2020-2021学年高中物理-第三章-交变电流-3-变压器检测新人教版选择性必修2.doc

2020-2021学年高中物理 第三章 交变电流 3 变压器检测新人教版选择性必修2

2020-2021学年高中物理 第三章 交变电流 3 变压器检测新人教版选择性必修2

年级：
姓名：

- 9 -

变压器
(25分钟　60分)
一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)
1.如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是 (　　)

【解析】选C。变压器只能对交变电流实现变压,不能对直流变压,故选项A、D错误;由于电压与变压器线圈匝数成正比,副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压,所以选项B错误,选项C正确。
2.关于理想变压器特点的下列说法中正确的是 (　　)
A.理想变压器能够使电压升高,同时电流变大
B.原、副线圈具有相同的磁通量及变化率,产生的感应电动势也相同
C.原、副线圈没有电阻,铁芯中不会产生涡流
D.原线圈往往匝数少,绕线粗,电流大
【解析】选C。理想变压器原、副线圈功率相等,即U1I1=U2I2,不可能同时使电压升高,电流增大,A错;原、副线圈匝数不同,感应电动势不同,B错;理想变压器不考虑绕线铜损,铁芯的热损,当然要求线圈无电阻,铁芯不产生涡流,C对;原、副线圈中匝数少的一边,电流大,绕线粗,但不一定作为原线圈使用,D错。
3.一输入电压为220 V,输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了,为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原来线圈接到220 V交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1 V,按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为 (　　)

A.1 100,360 B.1 100,180
C.2 200,180 D.2 200,360
【解析】选B。对新绕线圈的理想变压器,根据变压比公式得n1===1 100,变压器烧坏前,同理可得n2===180,故B正确。
4.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则 (　　)

A.U=66 V,k= B.U=22 V,k=
C.U=66 V,k= D.U=22 V,k=
【解析】选A。设原线圈中电流为I1,原、副线圈电压比==3,原、副线圈电流比=,由欧姆定律可得,副线圈回路中电阻两端电压U=I2R,联立解得U=66 V。电阻消耗功率P=I2R,由于=,所以原、副线圈回路中电阻消耗功率的比值为,选项A正确。
5.(多选)如图甲所示,一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时,额定电压为U0的小灯泡恰好正常发光,已知灯泡的电阻为R,图中电压表为理想电表。下列说法正确的是 (　　)

A.变压器输入电压的瞬时值为u=Umsin(t) V
B.电压表的示数为U0
C.变压器的输入功率为
D.变压器的匝数比为Um∶U0
【解析】选A、C。由题图乙知,变压器输入电压的瞬时值为u=Umsin(t) V,选项A正确;电压表的示数为U0,选项B错误;变压器的输入功率为,选项C正确;由变压器变压公式,变压器的匝数比为Um∶U0,选项D错误。
6.(多选)为保证用户电压稳定在220 V,变电所需适时进行调压,如图甲为调压变压器示意图。保证输入电压u1不变,当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下说法正确的是 (　　)

A.u2=190sin50πt V
B.u2=190sin100πt V
C.为使用户电压稳定在220 V,应将P适当下移
D.为使用户电压稳定在220 V,应将P适当上移
【解析】选B、D。由于用户电压u2随时间t变化的曲线周期为0.02 s,所以u2=190sin100πt V,选项B正确,A错误;为使用户电压稳定在220 V,应减小变压器原线圈匝数,应将P适当上移,选项C错误,D正确。
二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
7.(12分)如图所示,交流发电机电动势的有效值E=20 V,内阻不计,它通过一个R=6 Ω的指示灯连接变压器。变压器输出端并联24只彩色小灯泡,每只灯泡都标有“6 V　0.25 W”,且灯泡都正常发光,导线电阻不计。求:

(1)降压变压器初级、次级线圈匝数之比;
(2)发电机的输出功率。
【解析】(1)彩色小灯泡的额定电流
IL== A= A,
次级线圈总电流I2=24IL=1 A。
变压器输入功率:I1U1=I2U2=6 W。
变压器原线圈电路中,利用欧姆定律可得
E=U1+I1R=+6I1,
代入E值解得I1= A(I1=3 A应舍去,据题意是降压变压器,应有I1<I2),
所以==。
(2)发电机输出功率P=I1E≈6.67 W。
答案:(1)3∶1　(2)6.67 W
8.(12分)如图所示,理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,交流电源电压u1=311·sin100πt(V),F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝,副线圈负载一可变电阻R。

(1)当电阻R=100 Ω时,保险丝能否被熔断?
(2)要使保险丝不被熔断,电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?
【解析】原线圈电压的有效值为U1= V=220 V
由=得副线圈两端的电压
U2=U1=×220 V=110 V。
(1)当R=100 Ω时,副线圈中电流
I2== A=1.10 A
由U1I1=U2I2得原线圈中的电流为
I1=I2=×1.10 A=0.55 A
由于I1<I0(熔断电流),故保险丝不会熔断。
(2)设电阻R取某一值R0时,原线圈中的电流I1刚好达到熔断电流I0,即I1′=
1.0 A,则副线圈中的电流为I2′=I1′=2×1.0 A=2.0 A
电阻R的阻值为:
R0== Ω=55 Ω
此时变压器的输出功率为
P2=I2′U2=2.0×110 W=220 W
可见,要使保险丝F不被熔断,电阻R的阻值不能小于55 Ω,变压器输出的电功率不能超过220 W。
答案:(1)不会熔断　(2)55 Ω　220 W
(15分钟　40分)
9.(7分)如图所示,与理想变压器相连的四只灯泡相同,变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,接在副线圈上的三只灯泡正常发光,则对于串联在原线圈上的灯泡L(　　)

A.比正常发光时的亮度更亮
B.也能正常发光
C.比正常发光时的亮度更暗
D.无法判断其亮度变化情况
【解析】选B。灯泡L的亮度如何,主要看灯泡L的实际功率多大,在本题中就是看通过灯泡L的电流如何变化。设每只灯泡的额定电流为I0,因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光,所以副线圈中的电流I2=3I0,由=得原线圈中的电流I1=I2=I0,恰为灯泡L的额定电流,因此灯泡L也正常发光。故B正确。
10.(7分)(多选)如图甲所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1,RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。下列说法正确的是 (　　)

A.变压器输入、输出功率之比为4∶1
B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4
C.u随t变化的规律为u=51sin50πt (V)(国际单位制)
D.若热敏电阻RT的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大
【解析】选B、D。由题意,理想变压器输入、输出功率之比为1∶1,选项A错误;变压器原、副线圈中的电流强度与匝数成反比,即==,故选项B正确;由题图乙可知交流电压最大值Um=51 V,周期T=0.02 s,角速度ω=100π rad/s,则可得u=51sin100πt (V),故选项C错误;RT的温度升高时,阻值减小,电流表的示数变大,电压表示数不变,故选项D正确。
11.(7分)如图甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,原线圈接入图乙所示的不完整的正弦电流,副线圈接火灾报警系统(报警器未画出),电压表和电流表均为理想电表,R0和R1为定值电阻,R为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,下列说法中正确的是(　　)

A.R处出现火警时电压表示数增大
B.R处出现火警时电流表示数减小
C.图乙中电压的有效值为220 V
D.电压表的示数为11 V
【解析】选D。由·+0=T,可求得图乙中电压有效值U1=110 V,由=,可得电压表示数U2=11 V,C错误,D正确;R处出现火警时,R电阻变小,副线圈电流增大,原线圈电流也随之增大,电流表示数增大,但电压表示数不变,故A、B均错误。
12.(19分)图甲为一理想变压器,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u-t图像如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。

(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400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1。
(3)求ce和de间线圈的匝数比。
【解析】(1)由题图乙知ω=200π rad/s,
电压瞬时值uab=400sin200πt(V)。
(2)电压有效值U1=200 V,
理想变压器P1=P2,
原线圈中的电流I1=,
解得I1≈0.28 A(或 A)。
(3)设ab间匝数为n1,
则=,
同理=,
由题意知=,
联立以上各式得=,
代入数据得=。
答案:(1)uab=400sin200πt(V)
(2)0.28 A(或 A)　(3)