高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器同步测试题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器同步测试题，共11页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1.(2023·广东广州大学附属中学高二校考阶段练习)某种小夜灯标有“2 W，0.5 A”字样，插进插座即可正常发光。拆开外壳发现小夜灯内部自带变压器，这相当于交流电源u＝220eq \r(2)sin 100πt(t的单位为s，u的单位为V)通过理想变压器对灯泡供电，电流表为理想电流表，如图所示，则( )
A．流过灯泡电流的周期为0.01 s
B．变压器匝数比为n1∶n2＝55∶1
C．图中电流表读数为27.5 A
D．交流电源输出功率为2eq \r(2) W
2.某汽车厂决定改建生产线，需要重新调整生产线的电压。如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R＝55 Ω，电流表、电压表均为理想交流电表。原线圈A、B端接入如图乙所示的正弦交流电压，其他电阻不计，下列说法正确的是( )
A．电流表的示数为4.0 A
B．电压表的示数为155.6 V
C．副线圈中交流电的频率为100 Hz
D．穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为 1∶1
3.如图所示为远距离输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户端之间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则( )
A．输电线路上损失的电功率为I1U
B．输电线上损失的电压为U
C．理想变压器的输入功率为I12r
D．用户端的电压为eq \f(I1U1,I2)
4.(2022·四川成都市高二期末)图(a)所示电路中，理想变压器原线圈输入图(b)所示的正弦交流电，R1＝10 Ω，电表均为理想交流电表。开始时，开关S接1，原、副线圈的匝数比为11∶1，滑动变阻器R2接入电路的阻值为10 Ω。则 ( )
A．此时电压表的示数为20 V
B．R1在1分钟内产生的热量为10 J
C．若只将滑动变阻器滑片向上滑动，则两电表的示数都减小
D．若只将开关S从1拨到2，则两电表的示数都增大
5.(2022·江苏省苏州中学高二期末)如图甲所示为半波整流电路，在理想变压器的输出电路中有一只整流二极管，已知原、副线圈的匝数比为22∶1，电阻R＝10 Ω，原线圈的输入电压随时间的变化关系如图乙所示，电表均为理想交流电表，则( )
A．电压表V1的读数为7 V B．电压表V2的读数为10 V
C．电流表A的读数为eq \f(1,22) A D．原线圈的输入功率P＝5 W
6.(2023·浙江省高二期中)北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为250 V，通过理想变压器向远处输电，如图，所用输电线的总电阻r＝8 Ω，升压变压器T1原、副线圈匝数比为1∶16，下列说法正确的是( )
A．若该发电系统输送功率为1×105 W，则输电线损失的功率为5×103 W
B．若该发电系统输送功率为1×105 W，用户获得220 V电压，则降压变压器T2原、副线圈的匝数比为200∶11
C．若用户消耗功率减少，则升压变压器T1输出电压U2减小
D．若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压U4增大
7.如图所示，R1、R2、R3为完全相同的标准电阻。在甲、乙两种情况下电阻R2、R3的功率均为P，且匝数比n1∶n2均为4∶1，则( )
A．图甲中R1的功率2P
B．图甲中R1的功率eq \f(P,16)
C．图乙中R1的功率16P
D．图乙中R1的功率eq \f(P,4)
二、多项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8.(2022·山东聊城第三中学高二期中)图甲所示是调压变压器的原理图，线圈AB绕在一个圆形的铁芯上，总匝数为1 000匝。AB间加上如图乙所示的正弦交流电压，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压。在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q。已知开始时滑动触头位于变阻器的最下端，且BP间线圈匝数刚好是500匝，滑动变阻器的最大阻值等于72 Ω。则下列判断中正确的是( )
A．开始时，电流表示数为0.25eq \r(2) A
B．开始时，流过滑动变阻器的交流电频率为25 Hz
C．保持P的位置不动，将Q向上移动时，滑动变阻器消耗的功率变大
D．保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向转动少许，滑动变阻器消耗的功率变大
9.(2022·河南商丘市第一高级中学高二期末)如图所示，一理想变压器原线圈匝数为3 000，AB接在u ＝ 18eq \r(2)sin 100πt(V)的交流电源上，电流表为理想电表，当S闭合后，三只“6 V 3 W”的灯泡均正常发光。则( )
A．变压器副线圈的匝数为1 000匝
B．输出端交流电的频率为50 Hz
C．电流表的示数为2 A
D．变压器原线圈两端电压为12 V
10.(2022·河南安阳市高二期末)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4，输电线总电阻为R＝5 Ω。在输电线路的起始端接入甲、乙两个互感器，两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10，各互感器和电表均是理想的，则下列说法正确的是( )
A．图中甲为电压互感器，甲中○应该为电压表
B．若图中电压表的示数为220 V，电流表的示数为10 A，则线路输送的电功率为2 200 kW
C．若图中电流表的示数为10 A，则输电线路上损失的电功率为1 000 W
D．若发电机输出电压U1一定，用户数增加，则用户端电压U4一定降低
11.(2023·辽宁高二联考阶段练习)现有一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向北京赛区某场馆1万个额定电压为220 V、额定功率为11 W的LED灯供电。当发电机输出如图乙所示的电压时，赛区的LED灯全部可以正常工作。已知输电导线损失的功率为赛区获得总功率的4%，输电导线的等效电阻为R＝11 Ω。则下列说法正确的是( )
A．风力发电机的转速为50 r/min
B．风力发电机1 h内输出的电能为110 kW·h
C．降压变压器原、副线圈匝数比为25∶1
D．升压变压器副线圈输出的电压的最大值为5 720eq \r(2) V
三、非选择题：本题共3小题，共34分。
12.(12分)(2022·江苏扬州市高二期末)某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。
(1)下列说法正确的是________。
A．为保证实验安全进行，原线圈应接低压直流电源
B．变压器中铁芯是整块硅钢
C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下。由数据可知N1一定是________线圈的匝数。(填“原”或“副”)
根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系：
________________________________________________________________________。
(3)学习小组发现实验室中一降压变压器的两个线圈的导线粗细不同。结合以上实验结论，应将较细的线圈作为________线圈。(填“原”或“副”)
13．(10分)(2022·山东省聊城一中高二期末)如图所示，理想变压器有两个副线圈，L1、L2是两盏规格为“8 V 10 W”的灯泡，L3、L4是两盏规格为“6 V 12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U1＝220 V时，四盏灯泡恰好都能正常发光。如果原线圈的匝数n1＝1 100匝且导线电阻不计，求：
(1)副线圈n2、n3的匝数；
(2)理想电流表的读数。
14.(12分)(2022·北京市朝阳高二期末)某村庄较远处修建了一座小型水电站。河水的流量Q＝1.0 m3/s，落差h＝3.2 m。河水减少的重力势能有62.5%供给发电机，发电机的效率为90%。该水电站到用户之间需要远距离输电，如图所示。已知发电机的输出电压U1＝300 V，用户需要的电压U4＝220 V，两地间输电线的总电阻R＝5 Ω，输电线上损耗的功率为发电机输出功率的4%，水的密度ρ＝1×103 kg/m3。升压、降压变压器均可视为理想变压器。重力加速度g＝10 m/s2。求：
(1)发电机的输出功率P；
(2)输电线上通过的电流I线及降压变压器的输入电压U3；
(3)升压、降压变压器上原、副线圈匝数比eq \f(n1,n2)及eq \f(n3,n4)。
答案精析
1．B [由题可知ω＝100π rad/s，所以灯泡电流的周期为T＝eq \f(2π,ω)＝0.02 s，故A错误；小灯泡两端的电压为U2＝eq \f(P,I2)＝eq \f(2,0.5) V＝4 V，原线圈两端的电压为U1＝eq \f(Um,\r(2))＝220 V，根据原、副线圈电压与匝数的关系有eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(220,4)＝eq \f(55,1)，故B正确；根据原、副线圈电流与匝数的关系有eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，解得I1＝eq \f(1,110) A，故C错误；交流电源的输出功率为P出＝U2I2＝2 W，故D错误。]
2．D [原线圈接入题图乙所示的正弦交流电压，则原线圈两端电压的有效值为U1＝eq \f(Um,\r(2))＝eq \f(220\r(2),\r(2)) V＝220 V，由理想变压器原、副线圈的电压之比等于匝数比，则有U2＝eq \f(n2,n1)U1＝eq \f(1,2)×220 V＝110 V，电压表的示数为110 V，故B错误；电流表的示数为I＝eq \f(U2,R)＝eq \f(110,55) A＝2.0 A，故A错误；副线圈中交流电的频率等于原线圈交流电的频率，由题图乙知频率为f＝eq \f(1,T)＝eq \f(1,0.02) Hz＝50 Hz，故C错误；理想变压器无漏磁，穿过原、副线圈磁通量的变化率相等，故穿过原、副线圈磁通量的变化率之比是1∶1，故D正确。]
3．D [发电厂的输出电压是U，末端间的电压为U1，输电线上损失的电压为ΔU＝U－U1，则输电线路上损耗的电功率为P损＝I12r＝I1ΔU＝I1(U－U1)，故A、B错误；由上述分析知，I12r是输电线上损耗的电功率，故C错误；由于输电线与用户间连有一理想变压器，设用户端的电压是U2，由理想变压器输入功率等于输出功率，则有U1I1＝U2I2，得U2＝eq \f(I1U1,I2)，故D正确。]
4．D [由题图(b)可知，原线圈两端的正弦交流电的最大电压为Um＝220eq \r(2) V，则原线圈两端电压的有效值为U1＝eq \f(Um,\r(2))＝220 V，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(11,1)，解得副线圈两端的电压为U2＝20 V，则副线圈中的电流为I2＝eq \f(U2,R1＋R2)＝1 A，故电压表的示数为UR2＝I2R2＝10 V，故A错误；R1在1分钟内产生的热量为Q＝I22R1t＝12×10×60 J＝600 J，故B错误；若只将滑动变阻器滑片向上滑动，则副线圈的总电阻减小，而副线圈两端的电压不变，故副线圈中的电流增大，所以R1两端的电压增大，则R2两端的电压减小，即电压表示数减小，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(1,11)，可知原线圈的电流增大，即电流表的示数增大，故C错误；若只将开关S从1拨到2，原线圈的匝数减小，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，副线圈两端的电压增大，故副线圈中的电流增大，则R2两端的电压增大，即电压表的示数增大；副线圈的输出功率P2增大，根据变压器的输入功率等于输出功率，则有P1＝P2＝U1I1，由于U1不变，所以原线圈中的电流I1增大，即电流表的示数增大，故D正确。]
5．D [由题图可知，原线圈输入电压的有效值为U0＝220 V，根据原、副线圈匝数比与电压比的关系有eq \f(n0,n1)＝eq \f(U0,U1)，解得U1＝eq \f(n1,n0)·U0＝eq \f(1,22)×220 V＝10 V，所以电压表V1的读数为10 V，故A错误；由于二极管具有单向导电性，故一个周期内只有半个周期有电流通过，则有eq \f(102,R)×eq \f(T,2)＝eq \f(U22,R)×T，解得U2＝5eq \r(2) V，即电压表V2的读数为5eq \r(2) V，故B错误；副线圈的功率P1＝eq \f(U22,R)＝5 W，由原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即P＝P1＝5 W可知，I0＝eq \f(P1,U0)＝eq \f(5,220) A＝eq \f(1,44) A，故C错误，D正确。]
6．A [对于该系统输入输出功率不变，由于P＝1×105 W，故原线圈电流为I1＝eq \f(P,U1)＝400 A，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，代入数据解得I2＝25 A，则输电线损失的功率为ΔP＝I22r＝252×8 W＝5×103 W，A正确；根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，代入数据解得U2＝4×103 V，由A可知I2＝25 A，则U3＝U2－I2r＝3.8×103 V，又eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，即有eq \f(n3,n4)＝eq \f(3 800,220)＝eq \f(190,11)，B错误；由于输入输出功率相同，当用户消耗功率减小时，电流减小，由题知U1不变，eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)不变，则U2不变，C错误；当消耗功率增大时，输电线电流变大，输电线上损失的电压变大，U2不变，根据U3＝U2－Ur可知，U3变小，又由eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)可知，U4变小，D错误。]
7．D [题图甲中，设R1两端电压为U1，R2两端电压为U2，根据电压比等于匝数比可得eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)＝eq \f(4,1)，则题图甲中R1的功率为P1＝eq \f(U12,R1)＝eq \f(16U22,R2)＝16P，故A、B错误；题图乙中，R2、R3为完全相同的标准电阻，功率均为P，可知两个副线圈中的电流I相等，两端电压U相等，根据电压比等于匝数比可知，原线圈的输入电压为4U，根据输入功率等于输出功率可得4UI1＝2P＝2UI，解得原线圈中的电流为I1＝eq \f(I,2)，则题图乙中R1的功率为P1′＝I12R1＝(eq \f(I,2))2R2＝eq \f(P,4)，故C错误，D正确。]
8．CD [由题图乙知，输入电压的有效值为U1＝36 V，根据变压器原、副线圈电压比与匝数比关系有eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，解得输出电压U2＝18 V，所以电流表的读数为I＝eq \f(U2,R)＝0.25 A，所以A错误；交流电的周期为T＝0.02 s，所以频率为f＝eq \f(1,T)＝50 Hz，所以B错误；保持P的位置不动，将Q向上移动时，R的阻值减小，U2不变，R消耗的功率P2＝eq \f(U22,R)变大，所以C正确；保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向转动少许，n2增大，U2增大，R消耗的功率P2＝eq \f(U22,R)变大，所以D正确。]
9．BD [三只“6 V 3 W”的灯泡均正常发光，则原、副线圈的电流之比为1∶2，则匝数之比为2∶1，变压器副线圈的匝数为1 500匝，故A错误；由ω＝2πf＝100π rad/s，得频率f＝50 Hz，故B正确；电流表的示数为有效值，通过每个灯泡的电流为I＝eq \f(P,U)＝0.5 A，且两灯泡并联，则电流表示数为2I＝1 A，故C错误；变压器原线圈两端电压为U1＝UAB－UL＝18 V－6 V＝12 V，故D正确。]
10．AD [题图甲的互感器原线圈分别接输电线的火线和零线，是电压互感器，○应该为电压表，选项A正确；设输电电流为I2，根据理想变压器变压和变流规律可得eq \f(U2,UV)＝10，eq \f(I2,IA)＝10，解得U2＝2 200 V，I2＝100 A，所以线路输送的电功率为P＝U2I2＝2 200×100 W＝220 kW，选项B错误；若题图中电流表的示数为10 A，由eq \f(I2,IA)＝10，可得I2＝100 A，则输电损失电功率为P损＝I22R＝1002×5 W＝5×104 W，选项C错误；若发电机输出电压U1一定，用户数增加，输电线中的电流I2增大，输电线上损失的电压增大，导致U3减小，则U4也减小，选项D正确。]
11．CD [由图乙可知，交流电的频率为f＝eq \f(1,T)＝50 Hz，因此风力发电机的转速n＝f＝50 r/s，故A错误；1万个额定功率为11 W的LED灯正常工作时，电功率P＝11×104 W＝110 kW，而输电线上损失的功率ΔP＝P×4%＝4.4 kW，所以风力发电机的功率为114.4 kW，因此1 h风力发电机输出的电能W＝P总t＝114.4×1 kW·h＝114.4 kW·h，故B错误；输电线路损失的功率ΔP＝4.4 kW，根据ΔP＝I32R可得，输电线上电流为I3＝20 A，而通过降压变压器副线圈的电流I4＝eq \f(P,U4)＝500 A，因此降压变压器原、副线圈匝数比eq \f(n3,n4)＝eq \f(I4,I3)＝eq \f(25,1)，故C正确；输电线路损失的电压ΔU＝I3R＝220 V，根据eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)可得U3＝5 500 V，所以升压变压器副线圈输出的电压有效值为5 720 V，最大值为5 720eq \r(2) V，故D正确。]
12．(1)C (2)副 原、副线圈两端电压与匝数成正比，即eq \f(U2,U1)＝eq \f(N2,N1) (3)原
解析 (1)为确保实验安全进行，应该选择低压交流电源，A错误；因为变压器是靠电磁感应工作，如果变压器铁芯是用整块硅钢，则在电磁感应的作用下，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，C正确；变压器的铁芯通过电磁感应将原线圈电能转化为磁场能，再将磁场能转化为副线圈的电能，D错误。
(2)变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，由数据可知N1一定是副线圈的匝数；由表可知，原、副线圈两端电压与匝数成正比，即eq \f(U2,U1)＝eq \f(N2,N1)
(3)变压器的输入功率约等于输出功率，如果是理想变压器，则输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以原线圈的电压大于副线圈的电压，而功率又相等，所以原线圈的电流就小于副线圈的电流，原线圈电流小所以导线比副线圈细，故应将较细的线圈作为原线圈。
13．(1)40 60 (2)0.2 A
解析 (1)四灯泡均正常发光，则副线圈n2两端电压U2＝8 V，副线圈n3两端电压U3＝2×6 V＝12 V
据U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3，可得：
n2＝eq \f(U2,U1)n1＝eq \f(8,220)×1 100匝＝40匝
n3＝eq \f(U3,U1)n1＝eq \f(12,220)×1 100匝＝60匝
(2)由变压器的输入功率等于输出功率可得：
U1I1＝P1＋P2＋P3＋P4
解得：I1＝eq \f(2P1＋2P3,U1)＝eq \f(2×10＋2×12,220) A＝0.2 A。
14．(1)1.8×104 W (2)12 A 1 440 V (3)eq \f(1,5) eq \f(72,11)
解析 (1)取Δt时间内流过的河水为研究对象，其质量m＝ρQ·Δt①
河水减少的重力势能ΔEp＝mgh②
发电机的输出功率P＝eq \f(ΔEp×62.5%×90%,Δt)③
联立①②③式，代入数据解得P＝1.8×104 W
(2)因为是理想变压器，所以P＝P1＝P2
则线路上损失功率P线＝P×4%④
P线＝I线2R⑤
联立④⑤式，代入数据解得I线＝12 A
又因为P2＝U2I线
则升压变压器输出电压U2＝1 500 V
输电线上损失的电压U线＝I线R＝60 V
则U3＝U2－U线＝1 440 V
(3)对于升压变压器有eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(1,5)
对于降压变压器有eq \f(n3,n4)＝eq \f(U3,U4)＝eq \f(72,11)。
N1/匝
100
100
200
200
N2/匝
200
400
400
800
U1/V
2.10
1.95
5.22
2.35
U2/V
4.28
8.00
10.60
9.64