高中第三章 交变电流3 变压器优秀课时作业

3.3变压器人教版（   2019）高中物理选择性必修二同步练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1. 某电学研究小组根据电工技术中钳形电流测量仪工作原理，自制了一个的钳形电流表如图所示，铁芯左侧绕有匝数为的线圈，并与电流表组成闭合电路。某次进行测量时，钳口打开，把被测的通电导线放在钳口中间，通过电流表可以间接测出导线中的电流。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，则(    )

A. 该测量仪的工作原理是利用自感现象
B. 若电流表中通过的电流为，则导线中的被测电流为
C. 若导线中通过的是直流电，电流表中通过的电流是
D. 若铁芯左侧多绕几圈导线，则电流表的示数变大

2. 图甲为原、副线圈匝数比的理想变压器，为定值电阻，为光敏电阻光照越强电阻越小，为电阻不变的灯泡，电流表和电压表均为理想交流电表，变压器的原线圈两端接有按图乙所示的正弦式交变电压，下列说法正确的是(    )

A. 图乙交变电压的表达式为
B. 在时，示数为，示数为
C. 电键闭合后，电流表示数减小
D. 电键闭合后，增加的光照强度，灯泡变暗

3. 如图所示为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为，原线圈接有交流电压，图中电压表和电流表均为理想交流电表，为负温度系数的热敏电阻即当温度升高时，阻值减小，为定值电阻，为电容器．下列说法正确的是(    )

A. 交流电压表的示数是
B. 交流电的频率为
C. 通过的电流始终为零
D. 当处温度升高时，交流电压表的示数不变，交流电流表的示数变大

4. 某农用机械集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机，现在用一台柴油发电机通过升压变压器和降压变压器给灾民临时安置点远距离供电，如图所示，输电导线的电阻为，升压变压器副线圈匝数可调节，变压器均视作理想变压器，当向上移动时，下列说法不正确的是(    )

A. 电压表读数变大 B. 电流表读数变大
C. 电流表读数变小 D. 输电线损失的功率变大

5. 有个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中，电源输出电压恒定不变，如图所示。若将该线路与交流电源接通，且开关接在位置时，个灯泡发光亮度相同；若将开关接在位置时，灯泡均未烧坏。则下列可能的是(    )

A. 该变压器是降压变压器，原、副线圈匝数比为
B. 该变压器是升压变压器，原、副线圈匝数比为
C. 当接位置时副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变亮
D. 当接位置时副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变暗

6. 如图所示，理想变压器原线圈、两端接人稳定的交流电压，是原线圈的中心抽头，为单刀双掷开关，滑动变阻器的滑片处于变阻器正中间，电表均为理想电表．下列说法中正确的是

A. 只将从驳接到，电流表的示数将减半
B. 只将从驳接到，电压表的示数将减半
C. 只将滑动变阻器的滑片从中点移到最上端，电流表的示数将减半
D. 只将滑动变阻器的滑片从中点移到最上端，、两端输入的功率将为原来的

7. 心电仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压会随着心跳频率发生变化如图所示，心电仪与一理想变压器的初级线圈相连接，扬声器等效为一个定值电阻与一滑动变阻器连接在该变压器的次级线圈则(    )

A. 保持滑动变阻器滑片不动，当变小时，扬声器的功率变大
B. 保持滑动变阻器滑片不动，当变小时，原线圈电流变小
C. 若保持不变，将滑动变阻器滑片向右滑，扬声器获得的功率增大
D. 若保持不变，将滑动变阻器滑片向右滑，副线圈的电流增大

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

8. 如图所示，是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小。理想变压器原、副线圈的匝数比为，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为，则

A. 电压表的示数为
B. 副线圈中交流电的频率为
C. 在天逐渐变黑的过程中，电流表的示数变小
D. 在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变大

9. 一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是，原线圈接入电压的正弦交流电，各元件正常工作，一只理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上，如图所示，电压表和电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是(    )

A. 原、副线圈中的电流之比为
B. 电压表的读数约为
C. 若滑动变阻器接入电路的阻值为，则的功率为
D. 若将滑动变阻器的滑片向上滑动，则两电表读数均减小

10. 如图为一理想变压器，为单刀双掷开关，为滑动变阻器的滑动触头，为加在原线圈两端的电压，为原线圈中的电流强度，则(    )

A. 保持及的位置不变，由合到时，将减小
B. 保持及的位置不变，由合到时，消耗的功率增大
C. 保持不变，合在处，使上滑，将减小
D. 保持的位置不变，合在处，若增大，将增大

11. 如图所示，理想变压器接在交流电源上，该交流电源的电压有效值保持不变。灯泡和完全相同阻值不变，是一个定值电阻。闭合开关、，两灯泡正常发光，然后断开，下列判断正确的是(    )

A. 灯泡变暗 B. 电阻两端的电压变小
C. 变压器输入功率不变 D. 变压器原线圈的电流变小

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

12. 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，利用如图所示的可拆变压器能方便地探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。

这个探究过程采用的科学探究方法是________________。

某次实验中得到实验数据如下表所示，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是______________________________________。

原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，分析下列可能的原因，你认为正确的是__________。

A.原、副线圈的电压不同步

B.变压器线圈中有电流通过时会发热

C.铁芯在交变磁场的作用下会发热

D.原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失

为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于_____

A.平面       平面         

C.平面       平面

某同学在完成上述实验后，采用如图所示的电路测量变压器原线圈的电阻阻值较小，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开____________

A.导线       导线

C.开关       导线

13. 有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它由两个带有绝缘外层的铜质导线绕制而成的线圈、组成。

如果把它看成理想变压器，、线圈的匝数比为，则当线圈接在电压为的蓄电池两端以后，线圈的输出电压为____。

如果把它看成理想变压器，则线圈上的交变电流一定具有相同的____。

A.电压

B.电流

C.功率

D.频率

现要测量线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。实验步骤如下：

用长导线绕一个匝数为的线圈作为副线圈代替线圈

把低压交流电源接在线圈，测得线圈的输出电压为

用线圈换下线圈，测得线圈的输出电压为

则线圈的匝数____用物理量、、表示

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

14. 如图所示，理想变压器原线圈中输入电压，副线圈两端电压，输出端连有完全相同的两个灯泡和，绕过铁芯的导线所接的理想交流电压表的示数。求：
     

原线圈的匝数

当开关断开时，电流表的示数，电流表的示数

在情况下，当开关闭合时，电流表的示数。 

15. 如图所示，理想变压器原线圈中输入电压，副线圈两端电压为，输出端连有完全相同的两个灯泡和，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数求：
    
     

原线圈等于多少匝？

当开关断开时，电流表的示数则电流表的示数为多少？

在情况下，当开关闭合时，电流表的示数等于多少？

16. 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为，两个标有“”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表可视为理想的的示数分别是多少？
    

答案和解析

1.【答案】 

【解析】

【分析】
该题考查变压器相关知识。分析好物理情景，熟知钳形电流测量仪工作原理和特点是解决本题的关键。
钳形电流测量仪工作原理是利用互感现象，根据变压器电流与匝数成反比分析。

【解答】
A.钳形电流测量仪的工作原理是利用互感现象，故A错误；
B.原线圈匝数，副线圈匝数，根据，可知导线中的被测电流为，故B正确；
C.导线中通过的是直流电，变压器不工作，故电流表中无电流通过，故C错误；
D.若铁芯左侧多绕几圈导线，则说明副线圈匝数变大，而原线圈电流和匝数不变，根据，可知电流表的示数变小，故D错误。
故选B。  

2.【答案】 

【解析】

【分析】
由变压器原理可得变压器原、副线圈中的电流之比，输入、输出功率之比，和闭合电路中的动态分析类似，可以根据的变化，确定出总电路的电阻的变化，进而可以确定总电路的电流的变化的情况，在根据电压不变，来分析其他的原件的电流和电压的变化的情况。
电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
【解答】
A.原线圈接入如图乙所示，，所以频率为，原线圈接入电压的最大值是，图乙交变电压的表达式为，故A错误；
B. 所以原线圈接入电压的有效值是，理想变压器原、副线圈匝数比为：，示数为，示数加两端的电压为 ，故B错误；
C.电键闭合后，负载电阻减小，副线圈的电流增大，原线圈电流增大，电流表示数增大，故C错误；
D.阻值随光强增大而减小，导致并联部分分压电压减小，电流减小，灯泡亮度变暗，故D正确。
故选D。  

3.【答案】 

【解析】

【分析】
交流电压表测出的是输出电压的有效值，根据变压器原理求出即可；由表达式知，从而求出交流电的频率；处温度升高时，阻值减小，根据负载电阻的变化，可知电流、电压变化。
本题结合了变压器原理以及电路动态分析的基本规律；准确掌握理想变压器的特点及电压、电流比与匝数比的关系，是解决本题的关键
【解答】
解：、原线圈所接交变电压的有效值为：，由 理想变压器的变压比公式为：，可得：，故A错误；
B、由交变电压的瞬时值表达式可知该交变电流的频率为：，故B错误；
C、由于交变电流能对电容器进行充、放电，所以会有充、放电电流通过电阻，故C错误；
D、因变压器为理想变压器，线圈电阻不计，因此，交流电压表的示数不变，当处的温度升高时，其电阻值变小，所以交流电流表的示数变大，故D正确。
故选：。  

4.【答案】 

【解析】

【分析】
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道变压器的电压之比等于匝数之比，在只有一个副线圈的情况下的电流之比等于匝数的反比；知道理想变压器的输出功率决定输入功率且相等
根据变压器原理分析上移时电压的变化，根据电功率的计算公式分析电流的变化、损失电功率的变化。

【解答】

A、由可知，当向上运动时，升压变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数变大，输电电压升高，降压变压器的输入电压和输出电压均变大，电压表示数变大，故A正确，不符合题意；
、的电压变大，电流变大，所以输电线路的电流变大，即电流表的示数变大，故B正确，C错误；
D、变大时、输电线损失的电功率变大，故D正确，不符合题意。
故选C。

5.【答案】 

【解析】

【分析】

考查变压器的工作原理。原线圈上的灯泡和原线圈是串联分压关系，当开关接到上时增大了输入电压。

【解答】

四个灯泡发光程度相同，所以原线圈电流与副线圈电流之比为：，根据可知该变压器是降压变压器，原副线圈匝数比为：，故AB错误；
，接到位置，原线圈输出电压变大，根据电压与匝数的关系可知副线圈电压变大，所以灯泡的电流变大，灯泡仍能发光，但亮度变大，故C正确，D错误。
故选C。

6.【答案】 

【解析】

【分析】
根据瞬时值表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比即可求得结论。
电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
【解答】
B.只将从拨接到，变压器初级线圈匝数减半，次级电压变为原来的倍，故B错误；
A.同时次级消耗的功率变为原来的倍，初级消耗的功率也为原来倍，但电压不变，电流表示数应为原来的倍，故A错误；
C.只将滑动变阻器的滑片从中点移到最上端，变压器次级电阻变为原来的倍，电压不变电流减半，初级电流也减半，故C正确；
D.只将滑动变阻器的滑片从中点移到最上端，电压不变电流减半，则根据和输入功率和输出功率相等，、两端输入的功率变为原来的一半，故D错误。
故选C。  

7.【答案】 

【解析】

【分析】
根据理想变压器的基本关系，结合欧姆定律及电功率公式逐项解答即可。
本题是变压器与电路的综合应用，主要考查理想变压器的基本关系、欧姆定律、电功率公式、变压器的动态分析。
【解答】
保持滑动变阻器滑片不动，当变小时，根据，可知副线圈电压变小，因副线圈电路电阻不变，根据欧姆定律知副线圈电流变小，根据，知原线圈电流变小，设扬声器电阻为，则据知扬声器的功率变小，故A错误，B正确；
若保持不变，根据，可知副线圈电压不变，将滑动变阻器滑片向右滑，则副线圈电路电阻变大，根据欧姆定律知副线圈电流变小，据知扬声器的功率变小，故CD错误。
故选B。  

8.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查交流电中的电路动态变化的分析，与直流电路中的动态分析相同；总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
根据瞬时值表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比即可求得结论．根据光照的变化明确电阻的变化，从而分析电压和电流的变化规律。
【解答】
A.原线圈的电压的最大值为，根据电压之比等于线圈匝数之比可知，副线圈的电压的最大值为，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为，故A错误；
B.副线圈中交流电的频率为，故B正确；
C.在天变黑的过程中，光照变弱，阻值增大；电路的总电阻减大，由于电压是由变压器决定的，输出的电压不变，所以电流变小，电流表的示数变小，故C正确；
D.由于变压器的输入和输出的功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由可知，输出的功率要减小，故输入的功率也要减小，故D错误。
故选BC。  

9.【答案】 

【解析】

【分析】
根据图象可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，二极管的作用是只允许正向的电流通过，再根据电压与匝数成正比即可求得结论。
本题需要掌握变压器的电压之比和匝数比之间的关系，同时对于二极管和滑动变阻器的作用要了解。
【解答】
A.原线圈接入电压为的正弦交流电，原、副线圈的匝数比是：，原、副线圈中的电流与匝数成反比，所以电流之比为：，A错误；
B.原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压为，由于副线圈接着二极管，它具有单向导电性，根据电流的热效应知：解得：，故B正确；
C.由求得电压表两端电压有效值为：有效，则若滑动变阻器接入电路的阻值为，则的功率为，选项C正确；
D.将滑动变阻器滑片向上滑动，接入电路中的阻值变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，则次级电流变大，此时初级电流也变大，所以D错误。
故选BC。  

10.【答案】 

【解析】略
 

11.【答案】 

【解析】

【分析】
理想变压器接在电压有效值不变的交流电源上，变压器的原、副线圈的匝数比不变，则输出电压不变。断开总电阻增大，由此分析的明暗变化、两端的电压以及变压器的输入功率和输出功率的变化。
本题考查变压器的动态分析，难度不大。
【解答】
变压器输入电压和原、副线圈匝数比不变，则输出电压不变；断开后副线圈总电阻增大，副线圈中电流减小，两端电压减小，灯泡两端电压变大，灯泡变亮，故A错误，B正确；
副线圈电压不变，电流减小，因此副线圈的电功率减小，根据变压器的输入功率等于输出功率，可知变压器输入功率变小，又由于原线圈电压不变，故变压器原线圈的电流变小，故C错误，D正确。  

12.【答案】控制变量法； 
在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，即  ； 
；  ；。 

【解析】

【分析】
当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法；
通过分析表中数据可得结论，在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，即。
变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是绕制线圈的铜导线发热损耗俗称铜损、铁芯中的涡流发热损耗俗称铁损、铁芯对磁场的约朿不严密损耗俗称磁损；
为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成；
因为变压器的原线圈在断电时会出现自感现象，据此分析问题。
本题考查“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验内容，一是实验的方法，二是实验原理，三是能量耗损。
【解答】
当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法，探究该物理量与某一个量的关系，本实验中，保持原线圈输入的电压一定，探究副线圈输出的电压与原、副线圈匝数的关系，故选A；
通过分析表中数据可知：在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比与匝数比相等，即；
变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是项中的绕制线圈的铜导线发热损耗俗称铜损、铁芯中的涡流发热损耗俗称铁损、铁芯对磁场的约束不严密损耗俗称磁损，故A错误，BCD正确。
故选BCD。
为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于平面，故D正确，ABC错误。
故选D。
因为变压器的原线圈在断电时会出现自感现象，所以为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开导线，故A正确，BCD错误。
故选A。
故答案为：
控制变量法； 
在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，即  ； 
；  ；。  

13.【答案】 ；； 

【解析】

【分析】
在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象，直流电通过线圈后，无法在线圈中产生感应电流；

理想变压器原副线圈两端的交变电流频率和功率不变，电压和电流大小改变；

根据变压器的原理，电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，分析即可得出结论。
本题考查变压器的原理；要对变压器的原理熟练掌握，要注意变压器只对交变电流有效。
【解答】
在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。故直流电通过线圈后，无法在线圈中产生感应电流，故电压为；
理想变压器原副线圈两端的交变电流频率和功率不变，电压和电流大小改变，但是并不改变交流电的频率，由于是理想变压器，所以原副线圈的功率相等，故AB错误，CD正确；
根据电压比与匝数比的关系可得：，得到线圈的匝数：。

14.【答案】解：由电压与变压器匝数的关系可得：，则匝；
当开关断开时，有：， ；
当开关断开时，有：，
当开关闭合时，设副线圈总电阻为，
有，副线圈中的总电流，
由可知， 。 

【解析】本题关键是明确变压比公式、变流比公式和功率关系，同时要结合欧姆定律列式求解，不难。
把电压表看做一匝线圈，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；
应用欧姆定律和输入功率等于输出功率求副线圈电流，在根据输入功率等于输出功率求原线圈电流。
 

15.【答案】解：由电压与变压器匝数的关系可得：，则匝；
当开关断开时，有：， ；
当开关断开时，有：，
当开关闭合时，设副线圈总电阻为，
有，副线圈中的总电流，
由可知， 。 

【解析】本题关键是明确变压比公式、变流比公式和功率关系，同时要结合欧姆定律列式求解，不难。
把电压表看做一匝线圈，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；
应用欧姆定律和输入功率等于输出功率求副线圈电流，在根据输入功率等于输出功率求原线圈电流。
 

16.【答案】解：由题意，知，，

      根据，可求得电压表的示数， 

      根据，可得电流表的示数。 

【解析】掌握住理想变压器的电压、电流之间的关系，本题即可得到解决。

灯泡正常工作，电压为额定电压，进而求出副线圈电压和电流，再根据变压器原副线圈电压、电流与线圈匝数的关系即可求解，电流表和电压表都是有效值。