第3章　交变电流与远距离输电 第3节　科学探究 变压器 试卷

第3节　科学探究:变压器

课后篇巩固提升

必备知识基础练

1.(2020河南郑州106中学期中)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

解析由,得,所以n1=1 100匝。

当U2'=30 V时,,

所以n2'=150匝,故Δn2=n2'-n2=120匝。

答案A

2.(多选)(2021广东茂名五校联盟联考)如图所示,理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2=5∶1,副线圈中接一线圈内阻为10 Ω的电动机,电压表和电流表均为理想交流电表,当原线圈接上如图乙所示的正弦交流电时,电流表A2的示数为1 A,则下列说法正确的是(　　)

A.交变电流的频率为50 Hz

B.电动机的输出功率为10 W

C.电流表A1的示数为5 A

D.电压表的示数为220 V

解析由图乙可如交变电流的周期为0.02 s,则频率f=50 Hz,A项正确;由得U2=44 V,则电动机的输出功率P出=U2I2-R=34 W,B项错误;由得,I1=0.2 A,C项错误;电压表的示数应为有效值,则电压表的示数为220 V,D项正确。

答案AD

3.

(2020安徽安庆期中)一理想自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈,在c、d间接定值电阻R。在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)

A.U2>U1,U2降低

B.U2>U1,U2升高

C.变压器输入功率增大

D.变压器输入功率减小

解析根据变压器的电压关系有,当滑动触头M顺时针转动时,即n2减小时,电压U2应该减小,即降低,由于n2<n1,所以U2<U1,故A错误,B错误;由于电压U2减小,所以定值电阻上的电压减小,则定值电阻消耗的电功率减小,由于是理想变压器,所以变压器的输入功率也减小,故C错误,D正确。

答案D

4.

(2020北京海淀高三上学期期末)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,通过原、副线圈中的电流分别为I1、I2。若保持n1、n2和U1不变,且闭合开关S后两灯泡均能发光。将开关S由闭合变为断开,则(　　)

A.U2增大 

B.I1减小

C.I2增大 

D.变压器的输入功率增大

解析根据可知U2不变,选项A错误;将开关S由闭合变为断开,则次级电阻变大,次级电流I2减小,则初级电流I1减小,选项B正确,C错误;变压器的输出功率P2=I2U2减小,则输入功率减小,选项D错误。

答案B

5.

(多选)如图所示,可调理想变压器原线圈接交变电流,副线圈通过滑动触头P可改变其匝数。下列说法正确的是(　　)

A.仅增大R的阻值,通过灯泡L的电流将变大

B.仅增大R的阻值,通过灯泡L的电流将变小

C.仅将滑动触头P向下滑动,灯泡L两端的电压将变大

D.仅将滑动触头P向下滑动,灯泡L两端的电压将变小

解析仅增大电阻R时,由于匝数不变,输出电压不变,则由欧姆定律可知,通过灯泡的电流减小,故A错误,B正确;滑动触头向下滑动时,输出端匝数减小,则输出电压减小,灯泡两端的电压减小,故C错误,D正确。

答案BD

6.

(多选)(2020湖南怀化高三上学期期末)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片。保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是(　　)

A.P向下滑动时,灯L变亮

B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变

C.P向上滑动时,变压器的输入电流减小

D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大

解析由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡电压没有影响,故灯泡亮度不变,则选项A错误;滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,故选项B正确;滑片P上滑,电阻减小,电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,故选项C错误;此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,故选项D正确。

答案BD

7.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=4∶1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,电流表A1的示数是12 mA,则电流表A2的示数为多大?

解析导体棒向左匀速切割磁感线时,在线圈n1中通过的是恒定电流,不能引起穿过副线圈的磁通量的变化,在副线圈上无感应电动势出现,所以A2中无电流通过。

答案A2中无电流通过

关键能力提升练

8.

(2021河北衡水中学联考)如图所示电路中,电阻a、b、c、d的阻值均为r,其他电阻不计,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,M、N间输入的正弦式交变电流的电压有效值为U,则电阻a中的电流有效值大小为(　　)

A. B. C. D.

解析设电阻c中的电流为I,则副线圈两端的电压U2=Ir,流过副线圈的电流I2=2I;由,得原线圈两端电压U1=2Ir,流过原线圈的电流I1=I,则流过电阻b的电流Ib==2I,流过电阻a的电流Ia=I1+Ib=3I,电阻a两端的电压Ua=Iar=3Ir,又U=Ua+U1=5Ir,得Ia=,B正确。

答案B

9.

(多选)(2020江西南昌三中第三次模拟)如图所示为某变压器对称铁芯的示意图,已知原线圈匝数n1=40匝,副线圈匝数n2=20匝,电阻R1=40 Ω,电阻R2=25 Ω。则下列说法正确的是(　　)

A.当原线圈接入正弦交流电时,R1、R2消耗的电功率之比为2∶5

B.当原线圈接入正弦交流电时,R1、R2消耗的电功率之比为1∶10

C.原线圈接入交流电压“u=220sin ωt V”时,R1上的电压为20 V

D.原线圈接入交流电压“u=220sin ωt V”时,R2上的电压为50 V

解析因该变压器通过副线圈的磁通量是通过原线圈磁通量的一半,则,故,根据P=I2R得:,故A错误,B正确;原线圈接入交流电压u=220sin ωt V时,U=220 V,设R1两端电压为U1',R2两端电压为U2',则有:,解得:U1'=20 V,U2'=50 V,故C、D正确。

答案BCD

10.

(多选)(2020广东五华高三上学期期末)如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2、L3,输电线的等效电阻为R,原线圈接有一个理想电流表,开始时,开关S接通,当S断开时,以下说法中正确的是(　　)

A.等效电阻R上消耗的功率变小

B.原线圈两端间的输入电压减小

C.原线圈中电流表示数减小

D.灯泡L1、L2变暗

解析电流表是理想的电流表,所以原线圈两端输入电压不变,当S断开后,副线圈上的总电阻增大,电流减小,根据P=I2R知等效电阻R上消耗的功率变小,A正确,B错误;当S断开后,副线圈上的总电阻增大,电流减小,根据变压器原副线圈电流关系:n1I1=n2I2,可知输入电流也减小,C正确;由于电流减小,输电线上电压损失减小,总的输出电压不变,所以灯泡L1和L2两端电压增大,变亮,D错误。

答案AC

11.(多选)(2020全国卷Ⅲ)在图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是(　　)

甲

乙

A.所用交变电流的频率为50 Hz

B.电压表的示数为100 V

C.电流表的示数为1.0 A

D.变压器传输的电功率为15.0 W

解析本题以理想变压器为背景,意在考查变压器原理和描述交变电流的物理量。由题图乙可得,交变电流的周期T=0.02 s,频率为f==50 Hz,选项A正确;R2中电流的最大值为 A,电流的有效值为I2==1 A,R2与R3并联,两端电压相等,I2R2=I3R3,因为R2的电阻为R3的一半,所以R3电流的有效值为0.5 A,电流表示数为0.5 A,选项C错误;副线圈的电压为U2=I2R2=10 V,根据可得,原线圈电压的有效值为U1=100 V,电压表的示数为220 V-100 V=120 V,选项B错误;副线圈的总功率为P2=R2+R3=15.0 W,原线圈的功率也为15.0 W,选项D正确。

答案AD

12.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图像如图乙所示。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)由题图乙知ω=200π rad/s,电压瞬时值uab=400sin 200πt 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=,解得I1=0.28 A。

(3)设ab间匝数为n1,则,同理,由题意知,联立以上各式得,代入数据得。

答案(1)uab=400sin 200πt V　(2)0.28 A

(3)

13.如图所示,理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,交流电源电压u1=311sin 100πt V,F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝,负载为一可变电阻。

(1)当电阻R=100 Ω时,保险丝能否被熔断?

(2)要使保险丝不被熔断,电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?

解析原线圈电压的有效值为U1= V=220 V,由得副线圈两端的电压U2=U1=×220 V=110 V。

(1)当R=100 Ω时,副线圈中电流I2= A=1.10 A,由U1I1=U2I2得原线圈中的电流为I1=I2=×1.10 A=0.55 A,由于I1<I0(熔断电流),故保险丝不会熔断。

(2)设电阻R取某一值R0时,原线圈中的电流刚好达到熔断电流,即I1'=1.0 A,则副线圈中的电流为I2'=I1'=2×1.0 A=2.0 A,电阻R的阻值为R0= Ω=55 Ω,此时变压器的输出功率为P2=I2'U2'=2.0×110 W=220 W,可见,要使保险丝F不被熔断,电阻R的阻值不能小于55 Ω,变压器输出的电功率不能超过220 W。

答案(1)不会熔断　(2)55 Ω　220 W