2024-2025学年高中物理第五章交变电流4变压器练习含解析新人教版选修3-2

PAGE6-变压器[A组素养达标]1.如图所示，志向变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦沟通电源，副线圈接入“220V60W”灯泡一只，且灯泡正常发光．则()A．电流表的示数为eq\f(3\r(2),220)AB．电源的输出功率为1200WC．电流表的示数为eq\f(3,220)AD．原线圈两端电压为11V解析：I额＝eq\f(P额,U额)＝eq\f(60,220)A＝eq\f(3,11)A，又eq\f(I,I额)＝eq\f(1,20)，I＝eq\f(1,20)I额＝eq\f(3,220)A，A选项错误，C选项正确．P额＝P出＝60W，B选项错误.eq\f(U,U额)＝eq\f(20,1)，U＝20U额＝20×220V＝4400V，D选项错误．答案：C2．一含有志向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，为志向沟通电流表，U为正弦沟通电压源，输出电压的有效值恒定．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解析：设原、副线圈匝数比为n，依据能量守恒，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B正确．答案：B3．如图所示，一只志向变压器，原线圈中有一个抽头B，使n1＝n2，副线圈中接有定值电阻R.当原线圈从AC端输入电压为U的正弦沟通电压时，副线圈中电流为I，当原线圈从AB端输入电压为U的正弦沟通电压时，副线圈中电流为I′.那么I′与I的比值等于()A．4∶1 B．1∶4C．2∶1 D．1∶2解析：当电压由AC端输入改为由AB端输入后，副线圈上的电压加倍，电阻R是定值电阻，所以副线圈中的电流加倍．答案：C4．如图所示，匝数为50匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度B＝eq\f(\r(2),10)T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5m2，线框电阻不计．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100rad/s匀速转动，并与志向变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V60W”的灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10A．下列说法正确的是()A．在图示位置线框中产生的感应电动势最大B．线框中产生电动势的有效值为250eq\r(2)VC．变压器原、副线圈匝数之比为25∶22D．允许变压器输出的最大功率为1000W解析：由题图可知，此时线圈和磁场垂直，此时线框的磁通量最大，感应电动势为0，所以A错误；矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动，产生的沟通电的最大值Em＝nBSω＝50×eq\f(\r(2),10)×0.5×100V＝250eq\r(2)V，所以沟通电的有效值为250V，所以B错误；由于电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈匝数之比为25∶22，所以C正确；由于熔断器允许通过的最大电流为10A，所以允许变压器输出的最大功率P＝UI＝250×10W＝2500W，所以D错误．答案：C5．(多选)如图所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V和10A，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则()A．甲图中的电表是电压表，输电电压为22000VB．甲图是电流互感器，输电电流是100AC．乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD．乙图是电流互感器，输电电流是100A解析：甲图是电压互感器，电表是电压表，故B错误；依据匝数比eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，有U1＝eq\f(n1,n2)U2＝eq\f(100,1)×220V＝22000V，故A正确；乙图是电流互感器，电表是电流表，故C错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，有I1＝eq\f(n2,n1)I2＝eq\f(10,1)×10A＝100A，故D正确．答案：AD6．如图所示为志向变压器，三个灯泡L1、L2、L3都标有“5V5W”字样，L4标有“5V10W”字样，若它们都能正常发光，则变压器原、副线圈匝数比n1∶n2和ab间电压应为()A．2∶1,25V B．2∶1,20VC．1∶2,25V D．1∶2,20V解析：要使得L1、L2、L3和L4都正常发光，副线圈的电压应为10V．若L1也能正常发光，则原线圈的电流应是副线圈的eq\f(1,2)，所以由eq\f(I2,I1)＝eq\f(n1,n2)可知n1∶n2＝2∶1，再由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知原线圈的电压为20V，Uab＝U1＋UL1＝25V，所以选项A正确．答案：A7．如图甲、乙所示的电路中，当A、B接有效值为10V的沟通电压时，C、D间电压的有效值为4V；当M、N接10V直流电压时，P、Q间的电压也为4V．现把C、D接4V沟通电压，P、Q接4V直流电压，下列表示A、B间和M、N间电压的是()A．10V,10V B．10V,4VC．4V,10V D．10V,0解析：题图甲是一个自耦变压器，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4V沟通电压时，A、B间将得到10V沟通电压．题图乙是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们电阻的大小成正比．但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流通过，M、P两端也就没有电势差，即M、P两点的电势相等．所以当P、Q接4V直流电压时，M、N两端的电压也是4V．假如M、N或P、Q换成接沟通电压，上述关系仍旧成立，因为在沟通纯电阻电路中欧姆定律仍旧适用．答案：B8．如图所示，志向变压器初级线圈接一正弦沟通电源，其交变电压的有效值恒定不变．则下列说法中正确的是()A．只将S1从2拨向1时，电流表示数变小B．只将S2从4拨向3时，电流表示数变大C．只将S3从闭合变为断开，电阻R2两端电压增大D．只将变阻器R3的滑动触头上移，变压器的输入功率减小解析：只将S1从2拨向1时，电流表示数变大，A错误；只将S2从4拨向3时，电流表示数变小，B错误；只将S3从闭合变为断开，电阻R2两端电压不变，C错误；只将变阻器R3的滑动触头上移，变压器的输入功率减小，D正确．答案：D[B组素养提升]9．(多选)一志向变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的改变规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是()A．副线圈输出电压的频率为50HzB．副线圈输出电压的有效值为31VC．P向右移动时，原、副线圈的电流之比减小D．P向右移动时，变压器的输出功率增加解析：由图象可知原线圈输入电压的最大值Um＝311V，T＝2×10－2s，则原线圈输入电压的有效值U1＝eq\f(Um,\r(2))＝220V，f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,2×10－2)Hz＝50Hz，原、副线圈频率相等，A正确；由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝22V，B错误；P向右移动时，负载的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以副线圈中的电流增大，原线圈中的电流也增大，而匝数比不变，所以原、副线圈的电流之比不变，C错误；P向右移动时，负载的电阻减小，副线圈输出电压不变，由P入＝P出＝eq\f(U2,R)知变压器的输出功率增加，D正确．答案：AD10．某同学自制变压器，原线圈为n1匝，在做副线圈时，将导线ab对折后并在一起，在铁芯上绕n2圈，从导线对折处引出一个接头c，连成如图所示电路．S为单刀双掷开关，线圈电阻不计，原线圈接u1＝Umsinωt的沟通电源．下列说法正确的是()A．S接b时，电压表示数为eq\f(\r(2)n2Um,n1)B．S接c时，电压表示数为eq\f(\r(2)n2Um,n1)C．S接c时，滑动触头P向下移动，变压器输入功率变大D．S接c时，滑动触头P向上移动，变压器输入电流变大解析：S接b时，改变的磁场在两条副线圈中产生的感应电动势大小相等，方向相反，a、b电势相等，a、b间无电压，电压表示数为零，故A错误；由表达式知输入电压有效值为U＝eq\f(Um,\r(2))，依据电压与匝数成正比知电压表的读数为U2＝eq\f(n2,n1)U＝eq\f(\r(2)n2Um,2n1)，故B错误；S接c时，滑动触头P向下移动，电阻增大，电压不变，变压器输入功率等于输出功率，输入功率变小，故C错误；S接c时，滑动触头P向上移动，电阻减小，电压不变，副线圈电流增大，变压器输入电流变大，D正确．答案：D11．一台志向变压器，其原线圈的匝数为2200匝，副线圈的匝数为440匝，副线圈中接入一个100Ω的负载电阻，如图所示．(1)当原线圈接在44V直流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？(2)当原线圈接在220V沟通电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？此时输入功率为多少？变压器效率为多大？解析：(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生改变，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零．(2)由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得：电压表示数为U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(440,2200)×220V＝44V.电流表示数为I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(44,100)A＝0.44A.P入＝P出＝I2U2＝0.44×44W＝19.36W.效率η＝eq\f(P出,P入)×100%＝100%.答案：(1)00(2)44V0.44A19.36W100%[C组学霸冲刺]12．如图甲为一志向变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的ut图象如乙图所示．若只在ce间接一只Rce＝400Ω的电阻，或只在de间接一只Rde＝225Ω的电阻，两种状况下电阻消耗的功率均为80W.(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；(2)求只在ce间接400Ω电阻时，原线圈中的电流I1；(3)求ce和de间线圈的匝数比eq\f(nce,nde).解析：(1)由乙图知ω＝200πrad/s，电压瞬时值uab＝400sin200πtV.(2)电压有效值U1＝eq\f(Um,\r(2))＝200eq\r(2)V，志向变压器P1＝P2，原线圈中的电流I1＝eq\