第三章　交变电流 第三节　变压器 课时训练（有解析）高中物理粤教版选择性必修第二册

第三章　交变电流 第三节　变压器
基础对点练
1．某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验．他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干．
(1)实验需要以下哪种电源________．
A．低压直流电源 B．高压直流电源
C．低压交流电源 D．高压交流电源
(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数．分别测出相应的原、副线圈电压值．由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的________(填“有效”或“最大”)值．其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为________ V.
(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成________(填“正比”或“反比”).
(4)由于实验中变压器的铜损和铁损导致变压器并非理想．实验中，下图中变压器的原线圈接“0，8”接线柱，副线圈接“0，4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则原线圈所接电源电压可能为________．
A．16.0 V B．10.0 V
C．5.0 V D．2.5 V
2．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，记录如下表，由数据可知N1一定是________(填“原”或“副”)线圈的匝数．
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：________________________________________________________________________.
N1/匝 100 100 200 200
N2/匝 200 400 400 800
U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35
U2/V 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______(填“原”或“副”)线圈．
3．如图所示，一个用铸铁制成的闭合铁芯，左、右两边绕有匝数分别为n1＝10、n2＝2的两个线圈，左侧线圈两端与u1＝20sin(100πt) V的交流电源相连，右侧线圈两端与交流电压表相连，则电压表的读数可能是(　　)
A．2.0 V B．4.0 V
C．5.6 V D．100.0 V
4．(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流分别为I1、I2，电压分别为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．I1由I2决定 B．U2与负载有关
C．P1由P2决定 D．以上说法都不正确
5．某兴趣小组利用如图所示的装置给小灯泡供电．矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，不计线框电阻．线框绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动，并通过变压器给小灯泡供电．下列说法正确的是(　　)
A．图示位置穿过线框的磁通量为零
B．图示位置线框产生的感应电动势最大
C．使用变压器的目的是提高输出功率
D．若灯泡变暗，可通过稍微减小原线圈匝数来提高灯泡亮度
6．图甲中的变压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55 Ω，A、V均为理想电表．若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述正确的是(　　)
A．原、副线圈的匝数比为4∶1
B．原线圈的电流为1 A
C．原线圈的电压为220 V
D．原线圈中交变电压的频率为100 Hz
7．一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在cd间接定值电阻R.在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)
A．U2>U1，U2降低
B．U2>U1，U2升高
C．变压器输入功率增大
D．变压器输入功率减小
8．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，通过原、副线圈的电流分别为I1、I2.若保持n1、n2和U1不变，且闭合开关S后两灯泡均能发光．将开关S由闭合变为断开，则(　　)
A．U2增大
B．I1减小
C．I2增大
D．变压器的输入功率增大
9．在如图所示的两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V；若分别在c、d与g、h的两端加上110 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为(　　)
A．220 V，220 V B．220 V，110 V
C．110 V，110 V D．220 V，0
综合提升练
10．(多选)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片．保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是(　　)
A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变
C．P向上滑动时，变压器的输入电流减小
D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大
11．(多选)在如图甲所示的理想变压器的原线圈输入端a、b加如图乙所示的电压，图像前半周期为正弦部分，理想变压器原、副线圈匝数比为 10∶1，电路中电阻 R1＝5 Ω，R2＝R3＝6 Ω，开始时开关S断开，下列说法正确的是(　　)
A．图乙所示交变电压的有效值为110 V
B．由于输入端交流电有一半时间电压恒定，所以在此段时间内，副线圈无电压输出
C．闭合开关S后，a、b端的输入功率为30.25 W
D．闭合开关S后，电流表示数变大，电压表的示数变大
12．如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，交流电源电压u1＝311sin (100πt) V，F为熔断电流为I0＝1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻．
(1)当电阻R＝100 Ω时，保险丝能否被熔断？
(2)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？
答案解析
1、【答案】(1)C　(2)有效　7.2　(3)正比　(4)A
【解析】(1)探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，应选择低压交流电源．故选C．
(2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～ 10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V.
(3)根据＝可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比．
(4)实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致>，所以U1>U2＝×5 V＝10 V，故选A．
2、【答案】 (1)C　(2)副　原、副线圈两端电压U与匝数N成正比　(3)原
【解析】(1)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，A错误；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，则在电磁感应下，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，B错误；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、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，C正确；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，D错误．
(2)为保证实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，且由于损耗，总有＞，故由数据可知N1一定是副线圈的匝数；由表可知，原、副线圈两端电压U与匝数N成正比，则＝.
(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．
3、【答案】A　【解析】若该变压器为理想变压器，则＝，U1＝，解得U2＝4 V，考虑到线圈的损耗以及铸铁铁芯的磁导率较低，所以副线圈两端的实际电压低于4 V．故选A．
4、【答案】AC　【解析】理想变压器的电流关系可写成I1＝I2，即原线圈中的电流由副线圈中的电流决定；同理，由＝知，副线圈中的电压由原线圈中的电压决定；功率关系为：负载用多少，原线圈端就输入多少．故A、C正确，B、D错误．
5、【答案】D　【解析】由图可知，此时线框和磁场垂直，线框的磁通量最大，感应电动势为0，A、B错误；变压器只是改变电压和电流，不改变功率和频率，C错误；若灯泡变暗，要使灯泡变亮，需增加灯泡两端电压，根据＝，要使输出电压变大，可通过稍微减小原线圈匝数，D正确．
6、【答案】B　【解析】根据图乙可知原线圈中交变电压的频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，原线圈的电压有效值为U1＝ V＝220 V，根据变压器原、副线圈的匝数比等于电压比可得＝＝＝，A、C、D错误；副线圈的电流为I2＝＝ A＝2 A，根据U1I1＝U2I2，可得原线圈的电流为I＝＝ A＝1 A，B正确．
7、【答案】D　【解析】根据变压器的电压关系有＝，当滑动触头M顺时针转动时，即n2减小时，电压U2应该减小，即降低，由于n2＜n1，所以U2＜U1，故A、B错误；由于电压U2减小，所以定值电阻上的电压减小，则定值电阻消耗的电功率减小，由于是理想变压器，所以变压器的输入功率也减小，故C错误，D正确．
8、【答案】B　【解析】根据＝可知U2不变，A错误；将开关S由闭合变为断开，则次级电阻变大，次级电流I2减小，则初级电流I1减小， B正确，C错误；变压器的输出功率P2＝I2U2减小，则输入功率减小， D错误．
9、【答案】B　【解析】对变压器，根据＝可得，Uab＝220 V；对滑动变阻器来说，当gh间接上110 V电压时，ef间电压Uef＝110 V，故B正确．
10、【答案】BD　【解析】由于理想变压器输入电压不变，则副线圈电压U2不变，滑片P滑动时，对灯泡电压没有影响，故灯泡亮度不变，故A错误；滑片P下滑时，电阻变大，但副线圈电压由原线圈电压决定，则副线圈电压不变，故B正确；滑片P上滑时，电阻减小，副线圈电流I2增大，则原线圈输入电流I1也增大，故C错误；此时变压器输出功率P2＝U2I2将变大，故D正确．
11、【答案】ABC　【解析】由图可知，正向交流电的最大值为220 V，故前半个周期内的有效值为U＝＝220 V，设乙图所示交变电压的有效值为U′，则T＝×＋×，解得U′＝110 V，A正确；由于变压器只能输送交流电，因此只有图乙中的正向电压能进行输送，B正确；设输入交变电压的有效值为U1，则T＝×，解得U1＝110 V，由＝＝，解得副线圈两端的电压为U2＝11 V，闭合开关S后，副线圈电路的总电阻R总＝R1＋＝8 Ω，副线圈的功率P2＝＝30.25 W，理想变压器P1＝P2，则闭合开关S后，a、b端的输入功率为30.25 W，C正确；闭合开关S后，副线圈的电阻减小，副线圈中电流增大，原线圈中电流增大，电流表示数变大；副线圈两端的电压与原线圈的电压、原副线圈匝数有关，副线圈两端电压不变，电压表的示数不变，D错误．
12、解：原线圈电压的有效值为U1＝ V≈220 V，
由＝，
得副线圈两端的电压U2＝U1＝×220 V＝110 V.
(1)当R＝100 Ω时，副线圈中电流I2＝＝ A＝1.10 A，
由U1I1＝U2I2得原线圈中的电流为I1＝I2＝×1.10 A＝0.55 A，
由于I1＜I0(熔断电流)，故保险丝不会熔断．
(2)设电阻R取某一值R0时，原线圈中的电流I1刚好达到熔断电流I0，即I1＝1.0 A，
则副线圈中的电流为I2＝I1＝2×1.0 A＝2.0 A，
电阻R的阻值为R0＝＝ Ω＝55 Ω，
此时变压器的输出功率为P2＝I2U2＝2.0×110 W＝220 W，
可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值不能小于55 Ω，变压器输出的电功率不能超过220 W.