人教版(新教材)高中物理选择性必修2课时作业9：专题拓展课四 理想变压器的综合问题

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1专题拓展课四理想变压器的综合问题(限时30分钟)1．如图所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，开始时开关S是断开的。现将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是()A．V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大B．V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大C．V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小D．V1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，A2的示数增大，P入减小〖答案〗B〖解析〗因输入电压不变，所以电压表V1的示数不变，据公式U2＝eq\f(n2U1,n1)，可知U2也不变，即电压表V2的示数不变；又据I2＝eq\f(U2,R负)知，S闭合后，R负减小，故I2增大，电流表A2的示数增大，输入电流I1＝eq\f(n2,n1)I2随输出电流I2的增大而增大，故电流表A1的示数增大；因P出＝U2I2，故P出增大，P入随P出变化，故P入也增大。可见选项B正确。2．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交流电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1，S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是()A．输入电压u的表达式为u＝20eq\r(2)sin(50πt)VB．只断开S2后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S1换接到2后，电阻R消耗的电功率为0.8W〖答案〗D〖解析〗由题图乙可知交变电压的最大值Um＝20eq\r(2)V，周期T＝0.02s，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，所以u＝20eq\r(2)·sin(100πt)V，选项A错误；原来L2正常发光，只断开S2后，两灯泡串联，总电阻增大，电流减小，输入功率也减小，L1、L2均不能正常发光，选项B、C错误；由变压器的电压关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得副线圈电压U2＝eq\f(n2,n1)U1＝4V，S1换接到2后，电阻R消耗的功率P＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R)＝eq\f(42,20)W＝0.8W，选项D正确。3．(多选)国家电网公司推进智能电网推广项目建设，拟新建智能变电站1400座。变电站起变换电压作用的设备是变压器。如图所示，理想变压器原线圈输入交流电压u＝220eq\r(2)sin(100πt)V，电压表、电流表都为理想电表。则下列判断正确的是()A．输入电压有效值为220V，电流频率为50HzB．S接到a处，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，两电压表示数都增大C．S接到a处，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，两电流表的示数都减小D．若滑动变阻器的滑片不动，S由a处改接到b处，电压表V2和电流表A1的示数都减小〖答案〗AD〖解析〗输入电压有效值为U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，由瞬时值表达式可知，角速度为ω＝100πrad/s，电流频率为f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，故A正确；S接到a处，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，副线圈电路的总电阻减小，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2不变，即电压表V2的示数不变，所以电流表A2的示数变大，电流表A1的示数也变大，故B、C错误；若滑动变阻器的滑片不动，S由a处改接到b处，副线圈匝数减小，输入电压不变，输出电压减小，即电压表V2的示数减小，根据P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R总)知输出功率减小，根据输入功率等于输出功率，可知P1＝U1I1减小，U1不变，则I1减小，即电流表A1的示数减小，故D正确。4.发电机能够产生正弦式交变电流，利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的eq\f(1,2)，则()A．R消耗的功率变为eq\f(1,2)P B．电压表V的读数变为eq\f(1,2)UC．电流表A的读数变为2I D．通过R的交变电流频率不变〖答案〗B〖解析〗交流发电机产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，且ω＝2πn，所以当发电机线圈转速减半后，感应电动势最大值减半，有效值减半，又理想变压器原、副线圈电压有效值之比等于原、副线圈匝数比，故电压表示数减为原来的一半，B项正确；由电功率P＝eq\f(U2,R)可知，变压器输出功率即R消耗的功率变为原来的eq\f(1,4)，A项错误；由P＝UI可知，原线圈中电流减为原来的一半，C项错误；交流电的频率与发电机线圈的转速相等，故通过R的交变电流的频率变为原来的eq\f(1,2)，D项错误。5．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流输入电压，且有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A．2 B．3C．4 D．5〖答案〗B〖解析〗设原、副线圈匝数比为n，根据能量守恒定律知，当S断开时，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；当S闭合时，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，联立解得n＝3，所以选项B正确。6．如图甲所示，一自耦变压器的原线圈与有效值不变的正弦交流电源相连接，副线圈中通过输电线接有3只灯泡L1、L2和L3，输电线等效电阻为R；如图乙所示，一总阻值为R的滑动变阻器与有效值不变的正弦交流电源相连接，通过输电线接有3只灯泡L4、L5和L6，输电线等效电阻为R，A1、A2均可视为理想电表。下列分析判断正确的是()A．当滑动触头P1向上移动一段后，灯泡L1、L2和L3都变亮B．当滑动触头P2向下移动一段后，灯泡L4、L5和L6都变亮C．当滑动触头P1向下移动一段后，原线圈中电流表A1的示数增大D．当滑动触头P2向下移动一段后，电流表A2的示数减小〖答案〗C〖解析〗此自耦变压器为升压变压器，滑动触头P1向下移动，输入电压不变，输出电压增加，等效电阻R、灯泡L1、L2和L3消耗的功率都变大，原线圈中电流表A1示数变大，所以C正确，A错误；当滑动触头P2向下移动一段后，电路中的总电阻减小，总电流增大，电流表A2的示数增大，通过灯泡L4、L5和L6所在支路电流减小，所以灯泡L4、L5和L6变暗，所以B、D错误。7．(多选)(2020·全国卷Ⅲ，20)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，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＝10Ω，R3＝20Ω，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(b)所示。下列说法正确的是()A．所用交流电的频率为50HzB．电压表的示数为100VC．电流表的示数为1.0AD．变压器传输的电功率为15.0W〖答案〗AD〖解析〗由图(b)可知通过R2的交流电的周期为2×10－2s，变压器不会使交流电的周期改变，所以所用交流电的频率为50Hz，选项A正确；由图(b)可知通过R2的电流的有效值为1A，由串并联特点可知通过R3的电流(即通过电流表的电流)为0.5A，故副线圈的电流为I2＝1.5A，由欧姆定律可得副线圈两端的电压U2＝1×10V＝10V，由变压器原、副线圈两端电压比与原、副线圈匝数比的关系可得，原线圈两端的电压U1＝eq\f(U2,n2)n1＝100V，再根据原线圈电路的串联关系可得R1两端的电压为UV＝220V－100V＝120V，选项B、C均错误；根据变压器原理可得变压器传输的电功率为P＝U2I2＝10×1.5W＝15.0W，选项D正确。8．有一理想变压器，副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为规格相同的两只小灯泡。当S断开时，灯L1正常发光。S闭合后，下列说法正确的是()A．灯L1、L2都能正常发光 B．原线圈的输入功率减小C．原、副线圈的电流比增大 D．电阻R消耗的功率增大〖答案〗D〖解析〗断开S时，L1正常发光，当闭合S后，总电阻减小，回路中总电流增大，R两端电压变大，灯泡两端电压减小，两灯不能正常发光，选项A错误；由P入＝P出＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R总)，且R总减小，U2不变，则P入变大，选项B错误；由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知，因线圈匝数比不变，则原、副线圈的电流比不变，选项C错误；电阻R的功率P＝Ieq\o\al(2,2)R，因I2变大，R不变，则P变大，选项D正确。9．(多选)如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光照强度增大而减小)，L1和L2是两个完全相同的灯泡。原线圈接入如图所示的正弦交流电压U，下列说法正确的是()A．若L1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小B．电压表的示数为11VC．当照射R的光强增大时，电流表的示数变大D．交流电压的频率为50Hz〖答案〗BCD〖解析〗当L1的灯丝烧断后，变压器的输入电压不变，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，输出电压也不变，故电压表读数不变，故A错误；原线圈接入电压的最大值是220eq\r(2)V，所以原线圈接入电压