2024-2025學(xué)年高中物理第五章交變電流4變壓器練習含解析新人教版選修3-2

PAGE6-變壓器[A組素養(yǎng)達標]1.如圖所示，志向變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦溝通電源，副線圈接入“220V60W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光．則()A．電流表的示數(shù)為eq\f(3\r(2),220)AB．電源的輸出功率為1200WC．電流表的示數(shù)為eq\f(3,220)AD．原線圈兩端電壓為11V解析：I額＝eq\f(P額,U額)＝eq\f(60,220)A＝eq\f(3,11)A，又eq\f(I,I額)＝eq\f(1,20)，I＝eq\f(1,20)I額＝eq\f(3,220)A，A選項錯誤，C選項正確．P額＝P出＝60W，B選項錯誤.eq\f(U,U額)＝eq\f(20,1)，U＝20U額＝20×220V＝4400V，D選項錯誤．答案：C2．一含有志向變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，為志向溝通電流表，U為正弦溝通電壓源，輸出電壓的有效值恒定．當開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當S閉合時，電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()A．2 B．3C．4 D．5解析：設(shè)原、副線圈匝數(shù)比為n，依據(jù)能量守恒，當S斷開時，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；當S閉合時，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，聯(lián)立解得n＝3，所以B正確．答案：B3．如圖所示，一只志向變壓器，原線圈中有一個抽頭B，使n1＝n2，副線圈中接有定值電阻R.當原線圈從AC端輸入電壓為U的正弦溝通電壓時，副線圈中電流為I，當原線圈從AB端輸入電壓為U的正弦溝通電壓時，副線圈中電流為I′.那么I′與I的比值等于()A．4∶1 B．1∶4C．2∶1 D．1∶2解析：當電壓由AC端輸入改為由AB端輸入后，副線圈上的電壓加倍，電阻R是定值電阻，所以副線圈中的電流加倍．答案：C4．如圖所示，匝數(shù)為50匝的矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強度B＝eq\f(\r(2),10)T的水平勻強磁場中，線框面積S＝0.5m2，線框電阻不計．線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω＝100rad/s勻速轉(zhuǎn)動，并與志向變壓器原線圈相連，副線圈接入一只“220V60W”的燈泡，且燈泡正常發(fā)光，熔斷器允許通過的最大電流為10A．下列說法正確的是()A．在圖示位置線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大B．線框中產(chǎn)生電動勢的有效值為250eq\r(2)VC．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為25∶22D．允許變壓器輸出的最大功率為1000W解析：由題圖可知，此時線圈和磁場垂直，此時線框的磁通量最大，感應(yīng)電動勢為0，所以A錯誤；矩形閉合導(dǎo)線框ABCD在磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的溝通電的最大值Em＝nBSω＝50×eq\f(\r(2),10)×0.5×100V＝250eq\r(2)V，所以溝通電的有效值為250V，所以B錯誤；由于電壓與匝數(shù)成正比，所以變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為25∶22，所以C正確；由于熔斷器允許通過的最大電流為10A，所以允許變壓器輸出的最大功率P＝UI＝250×10W＝2500W，所以D錯誤．答案：C5．(多選)如圖所示，L1、L2是高壓輸電線，圖中兩電表示數(shù)分別是220V和10A，已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為100∶1，乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為1∶10，則()A．甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22000VB．甲圖是電流互感器，輸電電流是100AC．乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22000VD．乙圖是電流互感器，輸電電流是100A解析：甲圖是電壓互感器，電表是電壓表，故B錯誤；依據(jù)匝數(shù)比eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，有U1＝eq\f(n1,n2)U2＝eq\f(100,1)×220V＝22000V，故A正確；乙圖是電流互感器，電表是電流表，故C錯誤；只有一個副線圈的變壓器，電流比等于匝數(shù)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正確．答案：AD6．如圖所示為志向變壓器，三個燈泡L1、L2、L3都標有“5V5W”字樣，L4標有“5V10W”字樣，若它們都能正常發(fā)光，則變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2和ab間電壓應(yīng)為()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都正常發(fā)光，副線圈的電壓應(yīng)為10V．若L1也能正常發(fā)光，則原線圈的電流應(yīng)是副線圈的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)可知原線圈的電壓為20V，Uab＝U1＋UL1＝25V，所以選項A正確．答案：A7．如圖甲、乙所示的電路中，當A、B接有效值為10V的溝通電壓時，C、D間電壓的有效值為4V；當M、N接10V直流電壓時，P、Q間的電壓也為4V．現(xiàn)把C、D接4V溝通電壓，P、Q接4V直流電壓，下列表示A、B間和M、N間電壓的是()A．10V,10V B．10V,4VC．4V,10V D．10V,0解析：題圖甲是一個自耦變壓器，當A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，是一個降壓變壓器，兩邊的電壓之比等于兩邊線圈的匝數(shù)之比．當C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4V溝通電壓時，A、B間將得到10V溝通電壓．題圖乙是一個分壓電路，當M、N作為輸入端時，上下兩個電阻上的電壓跟它們電阻的大小成正比．但是當把電壓加在P、Q兩端時，電流只經(jīng)過下面那個電阻，上面的電阻中沒有電流通過，M、P兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點的電勢相等．所以當P、Q接4V直流電壓時，M、N兩端的電壓也是4V．假如M、N或P、Q換成接溝通電壓，上述關(guān)系仍舊成立，因為在溝通純電阻電路中歐姆定律仍舊適用．答案：B8．如圖所示，志向變壓器初級線圈接一正弦溝通電源，其交變電壓的有效值恒定不變．則下列說法中正確的是()A．只將S1從2撥向1時，電流表示數(shù)變小B．只將S2從4撥向3時，電流表示數(shù)變大C．只將S3從閉合變?yōu)閿嚅_，電阻R2兩端電壓增大D．只將變阻器R3的滑動觸頭上移，變壓器的輸入功率減小解析：只將S1從2撥向1時，電流表示數(shù)變大，A錯誤；只將S2從4撥向3時，電流表示數(shù)變小，B錯誤；只將S3從閉合變?yōu)閿嚅_，電阻R2兩端電壓不變，C錯誤；只將變阻器R3的滑動觸頭上移，變壓器的輸入功率減小，D正確．答案：D[B組素養(yǎng)提升]9．(多選)一志向變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，原線圈輸入電壓的改變規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動變阻器的觸頭．下列說法正確的是()A．副線圈輸出電壓的頻率為50HzB．副線圈輸出電壓的有效值為31VC．P向右移動時，原、副線圈的電流之比減小D．P向右移動時，變壓器的輸出功率增加解析：由圖象可知原線圈輸入電壓的最大值Um＝311V，T＝2×10－2s，則原線圈輸入電壓的有效值U1＝eq\f(Um,\r(2))＝220V，f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,2×10－2)Hz＝50Hz，原、副線圈頻率相等，A正確；由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝22V，B錯誤；P向右移動時，負載的電阻減小，副線圈輸出電壓不變，所以副線圈中的電流增大，原線圈中的電流也增大，而匝數(shù)比不變，所以原、副線圈的電流之比不變，C錯誤；P向右移動時，負載的電阻減小，副線圈輸出電壓不變，由P入＝P出＝eq\f(U2,R)知變壓器的輸出功率增加，D正確．答案：AD10．某同學(xué)自制變壓器，原線圈為n1匝，在做副線圈時，將導(dǎo)線ab對折后并在一起，在鐵芯上繞n2圈，從導(dǎo)線對折處引出一個接頭c，連成如圖所示電路．S為單刀雙擲開關(guān)，線圈電阻不計，原線圈接u1＝Umsinωt的溝通電源．下列說法正確的是()A．S接b時，電壓表示數(shù)為eq\f(\r(2)n2Um,n1)B．S接c時，電壓表示數(shù)為eq\f(\r(2)n2Um,n1)C．S接c時，滑動觸頭P向下移動，變壓器輸入功率變大D．S接c時，滑動觸頭P向上移動，變壓器輸入電流變大解析：S接b時，改變的磁場在兩條副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等，方向相反，a、b電勢相等，a、b間無電壓，電壓表示數(shù)為零，故A錯誤；由表達式知輸入電壓有效值為U＝eq\f(Um,\r(2))，依據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知電壓表的讀數(shù)為U2＝eq\f(n2,n1)U＝eq\f(\r(2)n2Um,2n1)，故B錯誤；S接c時，滑動觸頭P向下移動，電阻增大，電壓不變，變壓器輸入功率等于輸出功率，輸入功率變小，故C錯誤；S接c時，滑動觸頭P向上移動，電阻減小，電壓不變，副線圈電流增大，變壓器輸入電流變大，D正確．答案：D11．一臺志向變壓器，其原線圈的匝數(shù)為2200匝，副線圈的匝數(shù)為440匝，副線圈中接入一個100Ω的負載電阻，如圖所示．(1)當原線圈接在44V直流電源上時，電壓表示數(shù)為多大？電流表示數(shù)為多大？(2)當原線圈接在220V溝通電源上時，電壓表示數(shù)為多大？電流表示數(shù)為多大？此時輸入功率為多少？變壓器效率為多大？解析：(1)原線圈接在直流電源上時，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生改變，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零．(2)由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得：電壓表示數(shù)為U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(440,2200)×220V＝44V.電流表示數(shù)為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組學(xué)霸沖刺]12．如圖甲為一志向變壓器，ab為原線圈，ce為副線圈，d為副線圈引出的一個接頭，原線圈輸入正弦式交變電壓的ut圖象如乙圖所示．若只在ce間接一只Rce＝400Ω的電阻，或只在de間接一只Rde＝225Ω的電阻，兩種狀況下電阻消耗的功率均為80W.(1)請寫出原線圈輸入電壓瞬時值uab的表達式；(2)求只在ce間接400Ω電阻時，原線圈中的電流I1；(3)求ce和de間線圈的匝數(shù)比eq\f(nce,nde).解析：(1)由乙圖知ω＝200πrad/s，電壓瞬時值uab＝400sin200πtV.(2)電壓有效值U1＝eq\f(Um,\r(2))＝200eq\r(2)V，志向變壓器P1＝P2，原線圈中的電流I1＝eq\