高中物理选择性必修-第2册-第3章-3变压器.doc

第三章　3　变压器

A组·基础达标
1．(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．I1由I2决定 B．U2与负载有关
C．P1由P2决定 D．以上说法都不正确
【答案】AC
【解析】对理想变压器的电流关系可写成I1＝I2，即原线圈中的电流由副线圈中的电流决定；同理，由＝知，副线圈中的电压由原线圈中的电压决定；功率关系为：负载用多少，原线圈端就输入多少．故A、C正确，B、D错误．
2．(2020年安庆期中)一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在cd间接定值电阻R.在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)

A．U2>U1 ，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．变压器输入功率增大 D．变压器输入功率减小
【答案】D
【解析】根据变压器的电压关系有＝，当滑动触头M顺时针转动时，即n2减小时，电压U2应该减小，即降低，由于n2＜n1，所以U2＜U1，故A、B错误；由于电压U2减小，所以定值电阻上的电压减小，则定值电阻消耗的电功率减小，由于是理想变压器，所以变压器的输入功率也减小，故C错误D正确．
3．(2020年北京海淀区名校期末)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，通过原、副线圈中的电流分别为I1、I2.若保持n1、n2和U1不变，且闭合开关S后两灯泡均能发光．将开关S由闭合变为断开，则(　　)

A．U2增大
B．I1减小
C．I2增大
D．变压器的输入功率增大
【答案】B
【解析】根据＝可知U2不变，A错误；将开关S由闭合变为断开，则次级电阻变大，次级电流I2减小，则初级电流I1减小， B正确，C错误；变压器的输出功率P2＝I2U2减小，则输入功率减小， D错误．
4．在如图所示的两电路中，当ab两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V；若分别在c、d与g、h的两端加上110 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为(　　)

A．220 V,220 V B．220 V,110 V
C．110 V,110 V D．220 V,0
【答案】B
【解析】对变压器，根据＝可得Uab＝220 V；对滑动变阻器来说，当gh间接上110 V电压时，ef间电压Uef＝110 V，故B正确．
5．(多选)(2020年怀化名校期末)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片．保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是(　　)

A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变
C．P向上滑动时，变压器的输入电流减小
D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大
【答案】BD
【解析】由于理想变压器输入电压不变，则副线圈电压U2不变，滑片P滑动时，对灯泡电压没有影响，故灯泡亮度不变，故A错误；滑片P下滑时，电阻变大，但副线圈电压由原线圈电压决定，则副线圈电压不变，故B正确；滑片P上滑时，电阻减小，副线圈电流I2增大，则原线圈输入电流I1也增大，故C错误；此时变压器输出功率P2＝U2I2将变大，故D正确．
6．(2020年湖北重点中学联考)某物理兴趣小组对变压器进行研究，实验电路图如图所示，接在学生电源交流挡位上的理想变压器给两个完全相同的小灯泡L1、L2供电，导线可视为超导体，电压表和电流表均为理想电表，开关处于断开状态．现闭合开关，其他条件不变情况下，则(　　)

A．小灯泡L1变暗 B．小灯泡L1变亮
C．电压表示数变大 D．电流表示数变大
【答案】D
【解析】变压器的输入电压U1不变，而匝数比不变，根据＝可知，变压器的输出电压U2 不变，而电压表测量的就是变压器的输出电压U2，故电压表的示数不变，故C错误．开关闭合前后，灯泡L1的电压一直等于U2，即灯泡L1的电压不变，则亮度不变，故A、B错误．S闭合后，副线圈的总电阻减小，而电压不变，则副线圈的电流I2变大，根据＝可知原线圈的电流变大，即电流表示数变大，故D正确．
7．(2020年开封一模)如图甲所示，理想变压器原线圈接一理想电流表副线圈接入一定值电阻R1和滑动变阻器R2，现在m、n间加如图乙所示的交流电压．已知原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，定值电阻的阻值为R1＝10 Ω.当电流表的示数为0.1 A时，滑动变阻器接入电路的电阻值为(　　)

A．2 Ω B．10 Ω
C．12 Ω D．22 Ω
【答案】C
【解析】变压器初级电压有效值为U1＝ V＝220 V，则次级电压U2＝U1＝22 V，次级电流为I2＝I1＝1 A, 则R2＝－R1＝ Ω－10 Ω＝12 Ω故选C.
8．(多选)(2020年潍坊名校期末)在图甲所示的理想变压器a、b端加图乙所示的交变电压．已知变压器原、副线圈的匝数比为4∶1，R1为热敏电阻(温度升高时，其电阻减小)，R为定值电阻，电压表均为理想电表．下列判断正确的是(　　)

A．电压表V1的示数为22 V
B．电压表V2的示数为5.5 V
C．R1处温度升高时，V1示数与V2示数的比值变小
D．R1处温度升高时，V1示数与V2示数的比值变大
【答案】AD
【解析】电压表V1测的是原线圈电压，也就是输入电压，交流电的有效值是峰值的，即22 V，A正确．原、副线圈匝数比为4∶1，所以副线圈两端电压为5.5 V电压表V2测的是R1两端电压，应该小于5.5 V，B错误．R1处温度升高，电阻减小，R阻值不变，R1两端电压变小，V2减小，V1不变，所以V1示数与V2示数的比值变大，C错误，D正确．

B组·能力提升
9．(多选)(2020年全国卷Ⅲ)在图甲所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，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＝10 Ω，R3＝20 Ω，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乙所示．下列说法正确的是(　　)

A．所用交流电的频率为50 Hz
B．电压表的示数为100 V
C．电流表的示数为1.0 A
D．变压器传输的电功率为15.0 W
【答案】AD
【解析】交流电的频率为f＝＝＝50 Hz，A正确；通过R2电流的有效值为I＝＝1 A，R2两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知U2＝IR2＝1×10 V＝10 V，根据理想变压器的电压规律＝可知原线圈的电压U1＝U2＝10×10 V＝100 V，电阻R1两端分压即为电压表示数，即UV＝U0－U1＝220 V－100 V＝120 V，B错误；电流表的示数为IA＝＝ A＝0.5 A，C错误；副线圈中流过的总电流为I2＝I＋IA＝1 A＋0.5 A＝1.5 A，变压器原副线圈传输的功率为P＝I2U2＝15 W，D正确．
10．(多选)(2020年南昌三中模拟)如图所示为某变压器对称铁芯的示意图，已知原线圈匝数n1＝40匝，副线圈匝数n2＝20匝，电阻R1＝40 Ω，电阻R2＝25 Ω.则下列说法正确的是(　　)

A．当原线圈接入正弦交流电时，R1、R2消耗的电功率之比为2∶5
B．当原线圈接入正弦交流电时，R1、R2消耗的电功率之比为1∶10
C．原线圈接入交流电压u＝220sin ωt V时， R1上的电压为20 V
D．原线圈接入交流电压u＝220sin ωt V时， R2上的电压为50 V
【答案】BCD
【解析】因该变压器通过副线圈的磁通量是通过原线圈磁通量的一半，则＝＝，故＝，根据P＝I2R得＝×＝，故A错误，B正确；原线圈接入交流电压u＝220sin ωt V时，U＝220 V，设R1两端电压为U1′，R2两端电压为U2′，则有＝，＝＝，解得U1′＝20 V，U2′＝50 V，故C、D正确．
11．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ut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：(1)由题图乙知ω＝200π rad/s，
电压瞬时值uab＝400sin(200πt)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.
(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＝.
12．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·sin(100πt) V，F为熔断电流为I0＝1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻．

(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：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＝I2U2＝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.