16．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示：
(1)下列说法正确的是__________
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．变压器中铁芯是整块硅钢
C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下。根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系： 。
/匝 100 100 200 200
/匝 200 400 400 800
2.1 1.95 5.22 2.35
4.28 8.00 10.60 9.64
(3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为 线圈。（填“原”或“副”）
四、解答题
17．如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框匝数匝，面积为，总电阻，绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度。已知匀强磁场磁感应强度，矩形线框通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电压表示数为。从线框转至中性面位置开始计时，求：
（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电流表的示数；
（3）当原、副线圈匝数比为时，电阻的阻值及消耗的电功率。
18．如图所示，单匝矩形线圈切割磁感线产生一交流电压，矩形线圈的电阻，将其接在理想变压器原线圈上。标有“220V 44W”的灯泡L正常发光，交流散热风扇M正常工作，风扇的内阻为20Ω，交流电流表A（不考虑内阻）的示数为0.4A，导线电阻不计，不计灯泡电阻的变化，且。求：
（1）线圈从图示位置计时开始，当时线圈的磁通量变化率？
（2）求变压器原、副线圈的匝数比？
19．如图所示，一理想变压器原线圈输入电压，变压器副线圈接有理想电流表A和规格均为“220V，22W”的两个灯泡，灯泡恰好正常发光， 导线电阻不计。求：
（1）变压器原、副线圈匝数比；
（2）原线圈中电流的大小。
20．如图，灯泡左侧存在水平向右的磁感应强度为的匀强磁场，长为的金属棒绕竖直轴在磁场中以角速度匀速转动，且始终平行于。两个分别以为圆心、半径的光滑金属圆环上下平行水平放置，分别与金属棒上下端接触，理想自耦变压器原线圈串联灯泡由金属棒供电，灯泡的阻值始终为与定值电阻的阻值始终均为。滑动变阻器的全值电阻，在滑片从端滑动到端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，不计圆环、金属棒和导线的电阻，开始位于原副线圈的匝数比为处。
（1）将移动到何处时最大？
（2）求的最大值；
（3）若在第（1）问求得的位置，将触头移动到原副线圈匝数比为多少时，副线圈电路中消耗的功率最大？
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．A
【详解】根据题意可知输入端电压的有效值为
V=220V
根据变压器电压与线圈匝数的关系有
解得
V
实际存在漏磁损耗，所以cd端的输出电压可能为10V。
故选A。
2．C
【详解】A．三个灯泡刚好都正常发光，设灯泡的额定电压为，变压器原线圈电压为
变压器副线圈电压为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，变压器原、副线圈匝数比为
故A错误；
B．输入电压为
解得三个灯泡的额定电压为
故B错误；
C．根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系可得
三个灯泡刚好都正常发光，电压都为额定电压，灯泡消耗的功率为
故此时灯泡a和c消耗的电功率之比为
故C正确；
D．变压器不改变交变电流的频率，交变电流的周期为
一周期内，电流方向改变两次，故流过灯泡b的电流，1s改变100次，故D错误。
故选C。
3．C
【详解】A．交流电的电压有效值为
根据
可得
因此
故A错误；
B．由于原线圈的电压保持不变，匝数比不变，无论滑动变阻器阻值如何变化，副线圈两端的电压也保持不变，故B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，由于副线圈两端的电压不变，因此副线圈电流增大，电流表的示数增大，故C正确；
D．根据
结合C选项分析可知当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器消耗的功率增大，因此变压器的输入功率增大，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】A．由题意表达式可得
所以线圈的转速为
故A正确，不满足题意要求；
B．由题意表达式可知原线圈输入电压有效值为
根据变压规律
可的副线圈输出电压有效值为
则交流电压表的示数为，故B正确，不满足题意要求；
C．根据串联电路的规律，线圈L电压加上R1的电压等于副线圈的电压U2，即R1的电压小于11V，则有
故C错误，满足题意要求；
D．闭合开关S，电容器C与R2串联后与R1并联，可知副线圈负载总电阻发生变化，则变压器副线圈中的电流发生变化，故D正确，不满足题意要求。
故选C。
5．C
【详解】AB．由题意可知三个灯泡的额定电流相同，当三个灯泡均正常发光时，变压器原、副线圈电流之比为1∶2，所以变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，故AB错误；
D．变压器输入的总功率为3P，所以原线圈电流为
故D错误；
C．灯泡的额定电压为
故C正确。
故选C。
6．C
【详解】A．仅使滑片M上移，副线圈匝数增大，根据
可知副线圈电压增大，电流表示数增大，故A错误；
B．仅使滑片M下移，同理A选项，副线圈电压减小，副线圈电流减小，根据
可知原线圈电流减小，故B错误；
C．仅使滑片N自变阻器a端向b端移动，则滑动变阻器右侧阻值减小，由于电压不变，则灯泡中的电流增大，亮度增加，故C正确；
D．仅使滑片N自变阻器b端向a端移动，负载总电阻先增大后减小，根据
可知原、副线圈的功率先减小后增大，故D错误；
故选C。
7．C
【详解】A．甲图中线圈ABCD处于图示位置时，此时刻线圈平面与中性面垂直，电流方向不改变，故A错误；
B．由图知交变电流的周期为
发电机峰值电压
其中
解得匀强磁场的磁感应强度大小为
故B错误；
C．假设每个小灯泡的电阻是R，当开关闭合时，副线圈的总电阻
发电机的输出电压的有效值
对理想变压器
联立可得，电压表的示数为
故C正确；
D．若断开开关S，副线圈总电阻变大，原线圈及副线圈的电流均变小，则L1变暗，L2变暗，由于原线圈的电流变小，原线圈的电压变大，且副线圈的电压也变大，又L2的电压变小，则L3的电压变大，L3将变亮，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】设输入电压的有效值为U，则甲图和丙图在一个周期内半个周期导通，乙图和丁图整个周期导通，因此
，
由变压器的关系可知丙丁的电压为2U
，
因此
故选A。
9．CD
【详解】A.由理想变压器的原理
可得电压表的示数始终为
故A错误；
B.滑片由向移动的过程中滑动变阻器的接入阻值逐渐减小，总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可得电流表的示数逐渐增大，与串联的的电压增大，与串联的的电压减小，则的示数逐渐减小，故B错误；
C.滑动变阻器的电流
则滑动变阻器的电流会增大，故C正确；
D.当滑片位于点时，负载的总电阻为
电源的输出功率为
综合可得
故D正确。
故选CD。
10．BD
【详解】A．若充电器线圈中通以恒定电流，产生恒定的磁场，故手机受电线圈不会产生感应电动势，则转换电路ef两端的电压为零，故A错误；
B．电磁感应现象中交变电流的频率不变，受电线圈中的频率与送电线圈中的频率相同，故B正确；
C．由可知
又，所以快速充电时，流过送电线圈的电流大小为
故C错误；
D．由送电线圈电路可知
由受电线圈电路可知
解得线圈cd两端的输出电压为
故D正确。
故选BD。
11．AC
【详解】AB．副线圈两端电压为
将n1:n2=2:1和U1=12V代入上式解得
U2=6V
电动机消耗的功率
当
时电动机消耗的功率最大，即
由于是理想变压器，所以
电动机消耗功率最大时，原线圈上电流为
故A正确，B错误；
CD．把电动机换成滑动变阻器，滑动变阻器消耗的功率为
滑动变阻器消耗的最大功率跟电动机消耗的最大功率相同，故C正确；
R0上的功率为
当电流最大时，定值电阻R0的功率最大，即滑动变阻器的阻值为零时，R0上的功率最大，故D错误。
故选AC。
12．BD
【详解】A．容抗用表示，感应电动势用表示，根据
，
线圈转速加倍，因容抗减小，L2比L1更亮，故A错误；
C．线圈转速加倍，因副线圈中电流大于2倍，知电流表A的示数也大于2倍，故C错误；
B．线圈面积加倍，L1、L2两支路两端的电压加倍，因容抗不变，因此L1、L2仍一样亮，故B正确；
D．线圈面积加倍，因副线圈两端电压加倍，电流加倍，知电流表A的示数也加倍，故D正确。
故选BD。
13．D 14． B 15．高电充电时，充电功率大，可以实现快速充电，节约时间；快充的电功率大，由于电池有内阻，充电电流不宜过大，所以采用高压充电；在充电功率恒定时，高电压充电对应的电流相对小，电池内阻的热损耗更低，电能的利用率更高。
【解析】13．A．充电桩的输入电压的有效值为
V=380V
根据变压器电压与线圈匝数比可知
解得该充电桩的输出电压为
760V
故A错误；
B．根据变压器原理可知，该充电桩工作时原线圈只能通入交流电，故B错误；
C．副线圈的瞬时电压峰值为
V
故C错误；
D．副线圈的功率为
W=76kW
则原线圈的输入功率为76kW，故D正确；
故选D。
14．（1）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝最大阻值处，应在B端；
（2）根据闭合电路欧姆定律可知
解得
根据图像的截距和斜率可知
，
解得
，
15．高电充电时，充电功率大，可以实现快速充电，节约时间；快充的电功率大，由于电池有内阻，充电电流不宜过大，所以采用高压充电；在充电功率恒定时，高电压充电对应的电流相对小，电池内阻的热损耗更低，电能的利用率更高。
16．(1)C
(2)
(3)原
【详解】（1）A．变压器改变的是交流电压，因此原线圈不能接低压直流电源，故A错误；
B．因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块铁芯，则在电磁的作用下，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，故B错误；
C．研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；
D．变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。
故选C。
（2）由表格数据可知，在实验误差允许的范围内，原、副线圈两端电压与匝数成正比，则有
（3）理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。
17．（1）；（2）；（3），
【详解】（1）线圈中感应电动势的峰值
由于从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为
（2）感应电动势的有效值为
线圈自身分到的电压为
所以电流表示数为
（3）由于理想变压器
则电阻R上消耗的电功率为
设副线圈两端电压为，则有
即
所以
18．（1）；（2）或
【详解】（1）由题可知，单匝线圈产生的交流电动势瞬时表达式为
当时线圈的瞬时电动势为
当时线圈的瞬时电动势在时可以表示为
联立解得
（2）当灯泡L正常发光时，灯泡和电风扇两端的电压为220V，通过灯泡的电流为
通过风扇的电流为
电风扇的输入功率为
副线圈输出总功率为
矩形线圈切割磁感线产生的电压有效值为
根据理想变压器原副线圈的匝数比和电压的关系得
根据理想变压器副线圈输出功率等于原副线圈输入功率
又
联立解得
或
19．（1）；（2）0.02A
【详解】（1）原线圈输入电压的有效值为
由题意可知，副线圈两端的电压为
根据变压器的电压和线圈匝数的关系有
解得变压器原、副线圈匝数比为
（2）副线圈中灯泡恰好正常发光，有
则电流表A的示数为
根据变压器的电流和线圈匝数的关系有
解得原线圈中电流的大小为
20．（1）在中间时；（2）；（3）
【详解】
（1）导体棒线速度大小为
设时刻导体棒相对竖直轴转动的角度为，则
如图1
在时刻导体棒的线速度沿垂直磁场方向的分速度大小
由法拉第电磁感应定律可得
金属棒产生感应电动势的有效值
根据原副线圈两端的电流和电压的比值关系可知，原线圈的“等效电阻”与副线圈的电阻的比值关系为
等效电路如图所示
位于滑动变阻器中间时，负载电阻最大，最大，最大。
（2）位于滑动变阻器中间时
等效电阻
则
（3）原与电阻相等时，负载电阻功率最大，有
即
求得
答案第1页，共2页
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