鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第二册 课时分层作业 10 科学探究：变压器word含解析
文档属性
| 名称 | 鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第二册 课时分层作业 10 科学探究：变压器word含解析 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 223.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-11-17 16:38:42 | ||
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文档简介
课时分层作业(十) 科学探究：变压器
(建议用时：25分钟)
考点一 理想变压器的原理
1．如图可以将电压升高后供给家用电灯的变压器是( )
A B
C D
C [AD.两图中原线圈接入恒定电流，变压器不能工作，故AD错误；B.图中，原线圈匝数比副线圈匝数多，所以是降压变压器，故B错误；C.图中，原线圈匝数比副线圈匝数少，所以是升压变压器，故C正确。]
2.(多选)如图是一个理想变压器的示意图，在它正常工作时关于其说法正确的是( )
A．副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的
B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能
C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能
D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去
AB [变压器的原理是原线圈的电流发生变化，从而引起副线圈中磁通量变化，产生电动势，故A正确；变压器电能的输送是电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能输送到副线圈电路中，故B正确，C、D错误。]
3.(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使( )
A．开关总处于接通状态
B．开关在接通时断开
C．开关在断开时接通
D．开关总处于断开状态
BC [欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C。]
考点二 探究变压器电压与匝数的关系
4．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。
(1)下列器材中，实验需要的器材有________。
A．干电池
B．低压交流电源
C．220 V交流电源
D．条形磁铁
E．可拆变压器和导线
F．直流电压表
G．多用电表
(2)关于实验操作，下列说法正确的是________。
A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V
B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量
(3)在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
[解析] (1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是低压交流电源，提供低压交流电，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线，故选BEG。
(2)变压器是为了改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，故A正确；实验通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，就将人体并联电路中，会导致所测数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。
(3)根据电压比公式：＝，保持原线圈两端的电压和副线圈的匝数不变，减小原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大。
[答案] (1)BEG (2)A (3)增大
5.某研究性学习小组的同学想用220 V交流电源作为某小型电器的电源。他先制作了一个交流变为直流的整流器，但是这个整流器需要用6 V的交流电源，于是他又添置了一台220 V/6 V的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。
(1)他不知道如何接法，也没有相应的说明书。你能帮他判断正确的接法是a、d端接________(选填“220 V”或“6 V”)。
(2)这台220 V/6 V的理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是________匝。
(3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数Na＝80匝和Nb＝160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如下，则接电源的是________(选填“Na”或“Nb”)。
Ua/V 1.80 2.80 3.80
Ub/V 4.00 6.01 8.02
[解析] (1)因为理想变压器的输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R＝ρ知，引线要粗，故a、d接6 V。
(2)根据变压器工作原理知：＝，若理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是11 000匝。
(3)根据变压器工作原理知：＝，本题采用的是降压变压器，所以接电源的应该是匝数多的线圈，所以接电源的是Nb。
[答案] (1)6 V (2)11 000 (3)Nb
考点三 理想变压器的基本规律
6．如图所示，一只理想变压器，原线圈中有一个抽头B，使n1＝n2，副线圈中接有定值电阻R。当原线圈从AC端输入电压为U的正弦交流电压时，副线圈中电流为I，当原线圈从AB端输入电压为U的正弦交流电压时，副线圈中电流为I′。那么I′与I的比值等于( )
A．4∶1 B．1∶4
C．2∶1 D．1∶2
C [当电压由AC端输入改为由AB端输入后，副线圈上的电压加倍，电阻R是定值电阻，所以副线圈中的电流加倍。]
7．如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A．原线圈的输入功率为220 W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为110 V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
B [由题知，变压器的输入电压U1＝ V＝220 V，所以U2＝U1＝110 V；副线圈电流I2＝＝2 A，原线圈电流I1＝I2＝1 A。本题中电压表、电流表的读数为有效值，故B项正确，C项错误；原线圈输入功率P1＝U1I1＝220 W，故A项错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.02 s，故D项错误。]
8．如图所示为理想变压器，三个灯泡L1、L2、L3都标有“5 V 5 W”字样，L4标有“5 V 10 W”字样，若它们都能正常发光，则变压器原、副线圈匝数比n1∶n2和ab间电压应为( )
A．2∶1,25 V B．2∶1,20 V
C．1∶2,25 V D．1∶2,20 V
A [要使得L1、L2、L3和L4都正常发光，副线圈的电压应为10 V。若L1也能正常发光，则原线圈的电流应是副线圈的，所以由＝可知n1∶n2＝2∶1，再由＝可知原线圈的电压为20 V，Uab＝U1＋UL1＝25 V，所以选项A正确。]
9．(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是( )
A．原、副线圈匝数之比为9∶1
B．原、副线圈匝数之比为1∶9
C．此时a和b的电功率之比为9∶1
D．此时a和b的电功率之比为1∶9
AD [设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故＝，＝＝，A正确，B错误；根据公式＝可得＝，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得两者的电功率之比为1∶9，C错误，D正确。]
(建议用时：15分钟)
10.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1 ，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U。原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则( )
A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝
C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝
A [设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则＝＝，故k＝＝。设原线圈两端的电压为U1，则＝＝，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故＋3U＝220 V，解得U＝66 V，选项A正确。]
11．如图所示，理想变压器原线圈接交流电源，副线圈接热水器和抽油烟机，原副线圈的匝数比为5∶1，副线圈上电源的瞬时值u＝220sin 100πt(V)，开关S断开时，电流表示数是1 A，开关S闭合时，电流表示数是1.2 A，下列说法正确的是( )
A．S闭合时，抽油烟机消耗的功率是220 W
B．交流电源输出电压的最大值是1 100 V
C．S闭合时，热水器消耗的功率减小
D．S闭合时，热水器消耗的功率是220 W
A [开关S断开时，电流表示数是I1＝1 A，则通过热水器的电流为5I1＝5 A，S闭合时，电流表示数是1.2 A，则副线圈的电流为5×1.2 A＝6 A，则抽油烟机的电流为6 A－5 A＝1 A，则抽油烟机消耗的功率P＝UI＝220×1 W＝220 W，故选项A正确；根据＝可以知道，交流电源输出电压的最大值是U1＝1 100 V，故选项B错误；S闭合前后，热水器两端的电压不变，故其消耗的功率不变，为P′＝UI＝220×5 W＝1 100 W，故选项C、D错误。]
12．一台理想变压器，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。
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？
(2)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] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。
(2)由＝得：电压表示数为
U2＝U1＝×220 V＝44 V。
电流表示数为I2＝＝ A＝0.44 A。
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W。
效率η＝×100%＝100%。
[答案] (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%
13．如图所示，降压变压器的变压系数是3，即初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比是3∶1。初级线圈的输入电压是660 V，次级线圈的电阻为0.2 Ω，这台变压器供给100盏“220 V 60 W”的电灯用电。求：
(1)空载时次级线圈的端电压和输出功率；
(2)接通电路时次级线圈的端电压；
(3)每盏灯的实际功率。
[解析] (1)设空载时次级线圈的端电压为U2，则
＝
解得U2＝U1＝220 V
因为空载，次级线圈的负载电阻R2→∞，电流I2＝0，则
P＝I2U2＝0。
(2)接通电路后，100盏电灯并联的总电阻为
R外＝＝≈8.07 Ω
次级线圈中的电流
I′2＝＝ A≈26.6 A
次级线圈的端电压
U′2＝I′2R外＝214.66 V。
(3)每盏灯的实际功率
P′＝U′2＝×214.66 W≈57.1 W。
[答案] (1)220 V 0 (2)214.66 V (3)57.1 W
8/8
(建议用时：25分钟)
考点一 理想变压器的原理
1．如图可以将电压升高后供给家用电灯的变压器是( )
A B
C D
C [AD.两图中原线圈接入恒定电流，变压器不能工作，故AD错误；B.图中，原线圈匝数比副线圈匝数多，所以是降压变压器，故B错误；C.图中，原线圈匝数比副线圈匝数少，所以是升压变压器，故C正确。]
2.(多选)如图是一个理想变压器的示意图，在它正常工作时关于其说法正确的是( )
A．副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的
B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能
C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能
D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去
AB [变压器的原理是原线圈的电流发生变化，从而引起副线圈中磁通量变化，产生电动势，故A正确；变压器电能的输送是电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能输送到副线圈电路中，故B正确，C、D错误。]
3.(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使( )
A．开关总处于接通状态
B．开关在接通时断开
C．开关在断开时接通
D．开关总处于断开状态
BC [欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C。]
考点二 探究变压器电压与匝数的关系
4．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。
(1)下列器材中，实验需要的器材有________。
A．干电池
B．低压交流电源
C．220 V交流电源
D．条形磁铁
E．可拆变压器和导线
F．直流电压表
G．多用电表
(2)关于实验操作，下列说法正确的是________。
A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V
B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量
(3)在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
[解析] (1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是低压交流电源，提供低压交流电，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线，故选BEG。
(2)变压器是为了改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，故A正确；实验通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，就将人体并联电路中，会导致所测数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。
(3)根据电压比公式：＝，保持原线圈两端的电压和副线圈的匝数不变，减小原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大。
[答案] (1)BEG (2)A (3)增大
5.某研究性学习小组的同学想用220 V交流电源作为某小型电器的电源。他先制作了一个交流变为直流的整流器，但是这个整流器需要用6 V的交流电源，于是他又添置了一台220 V/6 V的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。
(1)他不知道如何接法，也没有相应的说明书。你能帮他判断正确的接法是a、d端接________(选填“220 V”或“6 V”)。
(2)这台220 V/6 V的理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是________匝。
(3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数Na＝80匝和Nb＝160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如下，则接电源的是________(选填“Na”或“Nb”)。
Ua/V 1.80 2.80 3.80
Ub/V 4.00 6.01 8.02
[解析] (1)因为理想变压器的输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R＝ρ知，引线要粗，故a、d接6 V。
(2)根据变压器工作原理知：＝，若理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是11 000匝。
(3)根据变压器工作原理知：＝，本题采用的是降压变压器，所以接电源的应该是匝数多的线圈，所以接电源的是Nb。
[答案] (1)6 V (2)11 000 (3)Nb
考点三 理想变压器的基本规律
6．如图所示，一只理想变压器，原线圈中有一个抽头B，使n1＝n2，副线圈中接有定值电阻R。当原线圈从AC端输入电压为U的正弦交流电压时，副线圈中电流为I，当原线圈从AB端输入电压为U的正弦交流电压时，副线圈中电流为I′。那么I′与I的比值等于( )
A．4∶1 B．1∶4
C．2∶1 D．1∶2
C [当电压由AC端输入改为由AB端输入后，副线圈上的电压加倍，电阻R是定值电阻，所以副线圈中的电流加倍。]
7．如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A．原线圈的输入功率为220 W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为110 V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
B [由题知，变压器的输入电压U1＝ V＝220 V，所以U2＝U1＝110 V；副线圈电流I2＝＝2 A，原线圈电流I1＝I2＝1 A。本题中电压表、电流表的读数为有效值，故B项正确，C项错误；原线圈输入功率P1＝U1I1＝220 W，故A项错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.02 s，故D项错误。]
8．如图所示为理想变压器，三个灯泡L1、L2、L3都标有“5 V 5 W”字样，L4标有“5 V 10 W”字样，若它们都能正常发光，则变压器原、副线圈匝数比n1∶n2和ab间电压应为( )
A．2∶1,25 V B．2∶1,20 V
C．1∶2,25 V D．1∶2,20 V
A [要使得L1、L2、L3和L4都正常发光，副线圈的电压应为10 V。若L1也能正常发光，则原线圈的电流应是副线圈的，所以由＝可知n1∶n2＝2∶1，再由＝可知原线圈的电压为20 V，Uab＝U1＋UL1＝25 V，所以选项A正确。]
9．(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是( )
A．原、副线圈匝数之比为9∶1
B．原、副线圈匝数之比为1∶9
C．此时a和b的电功率之比为9∶1
D．此时a和b的电功率之比为1∶9
AD [设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故＝，＝＝，A正确，B错误；根据公式＝可得＝，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得两者的电功率之比为1∶9，C错误，D正确。]
(建议用时：15分钟)
10.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1 ，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U。原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则( )
A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝
C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝
A [设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则＝＝，故k＝＝。设原线圈两端的电压为U1，则＝＝，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故＋3U＝220 V，解得U＝66 V，选项A正确。]
11．如图所示，理想变压器原线圈接交流电源，副线圈接热水器和抽油烟机，原副线圈的匝数比为5∶1，副线圈上电源的瞬时值u＝220sin 100πt(V)，开关S断开时，电流表示数是1 A，开关S闭合时，电流表示数是1.2 A，下列说法正确的是( )
A．S闭合时，抽油烟机消耗的功率是220 W
B．交流电源输出电压的最大值是1 100 V
C．S闭合时，热水器消耗的功率减小
D．S闭合时，热水器消耗的功率是220 W
A [开关S断开时，电流表示数是I1＝1 A，则通过热水器的电流为5I1＝5 A，S闭合时，电流表示数是1.2 A，则副线圈的电流为5×1.2 A＝6 A，则抽油烟机的电流为6 A－5 A＝1 A，则抽油烟机消耗的功率P＝UI＝220×1 W＝220 W，故选项A正确；根据＝可以知道，交流电源输出电压的最大值是U1＝1 100 V，故选项B错误；S闭合前后，热水器两端的电压不变，故其消耗的功率不变，为P′＝UI＝220×5 W＝1 100 W，故选项C、D错误。]
12．一台理想变压器，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。
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？
(2)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] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。
(2)由＝得：电压表示数为
U2＝U1＝×220 V＝44 V。
电流表示数为I2＝＝ A＝0.44 A。
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W。
效率η＝×100%＝100%。
[答案] (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%
13．如图所示，降压变压器的变压系数是3，即初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比是3∶1。初级线圈的输入电压是660 V，次级线圈的电阻为0.2 Ω，这台变压器供给100盏“220 V 60 W”的电灯用电。求：
(1)空载时次级线圈的端电压和输出功率；
(2)接通电路时次级线圈的端电压；
(3)每盏灯的实际功率。
[解析] (1)设空载时次级线圈的端电压为U2，则
＝
解得U2＝U1＝220 V
因为空载，次级线圈的负载电阻R2→∞，电流I2＝0，则
P＝I2U2＝0。
(2)接通电路后，100盏电灯并联的总电阻为
R外＝＝≈8.07 Ω
次级线圈中的电流
I′2＝＝ A≈26.6 A
次级线圈的端电压
U′2＝I′2R外＝214.66 V。
(3)每盏灯的实际功率
P′＝U′2＝×214.66 W≈57.1 W。
[答案] (1)220 V 0 (2)214.66 V (3)57.1 W
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