物理选择性必修 第二册3 变压器测试题

3.3 变压器

一、选择题(本题共4小题，每题7分，共28分)

1．(多选)如图所示，两个相同的灯泡A、B，分别接在理想变压器的原、副线圈上(灯泡电阻不随温度变化)，已知原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，电源电压为U，则(　BC　)

A．通过灯泡A、B的电流之比IA∶IB＝2∶1

B．灯泡A、B两端的电压之比UA∶UB＝1∶2

C．灯泡A、B两端的电压分别为UA＝U，UB＝U

D．灯泡A、B消耗的功率之比PA∶PB＝1∶1

解析：通过灯泡的电流分别为变压器原、副线圈的电流，IA∶IB＝n2∶n1＝1∶2。故A错；因为是相同的两个灯泡，所以灯泡两端的电压比等于电流比，等于1∶2。故B对；因为B灯泡两端电压为副线圈输出电压，则原线圈电压是U1＝UB＝2UB。故A灯泡两端电压UA＝UB，由于A灯泡跟原线圈串联在电源电压上，即UB＋2UB＝U，所以UB＝U，UA＝U。故C对；因为是相同的两个灯泡，所以消耗的功率比等于电流的平方比，即PA∶PB＝1∶4。故D错。

2．(多选)如图所示，水平铜盘置于磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强磁场中，铜盘的边缘及中心处分别通过滑片与一理想的自耦变压器的原线圈A、B端相连，变压器副线圈C、D两端与一额定电压不很高的小灯泡L相接，各处导线接触良好，所用器材均完好无损。当铜盘绕过圆心的竖直轴以角速率ω做匀速圆周运动时，小灯泡没有发光。为使小灯泡能发出光来，下列措施可行的是(　AD　)

A．逐渐增大角速度ω

B．将自耦变压器的滑动触头P顺时针转过一适当的角度

C．将自耦变压器的滑动触头P逆时针转过一适当的角度

D．不断变换铜盘的转动方向

解析：题图左边实际上是一个简单的发电机。当铜盘转动时，每一辐条(直径)均将切割磁感线产生感应电动势，电动势的大小与磁感应强度B、铜盘的半径R、铜盘转动的角速度ω有关。如果铜盘转动的角速度不变，则盘心与盘边有稳定的电压输出，此时，相当于自耦变压器原线圈A、B两端接了一个稳定的直流电源，故铁芯中没有变化的磁通量，自耦变压器副线圈C、D两端的输出电压为零。故A对，B、C错；如果不断变换铜盘的转动方向，盘心与盘边的电势高低将不断发生变化，从而C、D两端有一定的电压输出，小灯泡L有可能发出光来。故D对。

3．(多选)某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个可看作理想的小变压器给一个灯泡供电，电路如图，当线圈以较大的转速n匀速转动时，额定电压为U0的灯泡正常发光，电压表示数是U1。已知线圈电阻是r，灯泡电阻是R，则有(　BC　)

A．变压器输入电压的瞬时值是u＝U1sin 2πnt

B．变压器的匝数比是U1：U0

C．电流表的示数是

D．线圈中产生的电动势最大值是Em＝U1

解析：线圈以较大的转速n匀速转动，所以ω＝2πn，变压器输入电压的瞬时值u＝U1sin2πnt，故 A错误；电压与匝数成正比，所以变压器的原副线圈的匝数比是U1：U0，故B正确；理想变压器的输入功率和输出功率相等，灯泡正常发光时电功率为P＝，所以输入功率为P＝，电流表的示数是I1＝＝，故C正确；由于线圈有内阻r，故线圈中产生的电动势有效值大于U1，最大值也就大于U1，故D错误。故选BC。

4．(多选)如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数之比n1：n2＝10：1。电阻R＝5Ω，L1、L2、L3为三个完全相同的小灯泡，S1、S2为开关，变压器原线圈输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1闭合，S2断开，此时L1正常发光。下列说法正确的是(　BC　)

A．输入电压u的瞬时值表达式为u＝10sin5πt(V)

B．R消耗的电功率为0.1 W

C．若S1、S2均闭合，三个小灯泡均正常发光

D．若S1、S2均断开，三个小灯泡均正常发光

解析：由图可知周期T＝0.2 s，则有ω＝10π rad/s，所以输入电压u的表达式应为 u＝10sin 10πt(V)，故A错误；将S1闭合，S2断开，此时原线圈两端电压为U1＝V＝5 V，根据变压器的电压与匝数关系，可知电阻R电压有效值为U2＝U1＝ V，R消耗的电功率为P＝＝0.1 W，故B正确；将S1闭合，S2断开时，小灯泡L2与L3短路，此时小灯泡L1两端电压等于U2＝ V，正常发光；若S1、S2均闭合，三个小灯泡并联，此时三个小灯泡两端电压都等于 V，正常发光；若S1、S2均断开，三个小灯泡串联，此时三个小灯泡两端电压都等于× V＝ V，不能正常发光，故C正确，D错误。

二、非选择题

5．(12分)如图所示，矩形线圈abcd匝数n＝100匝、面积S＝0.5 m2、电阻不计，处于磁感应强度B＝ T的匀强磁场中。线圈通过金属滑环E、F与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接一只“10 V,10 W”灯泡。接在矩形线圈和原线圈间的熔断器的熔断电流的有效值I＝1.5 A、电阻忽略不计，现使线圈abcd绕垂直于磁场方向的轴OO′以角速度ω＝10 rad/s匀速转动，灯泡正常发光。求：

(1)线圈abcd中电动势的有效值；

(2)变压器原、副线圈匝数之比；

(3)副线圈中最多可以并联多少盏这样的灯泡。

答案：(1)50 V　(2)5：1　(3)7

解析：(1)电动势最大值Em＝nBSω＝50 V，电动势有效值E＝＝50 V。

(2)原线圈输入电压U1＝E，副线圈输出电压U2＝10 V，原、副线圈匝数之比：＝＝＝。

(3)在熔断器未熔断情况下，原线圈最大输入功率P1m＝I1mU1，

副线圈最大输出功率：P2m＝P1m，灯最多盏数：n＝＝7.5。

故最多可以并联7盏这样的灯。