2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第6節(jié) 變壓器練習(xí) 教科版選修3-2

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第6節(jié) 變壓器練習(xí) 教科版選修3-2 1．當(dāng)變壓器的原線圈加上交變電壓時(shí)，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發(fā)交變的磁通量，交變的磁通量穿過________也穿過________，在原、副線圈中產(chǎn)生____________．當(dāng)副線圈閉合時(shí)，在副線圈中就會(huì)有交流電通過，這樣，雖然原、副線圈并不相連，電能卻從原線圈通過磁場傳輸給副線圈． 2．在理想情況下，變壓器原、副線圈兩端的電壓跟它們的____________，公式表示為__________________．如果原線圈的匝數(shù)小于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈高，這種變壓器稱為____

2、________；如果原線圈的匝數(shù)大于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈低，這種變壓器稱為____________． 3．關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(　　) A．通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變 B．穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等 C．穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 D．原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈 4．對理想變壓器，下列說法中正確的是(　　) A．原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大 B．原線圈的輸入電流，隨副線圈的輸出電流增大而增大 C．原線圈的電流，不隨副線圈的輸出電流變化而變化 D．當(dāng)副線圈的

3、電流為零時(shí)，原線圈的電壓也為零 5．某變電站用原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2的變壓器，將遠(yuǎn)距離輸來的電能送給用戶，如圖1所示，將變壓器看作理想變壓器，當(dāng)變壓器正常工作時(shí)，下列說法正確的是(　　) 圖1 A．原、副線圈電壓比為n2∶n1 B．原、副線圈電流比為n1∶n2 C．原、副線圈電壓比為n1∶n2 D．變壓器的輸入功率與輸出功率的比為n1∶n2 【概念規(guī)律練】 知識(shí)點(diǎn)一　變壓器的基本規(guī)律 1．如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V,60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則(　　) 圖2 A．電流表的

4、示數(shù)為A B．電源輸出功率為1200W C．電流表的示數(shù)為A D．原線圈端電壓為11V 2．某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55∶9，原線圈所接電源電壓按如圖3所示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載，下列判斷正確的是(　　) 圖3 A．輸出電壓的最大值為36V B．原、副線圈中電流之比為55∶9 C．變壓器輸入、輸出功率之比為55∶9 D．交流電源電壓有效值為220V，頻率為50Hz 知識(shí)點(diǎn)二　常見變壓器 3．如圖4所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值UAB＝100V，R0＝40Ω，當(dāng)滑動(dòng)片處于線圈中點(diǎn)位置時(shí)，C、D兩端電壓的有效值UCD為________V，通過

5、電阻R0的電流有效值為________A. 圖4 4．如圖5所示，M、N為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說法正確的是(　　) 圖5 A．在乙圖中，線圈N4的導(dǎo)線一定比線圈N3的導(dǎo)線粗 B．甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表 C．甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表 D．甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表 【方法技巧練】 一、變壓器動(dòng)態(tài)問題的分析方法 5．如圖6所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈的電壓，則(　　) 圖6 A．保持U1及P的位置

6、不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大 B．保持P的位置及U1不變，K由b合到a時(shí)，R消耗功率將減小 C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大 D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大 6．如圖7所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開始時(shí)，開關(guān)S斷開．當(dāng)S接通時(shí)，以下說法中正確的是(　　) 圖7 A．副線圈兩端M、N的輸出電壓減小 B．副線圈輸電線等效電阻R上的電壓增大 C．通過燈泡L1的電流減小 D．原線圈中的電流增大 二、有多個(gè)副線圈的理想變壓器問題的分析方法 7．理想變壓器如圖8所示，原線圈匝

7、數(shù)n1＝1000匝，兩副線圈匝數(shù)分別為n2＝600匝，n3＝200匝，當(dāng)原線圈兩端接在220V的交流電源上時(shí)，原線圈上電流為2A，通過R2的電流為1A，則通過R3的電流為(　　) 圖8 A．10 A B．7 AC．3 AD．1 A 8．如圖9所示，一臺(tái)有兩個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1＝1100匝，接入電壓U1＝220V的電路中． (1)要求在兩個(gè)副線圈上分別得到電壓U2＝6V，U3＝110V，它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少？ (2)若在兩副線圈上分別接上“6V，20W”、“110V，60W”的兩個(gè)用電器，原線圈的輸入電流為多少？ 圖9

8、1．理想變壓器工作時(shí)，原線圈輸入與副線圈輸出的物理量一定相同的是(　　) A．電壓有效值B．電流有效值 C．交變電流頻率D．交流電功率 2．如圖10所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒l在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，電流表的示數(shù)是12mA，則電流表的示數(shù)為(　　) 圖10 A．3mAB．0mA C．48mAD．與負(fù)載R的值有關(guān) 3．在繞制變壓器時(shí)，某人將兩個(gè)線圈繞在如圖11所示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上．當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間的臂．已知線圈1,2的匝數(shù)之比n1∶n2＝2∶1.在不接負(fù)載

9、的情況下(　　) 圖11 A．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時(shí)，線圈2輸出電壓為110V B．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時(shí)，線圈2輸出電壓為55V C．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時(shí)，線圈1輸出電壓為220V D．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時(shí)，線圈1輸出電壓為110V 4．一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖12甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動(dòng)變阻器的觸頭．下列說法正確的是(　　) 圖12 A．副線圈輸出電壓的頻率為50Hz B．副線圈輸出電壓的有效值為31V C．P向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小 D．P向右移動(dòng)時(shí)，變壓器

10、的輸入功率增加 5．一臺(tái)理想變壓器從10kV的線路中降壓并提供200A的負(fù)載電流．已知兩個(gè)線圈的匝數(shù)比為40∶1，則變壓器原線圈的電流、輸出電壓及輸出功率是(　　) A．5 A,250 V,50 kW B．5 A,10 kV,50 kW C．200 A,250 V,50 kW D．200 A,10 kV,2×103 kW 6．一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈有可調(diào)電阻R.設(shè)原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2.當(dāng)R增大時(shí)(　　) A．I1減小，P1增大B．I1減小，P1減小 C．I2增大，P2減小D．I2增大，P

11、2增大 7．如圖13所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1∶5，原線圈兩端的交變電壓為u＝20sin100πtV．氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時(shí)開始發(fā)光．下列說法中正確的有(　　) 圖13 A．開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100Hz B．開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100V C．開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大 D．開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變 8．圖14所示是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器．已知變壓器原線圈與副線圈匝數(shù)比＝，加在原線圈的電壓為u1＝311sin100πtV，霓虹燈正常工作的電阻R＝440kΩ，I1、I2表示原、副線圈中的電流．下列判斷正確的是(

12、　　) 圖14 A．副線圈兩端電壓6220V，副線圈中的電流14.1mA B．副線圈兩端電壓4400V，副線圈中的電流10mA C．I1I2 9．如圖15甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1＝20Ω，R2＝30Ω，C為電容器．已知通過R1的正弦式交變電流如圖14乙所示，則(　　) 圖15 A．交變電流的頻率為0.02Hz B．原線圈輸入電壓的最大值為200V C．電阻R2的電功率約為6.67W D．通過R3的電流始終為零 10．如圖16所示，理想變壓器線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，分別接有相同的兩只燈泡A和B，若在a、b間接正弦

13、式交流電源，電源電壓為U，則B燈兩端電壓為(　　) 圖16 A．0.5UB．2UC．0.2UD．0.4U 題　號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答　案 11．如圖17所示的變壓器的原線圈1接到220V的交流電源上．副線圈2的匝數(shù)n2＝30匝，與一個(gè)“12V　12W”的燈泡L連接，L能正常發(fā)光．副線圈3的輸出電壓U3＝110V，與電阻R連接，通過R的電流為0.4A，求： 圖17 (1)副線圈3的匝數(shù)n3； (2)原線圈1的匝數(shù)n1和電流I1.

14、12．如圖18所示，一個(gè)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(shí)，熔絲就熔斷． 圖18 (1)熔絲的熔斷電流是多大？ (2)當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時(shí)，變壓器的輸入功率是多大？ 13．如圖19所示，交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢的有效值E＝20V，內(nèi)阻不計(jì)，它通過一個(gè)R＝6Ω的指示燈連接變壓器．變壓器輸出端并聯(lián)24只彩色小燈泡，每只燈泡都是“6V，0.25W”，燈泡都正常發(fā)光，導(dǎo)線電阻不計(jì)．求：

15、圖19 (1)降壓變壓器初級(jí)、次級(jí)線圈匝數(shù)比． (2)發(fā)電機(jī)的輸出功率． 第6節(jié)　變壓器答案 課前預(yù)習(xí)練 1．原線圈　副線圈　感應(yīng)電動(dòng)勢 2．匝數(shù)成正比?。健∩龎鹤儔浩鳌〗祲鹤儔浩? 3．C　[通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的，由于面積S不變，故磁通量Φ變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無漏磁，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，原副線圈通過磁場聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤．] 4．AB　[理想變壓器原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，且隨副線圈的輸出功率的變化而變化，原線圈的輸入電流取決于副線圈的輸出電流，當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈的電流也為

16、零，但原線圈電壓并不一定為零，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤．] 5．C　[電壓之比等于匝數(shù)之比，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，所以電流之比等于電壓之比的反比，也就等于線圈匝數(shù)比的反比．] 課堂探究練 1．C　[因?yàn)闊襞菡０l(fā)光，所以副線圈中的電流 I2＝＝A＝A 根據(jù)公式＝得I1＝I2＝×A＝A，即電流表的示數(shù)應(yīng)為A，故A錯(cuò)，C對；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入＝P出可得電源的輸出功率為60W，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)公式＝，得U1＝U2＝×220V＝4400V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．] 點(diǎn)評(píng)　變壓器的基本規(guī)律 電壓關(guān)系：(1)①只有一個(gè)副線圈時(shí)＝或＝ ②當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)＝＝＝… (2

17、)功率關(guān)系：P入＝P出 ①只有一個(gè)副線圈時(shí)，P1＝P2 ②當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)P1＝P2＋P3＋… (3)電流關(guān)系：①只有一個(gè)副線圈時(shí)，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2 得＝＝ 即＝ ②當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，由P1＝P2＋P3＋…知 I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋… 得I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋… 2．D　[由圖知原線圈電壓最大值為220V，周期T＝2×10－2s，故有效值為220V，頻率為50Hz；由＝，＝得輸出電壓最大值為36V，原、副線圈電流之比為9∶55，輸入、輸出功率應(yīng)相等，所以正確答案為D.] 點(diǎn)評(píng)　變壓器的電壓關(guān)系、電流關(guān)系是有效值(或最大值)間的關(guān)系，即如公式

18、＝中，若U1是有效值則U2就是有效值，若U1是最大值則U2就是最大值． 3．200　5 解析　由理想變壓器公式＝得UCD＝UAB＝2×100V＝200V，又由I2＝＝A＝5A. 點(diǎn)評(píng)　自耦變壓器鐵芯上只繞一個(gè)線圈，原、副線圈共用一個(gè)繞組，最大優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，缺點(diǎn)是低壓端和高壓端直接有電的聯(lián)系，使用不夠安全．變壓器的規(guī)律都適用于自耦變壓器． 4．C　[電壓互感器輸入端分別接在兩根線上，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)少；電流互感器輸入端只能串聯(lián)在電路中，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)多．] 點(diǎn)評(píng)　甲圖是電壓互感器，乙圖是電流互感器，它們分別與電壓表和電流表的使用方法相同，即：電壓互感器測電壓時(shí)需并聯(lián)

19、接入電路，電流互感器測電流時(shí)需串聯(lián)接入電路．它們利用變壓器的原理把高電壓、大電流變成低電壓、小電流，以方便測量． 5．ABD　[K由a合到b時(shí)，n1減小而U1不變，由＝可知副線圈上電壓增大，負(fù)載R的電流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A項(xiàng)正確．同理K由b合到a時(shí)，P2減小，B項(xiàng)正確． P上滑時(shí)，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2＝可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由＝可知I1將減小，故C項(xiàng)錯(cuò)誤． 當(dāng)U1增大時(shí)，由＝可知U2也增大，I2＝增大，再由＝可知I1增大，故D項(xiàng)正確．] 方法總結(jié)　此類問題大致有兩種情況：一是負(fù)載電阻不變，原、副線圈的電壓(

20、U1、U2)、電流(I1、I2)，輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，如選項(xiàng)A、B；另一類是原、副線圈的匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負(fù)載電阻的變化而變化的情況，如選項(xiàng)C.處理此類問題時(shí)，要根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系． 6．BCD　[由于輸入電壓不變，所以S接通時(shí)，理想變壓器副線圈M、N兩端輸出電壓不變．并聯(lián)燈泡L2，負(fù)載總電阻變小，由歐姆定律I＝知，流過R的電流增大，電阻R上的電壓UR＝IR增大．副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率I1U1＝I2U2得，I2增大，則原線圈輸入電流I1也增大． UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過燈泡L1的電

21、流減?。甝 方法總結(jié)　變壓器動(dòng)態(tài)分析問題的思路程序可表示為 7．B　[由理想變壓器變壓比公式＝可得U2＝＝V＝132V，由＝可得U3＝U1＝V＝44V，根據(jù)輸入功率等于輸出功率有I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3 解得I3＝7A，選B] 方法總結(jié)　理想變壓器變壓比公式＝，對有一個(gè)或n個(gè)副線圈的變壓器均適用，而變流比公式＝，只適用于有一個(gè)副線圈的變壓器，若為兩個(gè)以上副線圈的變壓器，必須用P入＝P出，即U1I1＝U2I2＋U3I3或n1I1＝n2I2＋n3I3來計(jì)算． 8．(1)30匝　550匝　(2)0.36A 解析　(1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關(guān)系，由 ＝，＝ 得n2＝n1

22、＝×1100匝＝30匝 n3＝n1＝×1100匝＝550匝 (2)設(shè)原線圈輸入電流為I1，P入＝P出，即 I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＝P2＋P3， 所以I1＝＝A＝0.36A 方法總結(jié)　第(1)問中，也可根據(jù)原、副線圈每伏電壓分配到的匝數(shù)相等進(jìn)行計(jì)算．即由＝＝5匝/V，得匝數(shù)n2＝5×6匝＝30匝，n3＝5×110匝＝550匝． 課后鞏固練 1．CD 2．B 3．BD　[在不考慮原、副線圈內(nèi)電阻的情況下，變壓器原、副線圈電壓之比(U1/U2)等于原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢之比(E1/E2)．當(dāng)給線圈1輸入電壓U1時(shí)，＝＝＝＝×＝.當(dāng)給線圈2輸入電壓U2時(shí)，＝＝＝＝×＝1.

23、所以選項(xiàng)B、D正確．] 4．AD　[變壓器不改變電壓的頻率，副線圈中的電壓頻率等于原線圈中的電壓頻率為f＝＝Hz＝50Hz；由＝可得副線圈中電壓的最大值31V，故有效值為V；P向右移動(dòng)時(shí)，輸出電路中電壓不變，電阻減小，電流增大，輸出功率增大，變壓器的輸入功率等于輸出功率，也增大，故正確的選項(xiàng)為A、D.] 5．A　[設(shè)原線圈輸入電壓、電流、功率分別為U1、I1、P1，副線圈輸出電壓、電流、功率分別為U2、I2、P2，原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2. 由＝知I1＝I2＝×200 A＝5 A. 由＝知U2＝U1＝×10×103 V＝250 V 輸出功率P出＝U2I2＝250×200W＝50

24、kW] 6．B　[副線圈的電壓不變，當(dāng)副線圈接的電阻R增大時(shí)，I2減小，P2減小，因?yàn)镻1＝P2，所以P1減小，I1＝I2，I1也減?。甝 7．AB　[由＝得：副線圈的輸出電壓u2＝5u＝100sin100πtV，此電源頻率f0＝50Hz，而氖泡每個(gè)周期發(fā)光2次，則氖泡的發(fā)光頻率f氖＝2f0＝100Hz，A正確；電壓表的示數(shù)應(yīng)為副線圈輸出電壓的有效值，故U＝＝100V，B正確；交變電流、電壓的有效值不變，故表示數(shù)不變，C錯(cuò)；斷開開關(guān)后，變壓器的輸出功率減小，D錯(cuò)．] 8．BD　[原線圈電壓有效值U1＝＝V＝220V，由＝，可得U2＝4400V，由歐姆定律可知I2＝＝10mA，由＝可得：I

25、1>I2，所以B、D兩項(xiàng)正確．] 9．C　[由題中圖象可知該交變電流的周期為0.02s，所以頻率為50Hz，A錯(cuò)誤；因?yàn)樽儔浩鬏敵鲭妷鹤畲笾禐?0×1V＝20V，所以由變壓比公式＝知變壓器原線圈電壓的最大值為20×10V＝200V，B錯(cuò)誤；R2的功率P2＝＝W＝6.67W，C正確；因?yàn)殡娙萜鞔嬖诔?、放電現(xiàn)象，所以電阻R3中的電流不是始終為零，D錯(cuò)誤．] 10．D　[設(shè)原線圈電壓為U1，電流為I1，副線圈電壓為U2，電流為I2，則U1＝U－I1RA，＝，＝，U2＝I2RB，依題意，A、B完全相同，有RA＝RB，聯(lián)立以上各式，整理可得 U1＝(U－U1)，即U1＝2(U－U1)， 得U1＝

26、U，U2＝U1＝U＝0.4U] 11．(1)275匝　(2)550匝　0.255A 解析　(1)變壓比公式對于兩個(gè)副線圈也適用，則有 ＝，n3＝＝匝＝275匝． (2)同理：＝，n1＝n2＝×30匝＝550匝．理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P1＝P2＋P3＝12W＋0.4×110W＝56W．原線圈中電流I1＝＝A≈0.255A 12．(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，有I1U1＝I2U2 當(dāng)I2＝12mA時(shí)，I1即為熔斷電流，代入數(shù)據(jù)，得I1＝0.98A (2)設(shè)副線圈中電流為I2′＝10mA時(shí)，變壓器的輸入功率為P1，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有 P1＝I2′U2，代入數(shù)據(jù)，得P1＝180W 13．(1)3∶1　(2)6.67W 解析　(1)彩色小燈泡額定電流IL＝＝A＝A，次級(jí)線圈總電流I2＝24IL＝1A．變壓器輸入功率等于輸出功率，有I1U1＝I2U2＝6W，變壓器原線圈電路中，利用歐姆定律可得E＝U1＋I(xiàn)1R＝＋6I1，代入E值解得I1＝A(I1＝3A應(yīng)舍去，據(jù)題意是降壓變壓器，應(yīng)I1