鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 科学探究:变压器当堂检测题

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课时素养评价

九　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.理想变压器正常工作时，在其两侧的原、副线圈中不一定相同的物理量是

 (　　)

A.交流电的频率　　　　    B.输入、输出功率

C.磁通量的变化率      D.电压的最大值

【解析】选D。理想变压器原、副线圈中交流电的频率相同，磁通量的变化率相同，电压不一定相同，功率相同，则D正确，A、B、C错误。

2.如图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是

 (　　)

A.线圈匝数n1<n2，n3<n4

B.线圈匝数n1>n2，n3>n4

C.甲图中的电表是电流表，输出端不可短路

D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路

【解析】选D。甲并联在电路中是电压互感器，电路中是强电压，通过变压器变成弱电压，用电压表测量，因为电压之比等于线圈匝数比，所以n1>n2，A错误；由图可以知道，乙串联在电路中是电流互感器，电路中是强电流，通过变压器变成弱电流，用电流表测量，因为电流之比等于线圈匝数的倒数比，所以n3<n4，故B错误；甲图中的电表是电压表，副线圈电流较大，输出端不可以短路，故C错误；乙图中的电表是电流表，输出端不可以断路，所以D项是正确的。

【总结提升】区分电压互感器和电流互感器的方法

(1)从原线圈的连接方式上看，电流互感器应串联在电路中，电压互感器应并联在电路中。

(2)从原、副线圈的匝数上看，电流互感器原线圈的匝数n1小于副线圈的匝数n2，电压互感器原线圈的匝数n1大于副线圈的匝数n2。

【补偿训练】

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。由电流互感器知高压输电线中电流I=1 000 A，由电压互感器知高压U=220×103 V，则高压输电线功率P=UI=2.2×108 W。

3.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝，原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别为              (　　)

A.380 V和5.3 A　　　　    B.380 V和9.1 A

C.240 V和5.3 A      D.240 V和9.1 A

【解析】选B。由理想变压器原、副线圈中电压、电流及功率关系可得：=，=，U1I1=P2。所以，当变压器输出电压调至最大时，副线圈的匝数也最大，为n2=1 900匝，负载R上的功率也最大，为2.0 kW，则U2=U1=×220 V=380 V，I1== A≈9.1 A，故选项B正确。

4.如图所示，T为理想变压器，A1、A2为交流电流表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时

 (　　)

A.A1的读数变大，A2的读数变大

B.A1的读数变大，A2的读数变小

C.A1的读数变小，A2的读数变大

D.A1的读数变小，A2的读数变小

【解析】选A。当滑动触头下移时，R3变小，R总变小，I=，U不变，I变大，由原、副线圈中电流与匝数成反比，可知A1的示数变大，U并=U-UR1变小，通过R2的电流变小，IA2=I-IR2变大，A2的示数变大。则A正确，B、C、D错误。

5.如图所示，两个相同变压器的副线圈接有相同的灯泡L1、L2，原线圈接有定值电阻R，导轨和金属棒MN的电阻不计。现使金属棒沿轨道向右匀速运动，图乙中金属棒移动速度大于图甲中金属棒的移动速度，则在棒运动的过程中

 (　　)

A.L1、L2都发光，L2比L1亮

B.L1、L2都不发光

C.L2发光，L1不发光

D.L1发光，L2不发光

【解析】选D。变压器只改变交变电流的电压，不改变恒定电流的电压，在金属棒MN移动的过程中，题图甲中金属棒产生的电动势发生变化，其原线圈中的电流是变化的，故L1两端会产生电压，L1亮；而题图乙中导体棒产生的电动势不变化，其原线圈中的电流是不变的，故L2两端没有电压，L2不亮，故D正确，A、B、C错误。

6.如图中B为理想变压器，接在交变电压有效值保持不变的电源上，指示灯泡L1和L2完全相同(其阻值均恒定不变)，R是一个定值电阻，电压表、电流表都是理想电表。开始时开关S是闭合的，当S断开后，下列说法正确的是

 (　　)

A.电流表A2的示数变大　　   B.电压表的示数变大

C.电流表A1的示数变小     D.灯泡L1的亮度变暗

【解析】选C。S断开后相当于负载减少，总电阻增大，副线圈中电流减小，原线圈中的电流也减小，故A错误、C正确；副线圈电流减小，因此定值电阻的分压减小，但副线圈两端的电压不变，所以灯泡L1的两端电压变大，亮度变亮，故B、D错误。

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.(10分)如图，理想变压器原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡LA和LB，小灯泡LA的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30 Ω，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A。

(1)原、副线圈的匝数比为多少？

(2)流过灯泡LB的电流为多少？

【解析】(1)U1=10 V，根据小灯泡正常发光，则

U2==3 V，==。

(2)=，所以I2=I1=0.3 A，

IA==0.1 A，IB=I2-IA=0.2 A。

答案：(1)10∶3　(2)0.2 A

8.(14分)如图所示，理想变压器的交流输入电压U1=220 V，有两组副线圈，其中n2=36匝，标有“6 V　9 W”“12 V　12 W”的灯泡分别接在两副线圈上，均正常发光。求：

(1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3；

(2)原线圈中电流I1。

【解析】(1)由于两灯泡均正常发光，所以有U2=6 V，U3=12 V。

根据原、副线圈电压与匝数的关系，由=、=，得

n1=n2=×36 匝=1 320匝，

n3=n2=×36 匝=72匝。

(2)由于P入=P出，P出=P2+P3，所以P入=P2+P3。

即I1U1=P2+P3，则I1== A≈0.095 A。

答案：(1)1 320匝　72匝　(2)0.095 A

　　　　　　　 (15分钟·40分)

9.(7分)(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B、D。由=，P出=可得P出=，又因为P入=P出，所以P入=，分析可得B、D正确，A、C错误。

10.(7分)(多选)如图所示，理想变压器原线圈接入电压有效值恒定的正弦交流电，副线圈接一定值电阻R。调节触头P，使副线圈匝数变为原来的一半，则调节前后              (　　)

A.原线圈中的电流之比为4∶1

B.副线圈中的电流之比为2∶1

C.变压器的输入功率之比为4∶1

D.变压器的输出功率之比为1∶2

【解析】选A、B、C。使副线圈匝数变为原来的一半，即n′2=，根据公式=及=，可得副线圈两端的电压变为原来的，所以副线圈中的电流变为原来的，B正确；根据公式=及=，可得=，原线圈中的电流将变为原来的，所以A正确；根据P=I2R，副线圈中消耗的电功率变为原来的，所以调节前后变压器的输出功率之比为4∶1，理想变压器的输出功率和输入功率相等，所以C正确，D错误。

11.(7分)(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈中心的接头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1=220sin100πt(V)，则(　　)

A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22 V

B.当t= s时，电压表V0的读数为220 V

C.单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小

D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小

【解析】选B、C。当单刀双掷开关与a连接时，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，副线圈输出电压为U2=22 V，但电压表V1的示数小于U2，故A错误；因电压表V0在任何时刻的读数皆为有效值，此线圈两端电压有效值是220 V，故B正确；单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，由于副线圈的输出电压U2=U1不变，滑动变阻器的电阻变大，电路的总电阻变大，所以电流表示数变小，定值电阻两端电压变小，由于副线圈输出电压不变，则R两端电压变大，即电压表V1示数增大，故C正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变为5∶1，副线圈输出电压U2变大，电流表和电压表V1的示数均变大，故D错误。

12.(19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U2为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=2 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)当开关S闭合时，电流表A1的示数I1′为多少？

【解析】(1)由电压与变压器匝数的关系可得：

==U，则n1=1 650(匝)。

(2)当开关S断开时，有：

U1I1=U2I2，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′，有R′==22 Ω，副线圈中的总电流为I2′，则I2′==10 A。由U1I1′=U2I2′可知，I1′== A。

答案：(1)1 650匝　(2) A　(3) A

【补偿训练】

如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1=1 100，接入电压U1=220 V的电路中。

(1)要求在两组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)变压器电压比等于匝数比==，有==，

所以n2=30匝，n3=550匝。

(2)两组副线圈上电压分别为U2=6 V，U3=110 V，在两副线圈上分别接上“6 V，20 W”“110 V，60 W”的两个用电器时，这两个用电器都能正常工作，所以这两个用电器实际消耗的功率就为20 W和60 W。

又因为理想变压器的输入功率等于输出功率，所以P1=P2+P3。

即I1·U1=20 W+60 W=80 W，因为U1=220 V，所以I1=0.36 A。

答案：(1)n2=30匝　n3=550匝　(2)0.36 A