高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 科学探究:变压器练习

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2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册3.3科学探究：变压器 同步作业（解析版）1．如图所示的理想变压器中，原副线圈的匝数比为，现在、两点间接一定的交变电流，小灯泡、、均正常发光，小灯泡正常发光时的电阻为、额定功率为，小灯泡、的额定功率相同。已知电源的输出功率为，则下列说法正确的是（　　）A．小灯泡的额定功率为B．小灯泡的额定电流为C．小灯泡的额定电压为D．、间所加电源的电压为2．小阳同学将一变压器的原线圈连接到学生电源的交流输出端，电源输出的电压随时间变化的关系式（V），副线圈接小灯泡，小灯泡的额定电压为10V，如图所示。变压器视为理想变压器，小灯泡正常发光，则该变压器原、副线圈匝数比为（取）（　　）
 A．141：10 B．10：1 C．1000：141 D．条件不足，无法判断3．理想变压器原线圈接有理想交流电流表，副线圈接有两个电热器与，其铭牌参数分别为“220V 1100W”和“220V 440W”，如图甲所示。若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压时，两电热器均正常工作，则下列说法正确的是（　　）A．变压器原线圈的输入电功率为1540W B．变压器原、副线圈的匝数比为311：22C．原线圈输入电压为3110V D．理想交流电流表的示数为7A4．如图甲电路中，变压器为理想变压器，交流电流表为理想电表，输入电压随时间变化的图像如图乙，两只规格为“，”的灯泡均正常发光。下列说法正确的是（　　）
A．原、副线圈匝数之比为B．电阻的功率为C．电流表的示数为D．副线圈中电流方向内改变次5．手机无线充电日趋流行，其感应线圈可等效为一个理想变压器，送电线圈为原线圈，受电线圈为副线圈，将此变压器接成如图乙所示电路，线圈匝数比，接入“，”的灯泡，当、两端加电压的交变流电时，灯泡正常工作，不考虑电压表和电流表对电路的影响，则（　　）A．电流表的示数为B．时刻，电压表示数为C．两端的输入功率为D．在两端并上一个相同的灯泡，电压表的示数不变6．图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示．灯泡L的电阻恒为，额定电压为．定值电阻、，滑动变阻器R的最大阻值为．为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（    ）
A．                 B．                 C．             D．7．在图甲所示电路中，电阻R=20Ω，灯泡L1的规格为“3V  0.6W”，灯泡L2的规格为“5V 2.5W”，S1为单刀双掷开关。发电机的矩形线框（不计电阻）在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，产生的交变电流输入理想变压器的原线圈。输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。若将开关S1接1且S2闭合，则L2正常发光；若将S1接1且S2断开，则L正常发光。不计灯泡电阻随温度的变化，则下列说法正确的是（　　）A．当S1接1，断开S2时，原线圈的输入电流减小了0.075AB．当S1接1且S2断开时，L2的功率大于L1的功率C．当S1换接到2后，R消耗的电功率为1.25WD．当S1换接到2后，若发电机的线框转速变成原来的两倍，R的功率保持不变8．如图所示的电路中，变压器为理想变压器。现在电路的、端加上电压恒定的正弦交流电，在滑动变阻器的滑片P向下移动过程中，灯泡A、B亮度变化情况为（　　）A．A灯变亮 B．A灯变暗C．B灯变亮 D．B灯变暗9．如图甲所示的电路中，变压器为理想变压器，定值电阻R1=R2=10Ω，C为电容器，在变压器原线圈输入如图乙所示的正弦交流电压，电阻R1消耗的功率为40W，电容器不会被击穿，则（　　）
 A．变压器原副线圈的匝数比为5∶1B．变压器原副线圈的匝数比为4∶1C．仅增大变压器输交流电的频率，R1、R2消耗的功率均不变D．仅增大变压器输入交流电的频率，R1消耗的功率不变、R2消耗的功率增大10．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为，氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的是（　　）A．开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB．开关接通后，电压表的示数为C．开关断开后，电压表的示数变大D．开关断开后，变压器的输出功率变小11．自耦变压器是初级线圈和次级线圈在同一条绕组上的变压器，是一种原、副绕组直接串联自行耦合的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式两种。如图甲所示为一可调压式自耦变压器，线圈AB均匀绕在一个圆环形的铁芯上，CD之间输入交变电压，拨动滑动触头P就可以调节输出电压。图中变压器视为理想变压器，两电表均为理想交流电表，R1= 6、R2= 5。R1为总阻值为10Ω的滑动交阻器。现在CD两端输入图乙所示正弦式交流电，下列说法正确的是（   ）
 A．若变压器滑动触头P拔至线圈中间位置，电压表示数是18VB．若电压表与电流表示数分别是10V和1A，变压器原制线圈重数比为9：7C．当滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电压表读数不变，电流表读数变小D．当变压器滑动触头P顺时针转动时，电流表，电压表示数均变小12．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有一只电阻，阻值关系为，原线圈接到交变电压上后，电阻上的电压是电阻上的电压的3倍，下面说法正确的是（　　）A．变压器原、副线圈匝数比为 B．变压器原、副线圈匝数比为C．上的电压等于电源电压的 D．上的电压等于电源电压的13．如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图，变压器的输入电压是市区电网的电压，当滑动变阻器R的滑片向下移动时，下列说法正确的是（　　）
A．V1读数不变，V2读数不变 B．A2读数变大，A1读数不变C．A2读数变大，V3读数变小 D．V1读数不变，A1读数不变14．图中的理想变压器输入端、接一交变电源，电源电压为U，变压器原、副线圈匝数比为，三个完全相同的灯泡、、以图所示方式连接在电路中，灯泡的额定电压均为20V，三个灯泡刚好，都正常发光，则（　　）
A． B．C． D．15．如图甲所示，变压器原、副线圈上有L1、L2、L3、L4四只灯泡，它们的规格均为“9V，12W"，当在ab两端加交变电压时，四只灯泡都正常发光，cd两端的u-t图像如图乙所示，各电表均为理想交流电表。以下说法正确的是（　　）
A．流过灯泡L的电流方向每秒改变50次B．原、副线圈匝数比为3∶1C．电流表示数为4A，ab端输人的功率Pab=48WD．a、b端输人电压的瞬时值表达式为u=27sin100πt（V）16．如图所示，理想变压器原副线圈匝数比为，电阻接在原线圈回路中，滑动变阻器（滑动变阻器阻值变化范围为）和电阻串联接在副线圈回路中，已知电阻，，原线圈一侧接在电压恒为的正弦交流电上、使变阻器接入电路的阻值为零，求：（1）此时电阻和消耗的功率之比；（2）此时变压器副线圈两端的电压；（3）若调节滑动变阻器触头，能够使变阻器输出功率达到最大，当变阻器接入电路的阻值为多少时，变压器输出功率最大？最大值为多少？   17．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为、，副线圈上接有一个的电阻，通过该电阻的电流。求： （1）原线圈两端的电压；（2）变压器的输入功率。
   18．如图所示，矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势（V）。导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电，输电线路总电阻，理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25：11。降压变压器副线圈接入一台内阻的电动机，电动机两端的电压，输入功率，导线框及其余导线电阻不计，电表均为理想电表。求：（1）电动机的机械功率；（2）升压变压器原、副线圈匝数之比。  19．如图所示，理想变压器原线圈匝数，副线圈匝数，副线圈接的电阻，在原线圈两端加220V的交流电压，求：（1）副线圈中电压表、电流表的示数；（2）原线圈中的电流和原线圈的输入功率。
      20．在如图甲所示电路中，变压器原线圈输人如图乙所示的正弦式交变电压；副线圈所接两只灯泡L1、L2的额定电压均为36 V，其中L1额定功率为12 W，L2额定功率为6 W。开关S闭合时，两灯泡均恰好正常发光。求∶（1）该变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2。（2）开关S闭合前、后通过原线圈的电流之比。                             参考答案1．C【详解】A．由于理想变压器不损耗功率，电源的输出功率等于三个灯泡的功率之和，又已知小灯泡、的额定功率相同，可得A错误；C．小灯泡正常发光时的电阻为、额定功率为，可得解得，C正确；B．由解得由原副线圈的电流与匝数关系可得解得B错误；D．电源的输出功率可表示为解得D错误。故选C。2．B【详解】初级电压有效值为小灯泡正常发光，则该变压器原、副线圈匝数比为故选B。3．A【详解】A．变压器原线圈的输入电功率等于输出功率，则为P=1100W+440W=1540W选项A正确；B．变压器原线圈电压有效值为原、副线圈的匝数比为选项B错误；C．原线圈输入电压最大值为3110V，有效值为2200V，选项C错误；    D．理想交流电流表的示数为选项D错误。故选A。4．B【详解】A．由图乙可知，电源电压有效值为U=24V两灯泡正常发光，可得原线圈两端电压为18V，副线圈两端电压为6V，可得A错误；BC．原线圈中电流，即灯泡的额定电流为原副线圈电流与匝数成反比，故副线圈中电流为则流过电阻R的电流为即电流表的示数为，电阻的功率为B正确，C错误；D．由图乙可知，交流电的周期为0.02s，频率为50Hz，由于变压器不改变频率，故副线圈中电流变化频率为50Hz，每个周期内电流方向改变2次，故副线圈中电流方向内改变次，D错误。故选B。5．B【详解】A．由图乙知，电流表测量的是变压器输入端的电流。电流表的示数为有效值，根据变压器电流与匝数比关系有因为灯泡正常发光，故有两式联立求得即电流表的示数为0.025A，故A错误；B．由图乙知，电压表测量的电压为灯泡两端的电压，电压表示数为交流电的有效值，由于灯泡上所标电压为有效值且灯泡正常发光，所以电压表示数为，故B正确；C．由图乙知，两端的输入功率为故C错误；D．由图乙知，电压表测量的是输出端的电压。若在两端并上一个相同的灯泡，变压器输出端负载电阻将减小，假设灯泡仍然正常发光，则输出端的电流增大，输入端电流也将增大，则变压器输入端电压为交流电输出电压不变，变压器线圈匝数比不变，则将减小，根据电压与匝数比关系则可得输出端电压也将减小，这与假设相矛盾，所以电压表读数不可能不变，故D错误。故选B。6．C【详解】由题可知，输入端电压随时间变化关系如图乙所示，可知输入电压为依据理想变压器与匝数关系式且得由于灯泡上的电阻恒为，额定电压为，因灯泡正常工作，通过灯泡的电流根据公式得根据串联分压可知，定值电阻两端电压依据欧姆定律，则通过其电流为因此通过定值电阻的电流为由于定值电阻与滑动变阻器串联后与并联，那么定值电阻与滑动变阻器总电阻为因定值电阻，因此滑动变阻器接入电路的阻值应为故选C。7．AC【详解】A．由接1且闭合时，正常发光，可知副线圈两端的电压为，可得此时流过的电流为，可知此时原线圈中的电流为；当接1，断开后，正常发光，可知副线圈电流为，此时原线圈中的电流为，即电流减小了，故A正确；B．当接1且断开时，由于的电阻小于的电阻，根据可知的功率小于的功率，故B错误；C．当换接到2后，副线圈两端的电压为，消耗的电功率为，故C正确；D．若发电机的线框转速变成原来的两倍，由可知电压也变成原来的两倍，故D错误。故选AC。8．AD【详解】滑片P向下移动过程中，滑动变阻器的电阻减小，则副线圈并联的总电阻减小，则副线圈的电流增大，由变压器线圈电流和匝数的关系可知，原线圈的电流增大，则流过灯泡A的电流增大，灯泡A两端的电压增大，输入电压不变，则原线圈两端的电压减小，由变压器电压和匝数的的关系可知副线圈电压减小，故灯泡B变暗，故AD正确，BC错误。故选AD。9．AD【详解】AB．设副线圈两端的电压为U2，则解得因此原副线圈的匝数比B错误A正确；CD．仅增大变压器输入交流电的频率，电容器对交流电的阻碍变小，因此R2中的电流变大，功率变大，R1中的电流不变，功率不变，C错误D正确。故选AD。10．AD【详解】A．变压器次级电压最大值为交流电的频率为因氖泡在两端电压达到100V时开始发光，可知氖泡在一个周期内发光2次，则开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz，选项A正确；  B．开关接通后，电压表的示数为有效值，为选项B错误；C．开关断开后，电压表的示数不变，选项C错误；D．开关断开后，氖泡不再消耗电能，而灯泡消耗的电能不变，则变压器的输出功率变小，选项D正确。故选AD。11．BD【详解】A．由图乙可知输入电压的有效值为U1 = = 36V若变压器滑动触头P拔至线圈中间位置，根据原副线圈的电压比与匝数比的关系有 = 可计算出U2 = 18VU2为MN两点间的电压，是R1和R2、R3并联部分电压的总和，而电压表示数只是R2、R3并联部分电压，A错误；B．若电压表与电流表示数分别是10V和1A，则R2的电流为IR2 = = A = 2A则可计算出U2 = I2 × R1 + U = (2 + 1) × 6 + 10V = 28V根据原副线圈的电压比与匝数比的关系有 = 可计算出 = B正确；C．当滑动变阻器滑动触头向上滑动时，R3增大，则R总增大，由于变压器滑动触头P不动、输入电压不变，则U2不变、I2减小，由闭合电路的欧姆定律可知R1的电压减小、电压表示数增大，再由欧姆定律可知电流表示数减小，C错误；D．变压器滑动触头P顺时针转动时，n2减小、输入电压不变，则U2减小、R总不变、I2减小，根据欧姆定律电压表示数减小、电流表示数减小，D正确。故选BD。12．AD【详解】已知，电阻上的电压是电阻上的电压的3倍联立解得电流与匝数成反比，所以变压器原、副线圈匝数比为，设副线圈的电流为I，副线圈的电压为原副线圈的电压之比等于匝数之比，因此原线圈的电压为所以电源电压因此上的电压等于电源电压的，故选AD。13．AC【详解】A．输入电压是市区电网的电压，不变，所以V1读数不变，由知，V2读数不变，故A正确；BCD．滑动变阻器R的滑片下移，滑动变阻器接入电路的电阻变小，用户电路总电阻变小，故A2读数变大，I1由I2决定，由所以A1读数变大，I2变大，则R0分压变大，故V3读数变小，所以C正确，B、D错误。故选AC。14．BD【详解】AB．三个灯泡刚好都正常发光，则三个灯泡内流过的电流相同，均为额定电流，则原副线圈电流之比理想变压器有解得故A错误，B正确；CD．、正常发光，则副线圈电压理想变压器有则原线圈电压则故C错误，D正确。故选BD。15．BC【详解】A．根据图乙可知，交变电流的周期是0.02s，每周期电流方向改变两次，所以流过灯泡L的电流方向每秒改变100次。A错误；B．灯泡正常发光，所以原线圈电流为副线圈电流为所以原副线圈匝数比为B正确；C．根据选项B可知，电流表示数为3A，ab端输人的功率为4只灯泡的功率，即Pab=48W。C正确；D．a、b端输人电压的有效值为36V，所以瞬时值表达式为u=sin100πt（V）D错误。故选BC。16．（1）；（2）180V；（3），1102.5W【详解】(1)根据理想变压器原副线圈匝数比和电流比的关系有电阻消耗的功率为P=I2R可得(2)设原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，有U0=I1R1+U1原副线圈电压与匝数成正比，可得有U2=2U1=I2R2联立代入数值解得U1=90V，U2=180V即此时变压器副线圈两端的电压180V。(3)设副线圈输出功率最大时，滑动变阻器的阻值为，变压器输出功率等于输入功率，则则当时，最大，代入数据可得最大输出功率为此时则由欧姆定律可得可得17．（1）220V；（2）10W【详解】（1）根据可得副线圈两端的电压根据可得（2）由于变压器本身不消耗能量，因此18．（1）；（2）【详解】（1）设通过电动机的电流为I，电动机内阻损耗的功率为。由题意得，，代入数据得（2）设降压变压器原线圈两端的电压为；通过输电电路的电流为，输电线路损耗的电压为；升压变压器副线圈两端的电压为，原线圈两端的电压为。由题意得，，，，，，联立，代入数据得19．（1）44V，10A；（2）440W【详解】(1)由得(2)由得20．（1）；（2） 【详解】（1）由公式且由题图乙可知U1=220 V 可得（2）开关S断开时由公式得开关S闭合时由公式得所以