2021-2022版高中物理-第五章-交变电流-4-变压器课时练习新人教版选修3-2.doc

2021-2022版高中物理 第五章 交变电流 4 变压器课时练习新人教版选修3-2

2021-2022版高中物理 第五章 交变电流 4 变压器课时练习新人教版选修3-2

年级：
姓名：

- 10 -

变压器
(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.如图所示的四个电路,能够实现升压的是 (　　)

【解析】选D。变压器只能对交变电流变压,不能对直流电变压,故A、B错误;由于电压与线圈匝数成正比,所以D能实现升压,C不能实现升压,故C错误、D正确。
2.如图所示,理想变压器原线圈匝数为n1=1 000 匝,两个副线圈匝数分别为n2=50 匝和n3=100 匝,L1是“6 V　2 W”的灯泡,L2是“12 V　4 W”的灯泡,当原线圈接正弦交变电流时,两灯泡均正常发光,那么原线圈中的电流为 (　　)

A. A　　　B. A　　　C. A　　　D. A
【解析】选C。由电压关系==,解得U1=120 V,原线圈的输入功率为P入=U1I1=PL1+PL2,解得I1= A,故C正确。
3.用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V,通过负载的电流随时间变化的图象如图所示,则 (　　)

A.变压器输入功率约为3.9 W
B.输出电压的最大值是110 V
C.变压器原、副线圈的匝数比是1∶2
D.负载电流的函数表达式i=0.05sinA
【解析】选A。变压器的输入功率等于输出功率,等于输出电压的有效值与输出电流的有效值的乘积,所以P=UI=110 V× A≈3.9 W,A对;输出电压的有效值是110 V,最大值是110 V,所以B错;变压器原、副线圈匝数之比是2∶1,C错;负载电流的函数表达式是i=0.05sin(100πt)A,D错。
4.如图甲、乙所示电路中,当A、B接10 V交变电压时,C、D间电压为4 V,M、N接10 V直流电压时,P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交流,P、Q接4 V直流,下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压 (　　)

A.10 V　10 V　　　　　　B.10 V　4 V
C.4 V　10 V D.10 V　0
【解析】选B。题图甲是一个自耦变压器,当A、B作为输入端,C、D作为输出端时,是一个降压变压器,两边电压之比等于两边线圈的匝数之比,当C、D作为输入端,A、B作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所以C、D接4 V交流时,A、B间将得到10 V交流。题图乙是一分压电路,当M、N作为输入端时,上、下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比。但是当把电压加在P、Q两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻中没有电流,两端也就没有电势差,即M、P两点的电势相等。所以当P、Q接4 V直流时,M、N两端的电压也是4 V。
【加固训练】
在变电所里,需要用交流电流表去检测电路上的强电流,由于电网中的电流通常会超出一般电流表的量程,因此常使用电流互感器。下列能正确反映电流互感器工作原理的是 (　　)

【解析】选B。由理想变压器的原副线圈的电流之比可知,电流与匝数成反比。则电流互感器应串联接入匝数较多的线圈上。同时一次绕组匝数很少,且串在需要测量的电流的线路中。所以B正确;故选B。
5.如图所示,理想变压器的原线圈接入u=11 000 sin100πt V的交变电压,副线圈通过电阻r=6 Ω的导线对“220 V　880 W”的电器RL供电,该电器正常工作。由此可知 (　　)

A.原、副线圈的匝数比为50∶1
B.交变电压的频率为100 Hz
C.副线圈中电流的有效值为4 A
D.变压器的输入功率为880 W
【解析】选C。根据接入电压u=11 000sin100πt V,输入电压有效值为
11 000 V,要使“220 V　880 W”的电器正常工作,则通过用电器的电流为I==
4 A,副线圈输出电压为U出=Ir+U=4×6 V+220 V=244 V,原、副线圈匝数比等于输入电压与输出电压之比为2 750∶61,A错误,C正确;交流电的频率f==
Hz=50 Hz,B错误;变压器的输出功率P出=+Pr=880 W+42×6 W=976 W,D错误。
6.如图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图,它们所用灯泡相同,且规格都是“220 V　40 W”,当灯泡所消耗的功率都调为20 W时,哪种台灯消耗的功率最小 (　　)

【解析】选C。C图为理想变压器调节电压,而理想变压器不消耗能量,A、B、D三图中均利用电阻来调节灯泡上的电压,故一定会多消耗能量。C正确。
二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)图甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的u-t 图象如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。

(1)请写出原线圈输入电压瞬时值Uab的表达式。
(2)求只在ce间接400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1。
(3)求ce和de间线圈的匝数比。
【解析】(1)由原线圈中交变电压的u-t图象可知
ω=200πrad/s
电压瞬时值表达式Uab=400sin200πt(V)。
(2)电压有效值U1==200 V
理想变压器P1=P2
原线圈中的电流I1=≈0.28 A。
(3)设ab间匝数为n1,根据变压器规律有=,=
由题意有:=,联立可得:=。
答案:(1)Uab=400sin 200πt(V)　(2)0.28 A　(3)
8.(12分)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上,向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电,使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,使副线圈电路中电流超过12 mA时,熔丝就熔断。

(1)熔丝的熔断电流是多大?
(2)当副线圈电路中电流为10 mA时,变压器的输入功率是多大?
【解析】(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2,I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,则U1I1=U2I2。
当I2=12 mA时,I1即为熔断电流,
I1=I2≈0.98 A。
(2)当副线圈电流为I′2=10 mA时,
设变压器的输入功率为P1,
则P1=P2=I2′U2=180 W。
答案:(1)0.98 A　(2)180 W
(15分钟·40分)
9.(6分)(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,保持输入电压不变。开始时单刀双掷开关K接a;S断开时,小灯泡A发光较暗,要使小灯泡A亮度增加,下列操作可行的是 (　　)

A.闭合开关S
B.开关K接b
C.把滑动变阻器滑片向左移动
D.把滑动变阻器滑片向右移动
【解析】选B、D。闭合开关S,根据串联电路的规律可知,副线圈回路电阻变小,根据理想变压器电压和匝数的关系可知,输入电压不变,则输出电压不变,根据闭合电路欧姆定律可知,输出电流变大,滑动变阻器上的分压增大,灯A两端电压变小,灯泡A变暗,A选项错误;开关K接b,原线圈匝数减小,输出电压增大,灯泡A中电流增大,灯泡A变亮,B选项正确;把滑动变阻器滑片向左移动,副线圈回路总电阻变大,副线圈两端电压不变,总电流变小,灯泡A两端的电压变小,灯泡A变暗,C选项错误;把滑动变阻器滑片向右移动,副线圈回路总电阻变小,总电流变大,灯泡A两端的电压变大,灯泡A变亮,D选项正确。
10.(6分)如图所示,L1和L2是高压输电线,甲、乙是两只互感器,若已知n1∶n2=
1 000∶1,n3∶n4=1∶100,图中电压表示数为220 V,电流表示数为10 A,则高压输电线的送电功率为 (　　)

A.2.2×103 W
B.2.2×10-2 W
C.2.2×108 W
D.2.2×104 W
【解析】选C。根据图甲可得,高压输电线的送电电压U=U甲=220 kV;根据图乙可得,送电电流I=I乙=1 000 A;所以高压输电线的送电功率P=UI=220 kV×
1 000 A=2.2×108 W,C正确。
11.(6分)如图所示,匝数为100的矩形线圈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以角速度ω=10πrad/s匀速转动,线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连,变压器的副线圈接入一只“12 V　12 W”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.变压器原、副线圈匝数之比为10∶1
C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 V
D.若将灯泡更换为“12 V　24 W”且保证其正常发光,需要增大矩形线圈的转速
【解析】选B。通过灯泡的交流电的频率f==(Hz)=5 Hz,故A错;变压器原线圈两端电压U1=== V=120 V,原、副线圈匝数之比等于原、副线圈电压之比,即===10∶1,故B正确;矩形线圈产生的电动势的最大值为120 V,故C错;增大线圈的转速会增大原线圈两端电压,在变压器原、副线圈匝数之比不变时,会使得副线圈两端电压增大,故D错误。
【加固训练】
　　(多选)如图所示,理想变压器原线圈接电压为220 V的正弦交流电,开关S接1时,原副线圈的匝数比为11∶1,滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω,电压表和电流表均为理想电表,下列说法正确的有 (　　)

A.变压器输入功率与输出功率之比为1∶1
B.1 min内滑动变阻器产生的热量为40 J
C.仅将S从1拨到2,电流表示数减小
D.仅将滑动变阻器的滑片向下滑动,两电表示数均减小
【解析】选A、C。根据理想变压器的特点可知,变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1,故A正确。原、副线圈的电压与匝数成正比,所以副线圈两端电压为U2=U1=×220 V=20 V,则1 min内产生的热量为Q= t=×60 J=2 400 J,故B错误。若只将S从1拨到2,副线圈的电压减小,副线圈电流减小,原线圈电流即电流表示数减小,故C正确。将滑动变阻器滑片向下滑动,接入电路中的阻值变大,电流表的示数变小,但对原、副线圈两端的电压无影响,即电压表的示数不变,故D错误;故选A、C。
12.(22分)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I′1等于多少?
【解析】把电压表看作一匝线圈,应用匝数之比等于电压之比求原线圈匝数;电流根据输入功率等于输出功率U1I1=U2I2;应用欧姆定律和输入功率等于输出功率求副线圈电流,再根据输入功率等于输出功率求原线圈电流。
(1)由电压与变压器匝数的关系可得: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I′2,
则I′2==10 A
由U1I1=U2 I′2
得:I′1= A
答案:(1)825匝　(2) A　(3) A
【加固训练】
如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为k,输出端接有一交流电动机,此电动机线圈的电阻为R。当原线圈两端接有正弦交变电流时,变压器的输入功率为P0,电动机恰好能带动质量为m的物体以速度v匀速上升,此时理想交流电流表A的示数为I。若不计电动机的机械能损耗,重力加速度为g,则下列说法正确的是 (　　)

A.电动机输出的机械功率为P0
B.变压器的输出功率为mgv
C.副线圈两端电压的有效值为
D.整个装置的效率为
【解析】选D。电动机的输出功率全部对物体做功转化为物体的机械能,所以电动机输出的机械功率为mgv,所以A错误。变压器的输出功率和输入功率相等,所以输出功率大小为P0,所以B错误。变压器的输出功率和输入功率相等,所以P0=UI,所以副线圈两端电压的有效值为,所以C错误。输出的总功率为mgv,输入的总功率为P0,所以整个装置的效率为,所以D正确。故选D。