新人教版高中物理选择性必修第二册课时练14变压器A卷含解析

变压器(A卷) (25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为(　　)A．每匝线圈中磁通量的变化率B．交变电流的频率C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D．原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势【解析】选D。理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无漏磁，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，原、副线圈功率也相等，故A、C不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知，B不符合题意，选D。2.如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间的电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为100 V，交流电流表的示数为1 A，则(　　)A．b是交流电压表B．T2的原、副线圈匝数比为100∶1C．高压线路输送的电流为1 AD．高压线路输送的电功率为220 kW【解析】选A。T1是电流互感器，a是交流电流表；T2是电压互感器，b是交流电压表，故A正确；对T2，根据电压与匝数成正比，得＝＝＝，故B错误；对T1，根据电流与匝数成反比，＝，即＝，得I1＝100 A，故C错误；根据P＝UI＝220 kV×100 A＝22 000 kW，故D错误。3.(2021·威海高二检测)如图所示，两个相同的灯泡，分别接在理想变压器的原、副线圈上(灯泡电阻不随温度变化)，已知原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，电源电压为U，则(　　)A．通过A、B灯泡的电流之比为IA∶IB＝2∶1B．灯泡A、B两端的电压之比为UA∶UB＝2∶1C．灯泡A、B两端的电压分别为UA＝、UB＝D．两灯泡A、B消耗的功率相等【解析】选C。通过电灯的电流分别为变压器原、副线圈的电流，故IA∶IB＝n2∶n1＝1∶2，A错误；因为是相同的两只灯泡，所以两端的电压比等于电流比，故UA∶UB＝1∶2，B错误；因为B灯电压为副线圈输出电压，则原线圈电压U1＝UB＝2UB，而A灯电压UA＝UB，由于A灯跟原线圈串联在电源电压U上，即UB＋2UB＝U，所以UB＝U，UA＝U，C正确；因为是相同的两只灯泡，根据P＝I2R可知消耗的功率比等于电流的平方比PA∶PB＝1∶4，D错误。4．(多选)如图所示，变压器原线圈两端接正弦交变电流，电流表A和电压表V均为理想交流电表，L为小灯泡，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，P、Q分别为滑动变阻器和副线圈上的滑动触头，二者都有一定的调节范围。若只调节P或者只调节Q，使电流表示数增大，则还可能同时观察到的现象是(　　)A．电压表示数增大，小灯泡L变亮B．电压表示数增大，小灯泡L变暗C．电压表示数减小，小灯泡L变亮D．电压表示数减小，小灯泡L变暗【解析】选A、B。若只调节Q，副线圈电路总电阻不变，当Q向上移动时，U2增大，I2增大，输出功率增大，输入功率增大，I1增大，电压表示数增大，小灯泡变亮，故A正确，D错误；若只调节P，原、副线圈匝数比不变，副线圈两端电压U2不变，当P向左滑动时，副线圈电路总电阻减小，副线圈中的电流I2增大，则原线圈中电流I1增大，电压表示数增大，小灯泡电压减小，亮度变暗，故B正确，C错误。5．(2021·通州高二检测)某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈所围成的面积为S，匝数为N，电阻不能忽略，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动，矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻，以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是(　　)A.发电机线圈某时刻处于图示位置时通过线圈的磁通量变化率为零B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式e＝NBSωsin ωtC．当用户数目增多时，应将滑动触头向上移动D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将降低【解析】选C。当线圈与磁场平行时，感应电流最大，线圈的磁通量变化率最大，A错误；从垂直中性面位置计时，则感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcos ωt，B错误；当用户数目增多时，电路总电阻变小，根据欧姆定律可知，副线圈电路中的电流变大，输电线上损失电压变大，用户得到的电压变小，即变压器的副线圈两端电压变小，根据＝，则应将滑动触头向上移动，C正确；变压器原线圈两端的电压，由交流发电机决定，当触头P向下移动，副线圈匝数减小，副线圈的输出电压变小，副线圈回路电流变小，则原线圈回路电流变小，损失电压变小，变压器原线圈电压变大，D错误。6．(2020·山东等级考)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，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15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。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.1 Ω　　 B．5 Ω　　 C．6 Ω　　 D．8 Ω【解题指南】解答本题应注意以下三点：(1)根据原线圈两端的电压正弦曲线求出原线圈电压有效值；(2)由原线圈两端电压结合变压器的基本关系求得副线圈两端电压；(3)把理想变压器的副线圈看作没有内阻的稳压电源，后面电路的电学物理量根据欧姆定律和电路的串、并联特点求解。【解析】选A。输电电压的有效值为(即原线圈电压的有效值)U1＝ V＝220 V，根据理想变压器电压规律＝可知，副线圈电压有效值为U2＝U1＝×220 V＝30 V，灯泡正常工作时电压为24 V，则通过灯泡的电流即副线圈部分的干路电流为IL＝＝ A＝1.6 A，根据串联分压规律可知，R1和R2、R构成的并联电路部分的分压为U＝U2－UL＝30 V－24 V＝6 V，则通过R1的电流为I1＝＝ A＝0.6 A，通过R2、R的电流为I2＝IL－I1＝1.6 A－0.6 A＝1 A，R2、R串联的总电阻R2＋R＝，解得滑动变阻器的阻值为R＝－R2＝ Ω－5 Ω＝1 Ω，A正确，B、C、D均错误。二、计算题(本题共2小题，共24分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)7.(12分)如图所示，有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220 V，则输出电压是多少？【解析】根据变压器的电压与匝数成正比，可知＝，解得副线圈的匝数为n2＝n1＝1 440×≈136，当输入电压只有220 V时，输出电压为U′2＝U′1＝220× V≈21 V答案：136匝　21 V8.(12分)(2021·成都高二检测)如图所示，一长为 m、宽为0.2 m，匝数为100的矩形金属线圈电阻r＝1 Ω，在B＝0.6 T的匀强磁场中以恒定角速度ω＝10 rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈两端通过电刷与图示的电路连接，其中电阻R1＝4 Ω，R2＝1 Ω，理想变压器的原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1。求：(1)从中性面位置开始计时，线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式；(2)交流电压表、电流表的示数U、I；(3)若不计一切摩擦及空气阻力，线圈转动一周外力做的功W。【解析】(1)线圈产生感应电动势的最大值Em＝nBSω＝60 V，从中性面开始转动e＝Emsinωt＝60sin (10t) V(2)设变压器原、副线圈中电流分别为I1、I2，变压器原、副线圈两端电压分别为U1、U2，则有U1＝E－I1(R1＋r)，E＝变压比规律＝，变流比规律＝又I2＝，联立解得，电压表示数为U＝U2＝10 V，电流表示数为I＝I1＝2 A(3)线圈转动一周外力做的功W，由能量守恒，有W＝[I(R1＋r)＋IR2]，代入数据得W＝24π J＝75.36 J答案：(1)e＝60sin (10t) V(2)10 V　2 A　(3)75.36 J (15分钟·40分)9．(6分)如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V，M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交流，P、Q接4 V直流，下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压(　　)A．10 V　10 V      B．10 V　4 VC．4 V　10 V      D．10 V　0【解析】选B。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4 V交流时，A、B间将得到10 V交流。题图乙是一分压电路，当M、N作为输入端时，上、下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比。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，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4 V直流时，M、N两端的电压也是4 V。【加固训练】(多选)如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，L1和L2是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，R为电阻箱，V为交流电压表。当原线圈接有如图乙所示的正弦交变电压时，电路稳定后，两只灯泡的亮度相同，则(　　)A.电阻箱阻值减小时，电压表示数将减小B．电压表在t＝1×10－2 s时的示数为22 VC．当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，L1变暗，L2变亮D．当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，L1变亮，L2变暗【解析】选B、D。副线圈的电压由电源和匝数比决定，与负载无关。电阻箱阻值减小时，不能改变变压器副线圈两端电压，电压表示数不变，A错误；电压表的示数是有效值，在t＝1×10－2 s时的示数也是有效值，原线圈电压有效值U1＝ V＝220 V，由变压器的匝数比得＝，解得U2＝22 V，B正确；当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，电容器的容抗减小，L1变亮，电感线圈的感抗增大，L2变暗，C错误，D正确。10．(6分)(2021·济宁高二检测)如甲图所示为恒压电源给硫化镉光敏电阻R供电时，流过此电阻的电流和所受光照强度的关系图像。根据这一特性，某同学设计一个台灯的自动控制电路如乙图所示，T为一自耦式变压器。下列说法正确的是(　　)A.在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度变暗B．在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度变亮C．在其他条件不变的情况下，将自耦式变压器的滑片P适当下滑，则灯泡的亮度变亮D．在其他条件不变的情况下，适当增大滑动变阻器R1的阻值，则灯泡的亮度变亮【解析】选A。分析甲图可知，光照强度增强，流过电阻的电流增大，说明光敏电阻阻值减小。在其他条件不变的情况下，如果光照变强，光敏电阻阻值减小，灯泡两端电压减小，则灯泡的亮度变暗，A正确，B错误；在其他条件不变的情况下，将自耦式变压器的滑片P适当下滑，则副线圈匝数减小，输出电压减小，灯泡的亮度变暗，C错误；在其他条件不变的情况下，适当增大滑动变阻器R1的阻值，则通过灯泡的电流减小，灯泡亮度变暗，D错误。11．(6分)(多选)(2021·重庆适应性测试)如图(1)、(2)所示，理想变压器对用电器供电，其输入电压u＝27 000sin100πt(V)，用电器RL与RL′的参数分别为“220 V　1 100 W”“220 V　440 W”，输电线的总电阻r＝2 Ω。若两图中用电器都能正常工作，则(　　)A．图(1)中电阻r的功率为50 WB．图(2)中变压器的输入功率比图(1)中变压器的输入功率增加了440 WC．图(1)中原、副线圈匝数比n1∶n2＝2 700∶23D．图(2)中原、副线圈匝数比n1∶n2＝1 500∶13【解析】选A、C。根据P＝UI可得，通过RL的电流为IL＝＝ A＝5 A，电阻r的功率为Pr＝Ir＝52×2 W＝50 W，A正确；图(1)变压器输出电压为U出＝UL＋ILr＝220 V＋5×2 V＝230 V，图(1)输入功率等于输出功率，为P1＝U出IL＝230×5 W＝1 150 W，RL′正常工作的电流为IL′＝＝ A＝2 A，图(2)中干路电流为I总＝IL＋IL′＝7 A，图(2)中输出电压为U出′＝UL′＋I总r＝220 V＋7×2 V＝234 V，图(2)中输入功率等于输出功率，为P2＝U出′I总＝234×7 W＝1 638 W，图(2)中变压器的输入功率比图(1)中变压器的输入功率增加了ΔP＝P2－P1＝1 638 W－1 150 W＝488 W，B错误；由于输入电压为U入＝＝＝27 000 V则图(1)中原、副线圈匝数比＝＝，则图(2)中原、副线圈匝数比＝＝，C正确、D错误。故选A、C。12．(22分)如图甲所示，原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表，副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若干“6 V　6 W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图像如图乙所示，副线圈电压表的示数为9 V。(1)求变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2。(2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数。(3)为满足第(2)问中要求，求可变电阻R应调到的电阻值。【解析】(1)根据图像可得原线圈电压的最大值U1m＝27 V其有效值为U1＝27 V根据n1∶n2＝U1∶U2代入数据后可得n1∶n2＝3∶1(2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的电流为I2，为使副线圈接入的灯泡最多，则I1取允许通过的最大电流的有效值为3 A根据U1 I1＝U2 I2，代入数据后可得I2＝9 A正常发光时每个灯泡中电流为I灯＝＝1 A所以允许接入的灯泡个数为n＝＝9。(3)电阻两端电压为UR＝U2－U灯＝3 V电阻阻值为R＝＝ Ω答案：(1)3∶1　(2)9　 (3) Ω