2019-2020学年高中物理新人教版选修3-2：5.4变压器 同步练习（解析版）
文档属性
| 名称 | 2019-2020学年高中物理新人教版选修3-2：5.4变压器 同步练习（解析版） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 189.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-01-22 19:26:32 | ||
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文档简介
第五章 第4节 变 压 器
1．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为( )
A．每匝线圈中磁通量的变化率
B．交变电流的频率
C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率
D．原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势
解析：选D 理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故A、C不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知，B不符合题意，选D.
2．将输入电压为220 V，输出电压为6 V的理想变压器改绕成输出电压为30 V的变压器，副线圈原来是30匝，原线圈匝数不变，则副线圈新增匝数为( )
A．120匝 B．150匝
C．180匝 D．220匝
解析：选A 由变压比＝，则＝，所以n1＝1 100匝．当U2′＝30 V时，＝，所以n2′＝150匝，故Δn2＝n2′－n2＝120匝．
3．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
解析：选B 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选项正确．
4．(多选)如图所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使( )
A．原线圈匝数n1增加
B．副线圈匝数n2增加
C．负载电阻R的阻值增大
D．负载电阻R的阻值减小
解析：选BD 由＝，P出＝可得P出＝，又因为P入＝P出，所以P入＝，分析可得选项B、D正确．
5．(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头，在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则( )
A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大
B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小
C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大
D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小
解析：选BC 保持Q的位置不动，将P向上滑动时，滑动变阻器R的有效电阻变大，输出电压不变，则输出电流减少，电流表示数变小，故选项A错误，B正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，输出电压变大，电流表示数变大，故选项C正确，D错误．
6．如图所示，匝数为100匝的矩形线图abcd处于磁感应强度B＝ T的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5 m2，内阻不计；线圈绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝10π rad/s匀速转动；线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接一只“12 V 12 W”的灯泡，灯泡正常发光，下列说法中正确的是( )
A．通过灯泡的交变电流的频率是50 Hz
B．矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 V
C．变压器原、副线圈匝数之比为10∶1
D．若将该灯泡更换为“12 V 24 W”的灯泡且保证其正常发光，需要增大矩形线圈的转速
解析：选C 根据角速度和频率的关系可知，通过灯泡的交变电流的频率f＝＝5 Hz，A选项错误；根据交变电流的产生原理可知，矩形线圈产生电动势的最大值Um＝nBSω＝120 V，B选项错误；原线圈输入电压的有效值U1＝＝120 V，根据理想变压器电压和匝数的关系可知，＝＝10∶1，C选项正确；灯泡的额定电压不变，不需要改变线圈的转速，D选项错误．
7．(多选)(2019·郑州市一中模拟)如图所示的电路中，在a、b之间接正弦交流电，现将滑动变阻器R2的滑动触头向下移动，则( )
A．V1的示数不变，V2的示数不变
B．V1的示数减小，V2的示数减小
C．A1的示数增大，A2的示数减小
D．A1的示数增大，A2的示数增大
解析：选AC 将滑动变阻器R2的滑动触头向下移动，则副线圈总电阻减小，根据理想变压器的规律可知，输入电压决定输出电压，输出电流决定输入电流，则电压表V1的示数不变，V2的示数不变，A选项正确，B选项错误；变压器的输出电流增大，则输入电流增大，电阻R3两端电压增大，则电阻R1两端电压减小，则A1的示数增大，A2的示数减小，C选项正确，D选项错误．
8.一台理想变压器，其原线圈的匝数为2 200匝，副线圈的匝数为440匝，副线圈中接入一个100 Ω的负载电阻，如图所示．当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？此时输入功率为多少？变压器效率为多大？
解析：由＝得：电压表示数为U2＝U1＝44 V．电流表示数为I2＝＝0.44 A．P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W．效率η＝×100%＝100%.
答案：44 V 0.44 A 19.36 W 100%
1．有一理想的降压变压器，四个标称均为“6 V 6 W”的小灯泡a、b、c、d以及理想电压表接在变压器上，电路如图所示．在1、2两端接交流电源(电压有效值为U)时，四个小灯泡均能正常发光．则下列说法正确的是( )
A．电压表的示数为24 V
B．电源电压U＝24 V
C．变压器原、副线圈的匝数比为4∶1
D．变压器原线圈的输入功率为24 W
解析：选B 灯泡的额定电流为I＝＝＝1 A；
四个灯泡均能正常发光，则副线圈的电流为I2＝3I＝3 A
此时原线圈上的电流为I1＝I＝1 A
则原副线圈的匝数比为＝＝
副线圈上三个灯泡并联，则副线圈上的电压等于灯泡的额定电压，为6 V，所以原线圈两端的电压为U1＝·U2＝3×6＝18 V
所以电压表的示数为18 V
而电路的输入电压为U入＝U1＋U＝18＋6＝24 V，故A、C错误，B正确；
变压器的输入功率等于输出功率，即小灯泡b、c、d消耗的功率之和18 W，故D错误．
2．如图甲所示的电路中，一理想变压器原线圈两端接电源，电压按如图乙所示的规律变化，已知原、副线圈匝数比为n1∶n2＝11∶1，变压器副线圈所接的电路中R1为定值电阻，R3为光敏电阻(电阻随光强度的增加而减小)，则下列说法中正确的是( )
A．当R2受光照时，电流表的示数变小
B．当R2受光照时，电压表V2的示数变大
C．当R2受光照时，电压表V1的示数不变
D．电压表V1示数为20 V
解析：选C 当R2受光照时电阻减小，副线圈的电流变大，所以原线圈的电流也要增大，电流表A的示数变大，故A错误；R1的电压要增大，由于副线圈的总电压不变，所以R2的电压就要减小，电压表V2的示数变小，则B错误，C正确；由题图乙可知，输入电压的有效值为220 V，变压器线圈的电压与匝数成正比，由此可得副线圈的电压为20 V，电压表V1测的是副线圈的电压，故D错误．
3．理想变压器原线圈接如图甲所示的正弦交变电压，变压器原线圈匝数n1＝270匝，P是副线圈上的滑动触头，当P处于图乙所示位置时，副线圈连入电路的匝数n2＝135匝，电容器C恰好不被击穿，灯泡L恰能正常发光，R是滑动变阻器．以下判断正确的是( )
A．若向下移动P，电容器的电荷量增加
B．若保持P不动，向下移动R的滑片，灯泡变暗
C．若保持R的滑片不动，向下移动P，灯泡变亮
D．电容器的击穿电压为11 V
解析：选D 原线圈输入电压的有效值U1＝＝22 V，当P位移题图乙所示位置，副线圈电压的有效值为U2＝U1＝11 V，电容器C恰好不被击穿，若向下移动P，电容器C两端的电压减小，有Q＝CU可知，电容器所带的电荷量减小，故A错误；若保持P不动，向下移动R的滑片，R接入电路的电阻减小，流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故B错误；若保持R的滑片不动，向下移动P，则副线圈的电压变小，灯泡变暗，故C错误；电容器击穿电压的最大值Um′＝U1＝11 V，故D正确．
4．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IL＝＝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＝U2I2－I22r＝44×1－12×1 W＝43 W，故C正确；变压器的初级电流为I1＝I＝ A＝0.4 A，故保险丝熔断电流不得低于0.4 A，故D错误．
5．如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1 100 匝，接入电压U1＝220 V的电路中．
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
解析：(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由
＝，＝，
得n2＝n1＝×1 100匝＝30匝，
n3＝n1＝×1 100匝＝550匝．
(2)设原线圈输入电流为I1，由P入＝P出，即
I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，
所以I1＝＝ A＝0.36 A.
答案：(1)30匝 550匝 (2)0.36 A
6．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＝0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ T．如果用此发电机带动两个标有“220 V 11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如下图．求：
(1)发电机输出电压的有效值为多少？
(2)变压器原副线圈的匝数比为多少？
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？
解析：(1)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，产生正弦式交流电，最大值Em＝NBSω＝1 100 V，根据正弦式交流电的规律可知，输出电压的有效值U1＝＝1 100 V.
(2)电机正常工作，副线圈两端电压U2＝220 V，根据理想变压器电压和匝数关系可知，＝＝5∶1.
(3)理想变压器的输入功率和输出功率相等，P1＝P2＝22 kW，根据功率公式P1＝U1I1，解得交流电流表示数I1＝20 A.
答案：(1)1 100 V (2)5∶1 (3)20 A
1．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为( )
A．每匝线圈中磁通量的变化率
B．交变电流的频率
C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率
D．原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势
解析：选D 理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故A、C不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知，B不符合题意，选D.
2．将输入电压为220 V，输出电压为6 V的理想变压器改绕成输出电压为30 V的变压器，副线圈原来是30匝，原线圈匝数不变，则副线圈新增匝数为( )
A．120匝 B．150匝
C．180匝 D．220匝
解析：选A 由变压比＝，则＝，所以n1＝1 100匝．当U2′＝30 V时，＝，所以n2′＝150匝，故Δn2＝n2′－n2＝120匝．
3．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
解析：选B 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选项正确．
4．(多选)如图所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使( )
A．原线圈匝数n1增加
B．副线圈匝数n2增加
C．负载电阻R的阻值增大
D．负载电阻R的阻值减小
解析：选BD 由＝，P出＝可得P出＝，又因为P入＝P出，所以P入＝，分析可得选项B、D正确．
5．(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头，在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则( )
A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大
B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小
C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大
D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小
解析：选BC 保持Q的位置不动，将P向上滑动时，滑动变阻器R的有效电阻变大，输出电压不变，则输出电流减少，电流表示数变小，故选项A错误，B正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，输出电压变大，电流表示数变大，故选项C正确，D错误．
6．如图所示，匝数为100匝的矩形线图abcd处于磁感应强度B＝ T的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5 m2，内阻不计；线圈绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝10π rad/s匀速转动；线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接一只“12 V 12 W”的灯泡，灯泡正常发光，下列说法中正确的是( )
A．通过灯泡的交变电流的频率是50 Hz
B．矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 V
C．变压器原、副线圈匝数之比为10∶1
D．若将该灯泡更换为“12 V 24 W”的灯泡且保证其正常发光，需要增大矩形线圈的转速
解析：选C 根据角速度和频率的关系可知，通过灯泡的交变电流的频率f＝＝5 Hz，A选项错误；根据交变电流的产生原理可知，矩形线圈产生电动势的最大值Um＝nBSω＝120 V，B选项错误；原线圈输入电压的有效值U1＝＝120 V，根据理想变压器电压和匝数的关系可知，＝＝10∶1，C选项正确；灯泡的额定电压不变，不需要改变线圈的转速，D选项错误．
7．(多选)(2019·郑州市一中模拟)如图所示的电路中，在a、b之间接正弦交流电，现将滑动变阻器R2的滑动触头向下移动，则( )
A．V1的示数不变，V2的示数不变
B．V1的示数减小，V2的示数减小
C．A1的示数增大，A2的示数减小
D．A1的示数增大，A2的示数增大
解析：选AC 将滑动变阻器R2的滑动触头向下移动，则副线圈总电阻减小，根据理想变压器的规律可知，输入电压决定输出电压，输出电流决定输入电流，则电压表V1的示数不变，V2的示数不变，A选项正确，B选项错误；变压器的输出电流增大，则输入电流增大，电阻R3两端电压增大，则电阻R1两端电压减小，则A1的示数增大，A2的示数减小，C选项正确，D选项错误．
8.一台理想变压器，其原线圈的匝数为2 200匝，副线圈的匝数为440匝，副线圈中接入一个100 Ω的负载电阻，如图所示．当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？此时输入功率为多少？变压器效率为多大？
解析：由＝得：电压表示数为U2＝U1＝44 V．电流表示数为I2＝＝0.44 A．P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W．效率η＝×100%＝100%.
答案：44 V 0.44 A 19.36 W 100%
1．有一理想的降压变压器，四个标称均为“6 V 6 W”的小灯泡a、b、c、d以及理想电压表接在变压器上，电路如图所示．在1、2两端接交流电源(电压有效值为U)时，四个小灯泡均能正常发光．则下列说法正确的是( )
A．电压表的示数为24 V
B．电源电压U＝24 V
C．变压器原、副线圈的匝数比为4∶1
D．变压器原线圈的输入功率为24 W
解析：选B 灯泡的额定电流为I＝＝＝1 A；
四个灯泡均能正常发光，则副线圈的电流为I2＝3I＝3 A
此时原线圈上的电流为I1＝I＝1 A
则原副线圈的匝数比为＝＝
副线圈上三个灯泡并联，则副线圈上的电压等于灯泡的额定电压，为6 V，所以原线圈两端的电压为U1＝·U2＝3×6＝18 V
所以电压表的示数为18 V
而电路的输入电压为U入＝U1＋U＝18＋6＝24 V，故A、C错误，B正确；
变压器的输入功率等于输出功率，即小灯泡b、c、d消耗的功率之和18 W，故D错误．
2．如图甲所示的电路中，一理想变压器原线圈两端接电源，电压按如图乙所示的规律变化，已知原、副线圈匝数比为n1∶n2＝11∶1，变压器副线圈所接的电路中R1为定值电阻，R3为光敏电阻(电阻随光强度的增加而减小)，则下列说法中正确的是( )
A．当R2受光照时，电流表的示数变小
B．当R2受光照时，电压表V2的示数变大
C．当R2受光照时，电压表V1的示数不变
D．电压表V1示数为20 V
解析：选C 当R2受光照时电阻减小，副线圈的电流变大，所以原线圈的电流也要增大，电流表A的示数变大，故A错误；R1的电压要增大，由于副线圈的总电压不变，所以R2的电压就要减小，电压表V2的示数变小，则B错误，C正确；由题图乙可知，输入电压的有效值为220 V，变压器线圈的电压与匝数成正比，由此可得副线圈的电压为20 V，电压表V1测的是副线圈的电压，故D错误．
3．理想变压器原线圈接如图甲所示的正弦交变电压，变压器原线圈匝数n1＝270匝，P是副线圈上的滑动触头，当P处于图乙所示位置时，副线圈连入电路的匝数n2＝135匝，电容器C恰好不被击穿，灯泡L恰能正常发光，R是滑动变阻器．以下判断正确的是( )
A．若向下移动P，电容器的电荷量增加
B．若保持P不动，向下移动R的滑片，灯泡变暗
C．若保持R的滑片不动，向下移动P，灯泡变亮
D．电容器的击穿电压为11 V
解析：选D 原线圈输入电压的有效值U1＝＝22 V，当P位移题图乙所示位置，副线圈电压的有效值为U2＝U1＝11 V，电容器C恰好不被击穿，若向下移动P，电容器C两端的电压减小，有Q＝CU可知，电容器所带的电荷量减小，故A错误；若保持P不动，向下移动R的滑片，R接入电路的电阻减小，流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故B错误；若保持R的滑片不动，向下移动P，则副线圈的电压变小，灯泡变暗，故C错误；电容器击穿电压的最大值Um′＝U1＝11 V，故D正确．
4．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IL＝＝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＝U2I2－I22r＝44×1－12×1 W＝43 W，故C正确；变压器的初级电流为I1＝I＝ A＝0.4 A，故保险丝熔断电流不得低于0.4 A，故D错误．
5．如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1 100 匝，接入电压U1＝220 V的电路中．
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
解析：(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由
＝，＝，
得n2＝n1＝×1 100匝＝30匝，
n3＝n1＝×1 100匝＝550匝．
(2)设原线圈输入电流为I1，由P入＝P出，即
I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，
所以I1＝＝ A＝0.36 A.
答案：(1)30匝 550匝 (2)0.36 A
6．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＝0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ T．如果用此发电机带动两个标有“220 V 11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如下图．求：
(1)发电机输出电压的有效值为多少？
(2)变压器原副线圈的匝数比为多少？
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？
解析：(1)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，产生正弦式交流电，最大值Em＝NBSω＝1 100 V，根据正弦式交流电的规律可知，输出电压的有效值U1＝＝1 100 V.
(2)电机正常工作，副线圈两端电压U2＝220 V，根据理想变压器电压和匝数关系可知，＝＝5∶1.
(3)理想变压器的输入功率和输出功率相等，P1＝P2＝22 kW，根据功率公式P1＝U1I1，解得交流电流表示数I1＝20 A.
答案：(1)1 100 V (2)5∶1 (3)20 A