【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修2：3.3 變壓器第1課時變壓器原理及應(yīng)用提能作業(yè)習題

第三章3.第1課時基礎(chǔ)達標練1．(2023·福建南平高二階段練習)電磁學的成就極大地推動了人類社會的進步。下列說法錯誤的是(B)A．甲圖中，這是錄音機的錄音電路原理圖，當錄音機錄音時，聲音信號變成電信號，線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場B．乙圖電路中，開關(guān)斷開瞬間，燈泡會突然閃亮一下C．丙圖中，在真空冶煉爐中，可以利用高頻電流產(chǎn)生的渦流冶煉出高質(zhì)量合金D．丁圖中，鉗形電流表是利用電磁感應(yīng)原理制成的，它的優(yōu)點是不需要切斷導線，就可以方便地測出通過導線中交變電流的大小解析：甲圖中，將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)榇判盘?，是錄音機的原理。當錄音機錄音時，由于話筒的聲電轉(zhuǎn)換，線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場，使磁帶的磁粉磁化，A正確，不符合題意；乙圖電路中，開關(guān)斷開瞬間，電路立即斷開，沒有閉合回路，燈泡不會突然閃亮一下，B錯誤，符合題意；丙圖中，在真空冶煉爐中，可以利用高頻電流產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，冶煉出高質(zhì)量合金，C正確，不符合題意；丁圖中，鉗形電流表是利用電磁感應(yīng)原理制成的，相當于變壓器，不需要切斷導線，就可以方便地測出通過導線中交變電流的大小，D正確，不符合題意；故選B。2．(多選)(2023·貴州銅仁高二統(tǒng)考)如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，原線圈上接有燈泡L1和開關(guān)S，燈泡L1和L2的額定電壓均為U0，當S斷開時兩燈泡恰好均能正常發(fā)光，則(BC)A．電源電壓有效值為U＝2U0B．S斷開時，燈泡L1和L2的電流之比為1∶2C．S斷開時，燈泡L1和L2的功率之比為1∶2D．S閉合后，燈泡L2仍能正常發(fā)光解析：副線圈的電壓為U2＝U0，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，解得原線圈的電壓U1＝2U0，電源電壓U＝U0＋2U0＝3U0，故A錯誤；S斷開時，由U1I1＝U2I2，可得燈泡L1和L2的電流之比eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,2)，故B正確；S斷開時，燈泡L1和L2的電壓相同，功率之比eq\f(P1,P2)＝eq\f(U0I1,U0I2)＝eq\f(1,2)，故C正確；S閉合后，原線圈的電壓為電源電壓U1＝U＝3U0，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，解得U2＝eq\f(3,2)U0，燈泡L2不能正常發(fā)光，故D錯誤。故選BC。3．電流互感器是一種測量電路中電流的變壓器，工作原理如圖所示。其原線圈匝數(shù)較少，串聯(lián)在電路中，副線圈匝數(shù)較多，兩端接在電流表上。則電流互感器(D)A．是一種降壓變壓器B．能測量直流電路的電流C．原、副線圈電流的頻率不同D．副線圈的電流小于原線圈的電流解析：電流互感器原線圈匝數(shù)少，副線圈匝數(shù)多，是一種升壓變壓器，A錯誤；變壓器的原理是電磁感應(yīng)，故它不能測量直流電路的電流，B錯誤；變壓器不改變交變電流的頻率，C錯誤；變壓器原、副線圈的電流與線圈匝數(shù)成反比，因此副線圈的電流小于原線圈的電流，D正確。4．(多選)如圖所示，一理想變壓器的原線圈接在電壓為220V的正弦交流電源上，副線圈通過電流表與一阻值為40Ω的電阻連接。已知理想電流表的示數(shù)為1.1A，則下列說法正確的是(CD)A．變壓器的輸入功率為24.2WB．電阻兩端電壓的最大值為44VC．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為5∶1D．通過原線圈電流的有效值為0.22A解析：由P＝I2R可知P＝48.4W，A錯誤；由U2＝IR可知U2＝44V，電阻兩端電壓的最大值為44eq\r(2)V，B錯誤；變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1：n2＝U1：U2＝5∶1，C正確；由n1：n2＝I2：I1可得I1＝0.22A，D正確。5．(多選)如圖所示是一種理想自耦變壓器示意圖，線圈繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，P是可移動的滑動觸頭。輸入端AB接交流電壓U，輸出端CD連接了兩個相同的燈泡L1和L2，Q為滑動變阻器的滑動觸頭。當開關(guān)S閉合，P處于圖示位置時，兩燈均能發(fā)光。下列說法正確的是(AD)A．P不動，將Q向右移動，變壓器的輸入功率變大B．P不動，將Q向右移動，兩燈均變暗C．Q不動，將P沿逆時針方向移動，變壓器的輸入功率變小D．P、Q都不動，斷開開關(guān)S，L1將變亮解析：P不動，將Q向右移動，負載電阻變小，電流變大，兩燈均變亮，副線圈兩端電壓不變，輸出功率變大，則變壓器的輸入功率變大，A正確，B錯誤；Q不動，將P沿逆時針方向移動，原線圈匝數(shù)減小，則副線圈兩端電壓增大，輸出功率增大，變壓器的輸入功率也變大，C錯誤；P、Q都不動，副線圈兩端電壓不變，斷開開關(guān)S，副線圈的負載電阻增大，電流減小，R分壓減小，L1分壓增大，L1將變亮，D正確。6．(2023·北京北師大實驗中學高二期中)某次實驗中，將理想變壓器原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接燈泡L1和滑動變阻器R，電路中分別接入理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導線電阻不計，如圖所示。當滑動變阻器的滑片P向下滑動的過程中(D)A．A1示數(shù)變小，A1與A2示數(shù)的比值不變B．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大D．V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變解析：當滑動變阻器的滑片P向下滑動的過程中電阻接入電路的阻值減小，整個回路的總電阻減小，副線圈的電流I2增加，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，可知原線圈的電流I1也增加，但電流比值不變；由于電源電壓不變，線圈匝數(shù)不變，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，因此電壓表V1與V2示數(shù)都不變。故選D。7．(多選)如圖所示，變壓器初級線圈接電壓一定的交流電，在下列措施中能使電流表示數(shù)減小的是(BCD)A．只將S1從2撥向1B．只將S2從4撥向3C．只將S3從閉合改為斷開D．只將變阻器R3的滑動觸頭上移解析：只將S1從2撥向1時，原線圈匝數(shù)減小，輸出電壓變大，故輸出電流變大，輸入電流即電流表的示數(shù)也變大，故A錯誤；只將S2從4撥向3時，副線圈匝數(shù)減小，輸出電壓變小，故輸出電流變小，輸入電流變小，故B正確；只將S3從閉合變?yōu)閿嚅_，少一個支路，電壓不變，總電阻變大，輸出功率減小，則輸入功率也減小，電流表的示數(shù)減小，故C正確；只將變阻器R3的滑動觸頭上移，負載總電阻變大，輸出電流變小，故輸入電流減小，故D正確。8．如圖所示，一個變壓器(可視為理想變壓器)的原線圈接在220V的市電上，向額定電壓為1.80×104V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光。為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過12mA時，熔絲就熔斷。(1)熔絲的熔斷電流是多大？(2)當副線圈電路中電流為10mA時，變壓器的輸入功率是多大？答案：(1)0.98A(2)180W解析：(1)設(shè)原、副線圈上的電壓、電流分別為U1、U2、I1、I2。根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率即P1＝P2，故有I1U1＝I2U2，由于U1＝220V，U2＝1.80×104V，當I2＝12×10－3A，I1為熔斷電流。得I1＝eq\f(U2I2,U1)≈0.98A。(2)設(shè)副線圈中電流為I2＝10mA＝10×10－3A時，變壓器的輸出功率P2＝U2I2＝0.01×1.80×104W＝180W由于輸入功率等于輸出功率，有P1＝P2＝180W。能力提升練9．(2023·內(nèi)蒙古赤峰市林東一中高二下學期期中)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，原線圈兩端連接光滑導軌，副線圈與電阻R相連組成閉合回路。當直導線AB在勻強磁場中沿導軌勻速地向右做切割磁感線運動時，電流表A1的讀數(shù)為12mA，那么電流表A2的讀數(shù)為(A)A．0 B．3mAC．48mA D．與R大小有關(guān)解析：由于直導線AB勻速運動，則AB切割磁場產(chǎn)生的電流是恒定的，線圈產(chǎn)生的磁通量也是恒定的，所以不會引起副線圈的磁通量的變化，所以副線圈不會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即電流表A2的讀數(shù)為0，故選項A正確，B、C、D錯誤。10．(2023·湖南長沙市高二期中)如圖所示，電路中有四個完全相同的燈泡，額定電壓均為2.5V，額定功率均為2W，變壓器為理想變壓器，現(xiàn)在四個燈泡都正常發(fā)光，則變壓器的匝數(shù)比n1∶n2和電源電壓U1分別為(C)A．1∶25V B．1∶210VC．2∶110V D．2∶15V解析：設(shè)燈泡正常發(fā)光時，額定電流為I0，由題圖可知，原線圈中電流I原＝I0副線圈中兩燈并聯(lián)，副線圈中電流I副＝2I0，U副＝U根據(jù)理想變壓器的基本規(guī)律I原n1＝I副n2得n1∶n2＝2∶1，根據(jù)U原∶U副＝n1∶n2得U原＝2U，所以U1＝2U＋U原＝10V故選C。11．(2023·南京金陵中學高二期末)在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個臂上。當通過交變電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間的臂，線圈1、2的匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1。在不接負載的情況下(D)A．當線圈1的輸入電壓為220V時，線圈2的輸出電壓為440VB．當線圈1的輸入電壓為220V時，線圈2的輸出電壓為110VC．當線圈2的輸入電壓為110V時，線圈1的輸出電壓為220VD．當線圈2的輸入電壓為110V時，線圈1的輸出電壓為110V解析：本題中每個線圈通交變電流后，其內(nèi)部磁通量的一半通過另一個線圈，因此另一線圈的磁通量的變化率只有通電線圈的一半。由變壓器原理，所以當從線圈1輸入電壓U1＝220V時，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1ΔΦ1,n2ΔΦ2)＝eq\f(n1·2ΔΦ2,n2ΔΦ2)＝eq\f(4,1)，得線圈2輸出電壓U1＝55V，故A、B錯誤；當從線圈2輸入電壓U2＝110V時eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2ΔΦ2,n1ΔΦ1)＝eq\f(n2·2ΔΦ1,n1ΔΦ1)＝1，所以線圈1輸出電壓U1＝U2＝110V，故C錯誤，D正確。故選D。12．(多選)如圖所示，在理想變壓器的輸電電路中，電流表和電壓表均為理想電表，R1為定值電阻，R2為滑動變阻器，在a、b端輸入u＝U0sinωt的正弦交流電壓，當滑動變阻器的滑片處在圖示位置時，電壓表的示數(shù)為U，電流表的示數(shù)為I，現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電壓表的示數(shù)為eq\f(1,2)U，則下列說法正確的是(AB)A．滑動變阻器的滑片一定向左移B．調(diào)節(jié)滑動變阻器后，電流表的示數(shù)為eq\f(1,2)IC．調(diào)節(jié)滑動變阻器后，滑動變阻器兩端的電壓是原來的兩倍D．調(diào)節(jié)滑動變阻器過程，滑動變阻器消耗的功率一直減小解析：設(shè)原、副線圈匝數(shù)比為k，副線圈兩端的電壓為U，則由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝k可得原線圈兩端的電壓為kU，副線圈的電流為I2＝eq\f(U,R1)由原、副線圈的電流關(guān)系eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,k)可得原線圈的電流為I＝eq\f(U,kR1)變壓器的等效電阻為R′＝eq\f(kU,I)＝k2R1電壓表示數(shù)減小，則等效電阻分壓變小，根據(jù)歐姆定律，滑動變阻器分壓變大，滑片向左移，A正確；電壓表示數(shù)減半，根據(jù)歐姆定律，副線圈電流減半，再根據(jù)變壓器電流關(guān)系eq\f(I1,I2)＝eq\f(1,k)可知，原線圈電流減半，B正確；因未知U與U0初始時的關(guān)系，只能確定滑動變阻器分壓變大，無法定量，C錯誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律，因未知滑動變阻器阻值與等效電阻R′的大小關(guān)系，滑動變阻器消耗的功率可能增大，也可能減小，D錯誤。13．如圖所示，理想變壓器有兩個副線圈，L1、L2是兩個規(guī)格為“8V10W”的燈泡，L3、L4是兩個規(guī)格為“6V12W”的燈泡，當變壓器的輸入電壓為U1＝220V時，四個燈泡恰好都能正常發(fā)光，如果原線圈的匝數(shù)n1＝1100匝，求：(1)副線圈的匝數(shù)n2、n3；(2)電流表的讀數(shù)。答案：(1)40匝60匝(2)0.2A解析：(1)由變壓器原理可知，n1∶n2∶n3＝U1∶U2∶U3，則n2＝eq\f(U2,U1)n1＝eq\f(8,220)×1100匝＝40匝，n3＝eq\f(U3,U1)n1＝eq\f(2×6,220)×1100匝＝60匝。(2)由P入＝P出可得，I1U1＝P1＋P2＋P3＋P4，所以I1＝eq\f(2P2＋2P3,U1)＝eq\f(2×10＋2×12,220)A＝0.2A。14．交流發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。一小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應(yīng)強度B＝eq\f(\r(2),π)T。如果用此發(fā)電機帶動兩個標有“220V11kW”的電機正常工作，需在發(fā)電