高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流3 变压器课堂检测

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流3 变压器课堂检测，共8页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．(2020·河南开封五县期中联考)如图所示，是通过变压器给用户供电的示意图，变压器的输入电压是电网电压，基本稳定，输出电压通过输电线输送给用户。输电线的电阻用R0表示，用变阻器的电阻R表示用户用电器的总电阻，当变阻器的滑动触头P向上移动时，以下说法正确的是( )
A．相当于增加用电器的个数
B．V1的示数随V2示数的增大而增大
C．A1的示数随A2示数的减小而减小
D．变压器的输入功率增大
C [当变阻器的滑动触头P向上移动时，用电器的总电阻增大，相当于并联的用电器数目减少，同时变压器的输入功率减小，由于电网电压u不变，所以两个电压表的示数不变，故选项A、B、D均错误；由于变压器的输出功率决定输入功率，所以A1的示数随A2示数的减小而减小，故选项C正确。]
2．在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图所示，当变压器输入电压发生变化时，可上下调节P1、P2的位置，使输出电压基本稳定在220 V上。现发现输出电压高于220 V，下列措施一定可行的是( )
A．P1不动，将P2向上移
B．P2不动，将P1向上移
C．P1向下移，将P2向上移
D．P1向上移，将P2向上移
B [当P1不动，将P2向上移时，副线圈的匝数增加，输出的电压将会增加，故A错误；当P2不动，将P1向上移时，原线圈的匝数增加，根据电压与匝数成正比可知，此时输出的电压将会减小，故B正确；当将P1向下移，同时P2向上移时，原线圈的匝数减小，副线圈的匝数增加，根据电压与匝数成正比可知，此时输出的电压将会增加，故C错误；当将P1向上移，同时P2向上移时，原线圈的匝数增加，副线圈的匝数增大，根据电压与匝数成正比可知，此时输出的电压不确定，故D错误。]
3．(2020·安徽池州模拟)如图所示，理想变压器的原线圈接有电压为u＝311sin 100πt(V)的交流电。副线圈接有电阻R1和光敏电阻R2(阻值随光照增强而减小)，开关S开始时处于闭合状态，下列说法正确的是( )
A．该交流电的频率为100 Hz
B．当光照变强时，变压器的输入功率减小
C．当滑动触头P向下滑动时，原线圈中电流变大
D．当开关S由闭合到断开，变压器原线圈中电流变大
C [根据原线圈电压的瞬时值表达式，有ω＝100π rad/s，f＝eq \f(ω,2π)＝50 Hz，故A错误；副线圈的功率P2＝eq \f(U\\al( 2,2),R负)，当光照变强时，负载电阻减小，功率增大，原、副线圈功率相等，所以变压器的输入功率增大，故B错误；原、副线圈电压和匝数成正比，当滑动触头P向下滑动时，原、副线圈的匝数比减小，副线圈的电压增大，由欧姆定律知，副线圈中电流增大，则输出功率变大，原线圈中电流变大，故C正确；开关S由闭合到断开，负载电阻增大，由于副线圈电压不变，根据欧姆定律可知，副线圈中电流变小，则原线圈中电流变小，故D错误。]
4．如图所示a、b间接入正弦交流电，理想变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图，R2为热敏电阻，随着温度升高其电阻变小，所有电表均为理想电表，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻。当R2所在处出现火情时，以下说法中正确的是( )
A．V1的示数减小，V2的示数减小
B．V1的示数不变，V2的示数减小
C．A1的示数增大，A2的示数增大
D．A1的示数减小，A2的示数减小
B [当传感器R2所在处出现火情时，R2的电阻减小，导致电路的总的电阻减小，所以电路中的总电流将会增加，A1测量的是原线圈中的总的电流，由于副线圈的电流增大了，所以原线圈的电流A1示数也要增加；由于电源的电压不变，原副线圈的电压也不变，所以V1的示数不变，由于副线圈中电流增大，R3的电压变大，所以V2的示数要减小，即R1的电压也要减小，所以A2的示数要减小，所以B正确，ACD错误。]
5．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1∶10，原线圈接通正弦交流电源，理想电压表V示数为22 V，理想电流表A1示数为5 A，副线圈串联了电阻可忽略的熔断器、理想电流表A2以及虚线框内的某用电器，电路处于正常工作状态，则下列说法正确的是( )
A．原、副线圈的电流频率之比为1∶10
B．熔断器的熔断电流应该小于0.5 A
C．若虚线框内接入电容器，电容器的耐压值至少是220eq \r(2) V
D．若虚线框内接入电动机且正常工作，可知电动机内阻为440 Ω，电流表A2示数为0.5 A
C [根据公式eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可得此时副线圈中的电流为I2＝0.5 A，用电器正常工作，所以熔断器的熔断电流应该大于0.5 A，B错误；理想变压器不改变交流电的频率，故原副线圈的电流频率之比为1∶1，A错误；电容器的耐压值指的是交流电的瞬时值，根据公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可得副线圈中的有效值为U2＝220 V，故副线圈中交流电的最大值为220 eq \r(2) V，所以若虚线框内接入电容器，电容器的耐压值至少是220eq \r(2) V，C正确；若虚线框内接入电动机且正常工作，可求得电动机两端电压以及通过其的电流，但是由于电动机是非纯电阻电器，所以不能用欧姆定律计算，D错误。]
6．如图所示，理想变压器原线圈的匝数n1＝1 500匝，副线圈的匝数n2＝150匝，R0、R1、R2均为定值电阻，原线圈接u＝311sin(100πt)V的交流电源。起初开关S处于闭合状态。下列说法中正确的是( )
A．电压表示数为22 V
B．当开关S断开后，电压表示数变小
C．当开关S断开后，电流表示数变大
D．当开关S断开后，变压器的输出功率减小
D [原线圈中交流电的有效值U1＝eq \f(311,\r(2)) V≈220 V，根据eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)得：副线圈的输出电压U2≈22 V，则电压表示数eq \f(U2,R0＋\f(R1R2,R1＋R2))·eq \f(R1R2,R1＋R2)，知小于22 V，A错；当开关S断开后，总电阻增大，故副线圈中电流I2减小，则R0两端电压U0减小，R1两端电压U2－U0增大，即电压表的示数增大，变压器的输出功率P2＝U2I2减小，根据P1＝P2，即U2I2＝U1I1，知电流表的示数I1减小，综上B、C错，D对。]
7．如图甲、乙所示的电路中，当A、B接10 V交流电压时，C、D间电压为4 V；当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交流电压，P、Q接4 V直流电压，则A、B间和M、N间的电压分别是( )
A．10 V 10 V B．10 V 4 V
C．4 V 10 VD．10 V 0
B [如图甲所示是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边的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交流电压时，A、B间将得到10 V交流电压。如图乙所示是一个分压电路，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，M、P两点的电势相等。所以当P、Q接4 V直流电压时，M、N两端电压也是4 V。]
8．如图所示，一台理想变压器的原副线圈的匝数比为5∶1。原线圈接入最大值一定的正弦交流电，副线圈电路中一个定值电阻与电容器并联，电压表和电流表均为理想交流电表，电流表A1、A2及电压表V的示数分别为I1、I2、U2，定值电阻的阻值为R，其消耗的功率为P，电容器的电容为C，所带的电荷量为Q，则它们的关系为( )
A．Q＝CU2B．I2＝eq \f(U2,R)
C．P＝5I1U2D．eq \f(I1,I2)＝eq \f(1,5)
D [由于电容器两端电压是变化的，即电容器不断地被充电和放电，故其电荷量不是一个定值，故不能用公式Q＝CU2来计算，故选项A错误；根据题意I2是副线圈的总电流，而eq \f(U2,R)只是通过电阻R的电流，由于电容器不断充电和放电，故I2＞eq \f(U2,R)，P＜5I1U2，故选项B、C错误；根据变压器的相关规律：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,5)，故选项D正确。]
二、非选择题
9．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数n1∶n2＝3∶1，原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表，副线圈两端接有理想交流电压表、可变电阻R以及若干“6 V,6 W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图像如图乙所示。
甲 乙
(1)求图甲中电压表的读数；
(2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数。
[解析] (1)根据题图乙，可得原线圈电压的最大值Um＝27eq \r(2) V，其有效值为U1＝27 V
根据n1∶n2＝U1∶U2
代入数据可得电压表的读数U2＝9 V。
(2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的电流为I2，为使副线圈接入的灯泡最多，则I1＝3 A
根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)
代入数据可得I2＝9 A，正常发光时每个灯泡中电流为：I灯＝eq \f(P,U)＝1 A
所以允许接入的灯泡个数为n＝eq \f(I2,I灯)＝9(盏)。
[答案] (1)9 V (2)9盏
10．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′等于多少？
[解析] (1)由电压与变压器匝数的关系可得：
eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝U，则n1＝1 650匝。
(2)当开关S断开时，有U1I1＝U2I2，I1＝eq \f(U2I2,U1)＝eq \f(1,3) A。
(3)当开关S断开时，有RL＝eq \f(U2,I2)＝44 Ω。
当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R′，有R′＝eq \f(RL,2)＝22 Ω，副线圈中的总电流I2′＝eq \f(U2,R′)＝10 A。由U1I1′＝U2I2′可知，I1′＝eq \f(U2I2′,U1)＝eq \f(2,3) A。
[答案] (1)1 650匝 (2)eq \f(1,3) A (3)eq \f(2,3) A
11．(2022·四川绵阳江油中学高二检测)高考临近，为保证教学工作正常开展，防止停电事故发生，学校决定购买一台应急备用发电机，要求如下：一是保证全校88间教室所有日光灯能正常发光；二是为避免噪音干扰发电机需远离教学区；三是尽量利用已有设备和线路。为完成任务以某物理老师牵头调查，发现以下数据：每间教室有日光灯20盏，每盏20 W，额定电压均为220 V；发电机安装位置距离教学区约500 m，计算得出所用电线每米电阻约2.0×10－3Ω，其余部分电阻不计；学校已有升压变压器和降压变压器各一台，升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶4，降压变压器的匝数比为n3∶n4＝4∶1，不计变压器对电能的损耗，该物理老师画出示意图如图所示。试求：
(1)输电线总电阻R线是多少？
(2)购买的发电机功率P应不小于多少？
(3)发电机输出的电压U1是多少才能保证所有日光灯正常发光？
[解析] (1)输电线电阻R线＝2×500×2.0×10－3 Ω＝2 Ω。
(2)所有电灯正常发光时消耗的功率P灯＝88×20×20 W＝35 200 W
由于灯正常发光时，降压变压器副线圈两端电压U4＝220 V
降压变压器原、副线圈两端电压比eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)＝eq \f(4,1)
解得U3＝880 V
两变压器之间输电线上的电流I线＝eq \f(P3,U3)＝eq \f(35 200,880)A＝40 A
输电线上损失的电压U线＝I线R线＝40×2 V＝80 V
输电线上损失的功率P线＝Ieq \\al( 2,线)R＝402×2 W＝3 200 W
所以P＝P灯＋P损＝38 400 W＝38.4 kW
即所购买的发电机功率不得低于38.4 kW。
(3)升压变压器副线圈两端电压：U2＝U3＋U线＝960 V
升压变压器原线圈两端电压：U1＝eq \f(n1,n2)U2＝eq \f(1,4)×960 V＝240 V。
[答案] (1)2 Ω (2)38.4 kW (3)240 V