2022-2023学年高中物理 第2章 交变电流 第6节 变压器练习 教科版选修3-2

2022-2023学年高中物理 第2章 交变电流 第6节 变压器练习 教科版选修3-21当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过_也穿过_，在原、副线圈中产生_当副线圈闭合时，在副线圈中就会有交流电通过，这样，虽然原、副线圈并不相连，电能却从原线圈通过磁场传输给副线圈2在理想情况下，变压器原、副线圈两端的电压跟它们的_，公式表示为_如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为_；如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为_3关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈4对理想变压器，下列说法中正确的是()A原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零5某变电站用原、副线圈匝数比为n1n2的变压器，将远距离输来的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是()图1A原、副线圈电压比为n2n1B原、副线圈电流比为n1n2C原、副线圈电压比为n1n2D变压器的输入功率与输出功率的比为n1n2【概念规律练】知识点一变压器的基本规律1如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()图2A电流表的示数为AB电源输出功率为1200WC电流表的示数为AD原线圈端电压为11V2某变压器原、副线圈匝数比为559，原线圈所接电源电压按如图3所示规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是()图3A输出电压的最大值为36VB原、副线圈中电流之比为559C变压器输入、输出功率之比为559D交流电源电压有效值为220V，频率为50Hz知识点二常见变压器3如图4所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB100V，R040，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为_V，通过电阻R0的电流有效值为_A.图44如图5所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是()图5A在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗B甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表C甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表D甲、乙两图中的电表均为交流电流表【方法技巧练】一、变压器动态问题的分析方法5如图6所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈的电压，则()图6A保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小C保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大6如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开当S接通时，以下说法中正确的是()图7A副线圈两端M、N的输出电压减小B副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C通过灯泡L1的电流减小D原线圈中的电流增大二、有多个副线圈的理想变压器问题的分析方法7理想变压器如图8所示，原线圈匝数n11000匝，两副线圈匝数分别为n2600匝，n3200匝，当原线圈两端接在220V的交流电源上时，原线圈上电流为2A，通过R2的电流为1A，则通过R3的电流为()图8A10 A B7 AC3 AD1 A8如图9所示，一台有两个副线圈的理想变压器，原线圈匝数n11100匝，接入电压U1220V的电路中(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U26V，U3110V，它们的匝数n2、n3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6V，20W”、“110V，60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？图91理想变压器工作时，原线圈输入与副线圈输出的物理量一定相同的是()A电压有效值B电流有效值C交变电流频率D交流电功率2如图10所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n241，当导体棒l在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表的示数是12mA，则电流表的示数为()图10A3mAB0mAC48mAD与负载R的值有关3在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图11所示变压器铁芯的左右两个臂上当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂已知线圈1,2的匝数之比n1n221.在不接负载的情况下()图11A当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为110VB当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为55VC当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为220VD当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为110V4一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈输入电压的变化规律如图12甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头下列说法正确的是()图12A副线圈输出电压的频率为50HzB副线圈输出电压的有效值为31VCP向右移动时，原、副线圈的电流比减小DP向右移动时，变压器的输入功率增加5一台理想变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流已知两个线圈的匝数比为401，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是()A5 A,250 V,50 kWB5 A,10 kV,50 kWC200 A,250 V,50 kWD200 A,10 kV,2103 kW6一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2.当R增大时()AI1减小，P1增大BI1减小，P1减小CI2增大，P2减小DI2增大，P2增大7如图13所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为15，原线圈两端的交变电压为u20sin100tV氖泡在两端电压达到100V时开始发光下列说法中正确的有()图13A开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB开关接通后，电压表的示数为100VC开关断开后，电压表的示数变大D开关断开后，变压器的输出功率不变8图14所示是霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器已知变压器原线圈与副线圈匝数比，加在原线圈的电压为u1311sin100tV，霓虹灯正常工作的电阻R440k，I1、I2表示原、副线圈中的电流下列判断正确的是()图14A副线圈两端电压6220V，副线圈中的电流14.1mAB副线圈两端电压4400V，副线圈中的电流10mACI1I29如图15甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，R120，R230，C为电容器已知通过R1的正弦式交变电流如图14乙所示，则()图15A交变电流的频率为0.02HzB原线圈输入电压的最大值为200VC电阻R2的电功率约为6.67WD通过R3的电流始终为零10如图16所示，理想变压器线圈匝数比n1n221，分别接有相同的两只灯泡A和B，若在a、b间接正弦式交流电源，电源电压为U，则B灯两端电压为()图16A0.5UB2UC0.2UD0.4U题号12345678910答案11如图17所示的变压器的原线圈1接到220V的交流电源上副线圈2的匝数n230匝，与一个“12V12W”的灯泡L连接，L能正常发光副线圈3的输出电压U3110V，与电阻R连接，通过R的电流为0.4A，求：图17(1)副线圈3的匝数n3；(2)原线圈1的匝数n1和电流I1.12如图18所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80104V的霓虹灯供电，使它正常发光为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断图18(1)熔丝的熔断电流是多大？(2)当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？13如图19所示，交流发电机电动势的有效值E20V，内阻不计，它通过一个R6的指示灯连接变压器变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6V，0.25W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求：图19(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比(2)发电机的输出功率第6节变压器答案课前预习练1原线圈副线圈感应电动势2匝数成正比升压变压器降压变压器3C通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故D错误4AB理想变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误5C电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比课堂探究练1C因为灯泡正常发光，所以副线圈中的电流I2AA根据公式得I1I2AA，即电流表的示数应为A，故A错，C对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入P出可得电源的输出功率为60W，故B选项错误；根据公式，得U1U2220V4400V，故D选项错误点评变压器的基本规律电压关系：(1)只有一个副线圈时或当有多个副线圈时(2)功率关系：P入P出只有一个副线圈时，P1P2当有多个副线圈时P1P2P3(3)电流关系：只有一个副线圈时，由P1P2知，I1U1I2U2得即当有多个副线圈时，由P1P2P3知I1U1I2U2I3U3得I1n1I2n2I3n32D由图知原线圈电压最大值为220V，周期T2102s，故有效值为220V，频率为50Hz；由，得输出电压最大值为36V，原、副线圈电流之比为955，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.点评变压器的电压关系、电流关系是有效值(或最大值)间的关系，即如公式中，若U1是有效值则U2就是有效值，若U1是最大值则U2就是最大值32005解析由理想变压器公式得UCDUAB2100V200V，又由I2A5A.点评自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全变压器的规律都适用于自耦变压器4C电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多点评甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量5ABDK由a合到b时，n1减小而U1不变，由可知副线圈上电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1P2U1I1，故I1增大，A项正确同理K由b合到a时，P2减小，B项正确P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由可知I1将减小，故C项错误当U1增大时，由可知U2也增大，I2增大，再由可知I1增大，故D项正确方法总结此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)，输入功率、输出功率随匝数比的变化而变化的情况，如选项A、B；另一类是原、副线圈的匝数比不变，上述各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，如选项C.处理此类问题时，要根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系6BCD由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变并联灯泡L2，负载总电阻变小，由欧姆定律I知，流过R的电流增大，电阻R上的电压URIR增大副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1I2U2得，I2增大，则原线圈输入电流I1也增大UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小方法总结变压器动态分析问题的思路程序可表示为7B由理想变压器变压比公式可得U2V132V，由可得U3U1V44V，根据输入功率等于输出功率有I1U1I2U2I3U3解得I37A，选B方法总结理想变压器变压比公式，对有一个或n个副线圈的变压器均适用，而变流比公式，只适用于有一个副线圈的变压器，若为两个以上副线圈的变压器，必须用P入P出，即U1I1U2I2U3I3或n1I1n2I2n3I3来计算8(1)30匝550匝(2)0.36A解析(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由，得n2n11100匝30匝n3n11100匝550匝(2)设原线圈输入电流为I1，P入P出，即I1U1I2U2I3U3P2P3，所以I1A0.36A方法总结第(1)问中，也可根据原、副线圈每伏电压分配到的匝数相等进行计算即由5匝/V，得匝数n256匝30匝，n35110匝550匝课后巩固练1CD2B3BD在不考虑原、副线圈内电阻的情况下，变压器原、副线圈电压之比(U1/U2)等于原、副线圈中产生的感应电动势之比(E1/E2)当给线圈1输入电压U1时，.当给线圈2输入电压U2时，1.所以选项B、D正确4AD变压器不改变电压的频率，副线圈中的电压频率等于原线圈中的电压频率为fHz50Hz；由可得副线圈中电压的最大值31V，故有效值为V；P向右移动时，输出电路中电压不变，电阻减小，电流增大，输出功率增大，变压器的输入功率等于输出功率，也增大，故正确的选项为A、D.5A设原线圈输入电压、电流、功率分别为U1、I1、P1，副线圈输出电压、电流、功率分别为U2、I2、P2，原、副线圈匝数分别为n1、n2.由知I1I2200 A5 A.由知U2U110103 V250 V输出功率P出U2I2250200W50kW6B副线圈的电压不变，当副线圈接的电阻R增大时，I2减小，P2减小，因为P1P2，所以P1减小，I1I2，I1也减小7AB由得：副线圈的输出电压u25u100sin100tV，此电源频率f050Hz，而氖泡每个周期发光2次，则氖泡的发光频率f氖2f0100Hz，A正确；电压表的示数应为副线圈输出电压的有效值，故U100V，B正确；交变电流、电压的有效值不变，故表示数不变，C错；断开开关后，变压器的输出功率减小，D错8BD原线圈电压有效值U1V220V，由，可得U24400V，由欧姆定律可知I210mA，由可得：I1I2，所以B、D两项正确9C由题中图象可知该交变电流的周期为0.02s，所以频率为50Hz，A错误；因为变压器输出电压最大值为201V20V，所以由变压比公式知变压器原线圈电压的最大值为2010V200V，B错误；R2的功率P2W6.67W，C正确；因为电容器存在充、放电现象，所以电阻R3中的电流不是始终为零，D错误10D设原线圈电压为U1，电流为I1，副线圈电压为U2，电流为I2，则U1UI1RA，U2I2RB，依题意，A、B完全相同，有RARB，联立以上各式，整理可得U1(UU1)，即U12(UU1)，得U1U，U2U1U0.4U11(1)275匝(2)550匝0.255A解析(1)变压比公式对于两个副线圈也适用，则有，n3匝275匝(2)同理：，n1n230匝550匝理想变压器的输入功率等于输出功率，即P1P2P312W0.4110W56W原线圈中电流I1A0.255A12(1)0.98A(2)180W解析(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2.根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有I1U1I2U2当I212mA时，I1即为熔断电流，代入数据，得I10.98A(2)设副线圈中电流为I210mA时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有P1I2U2，代入数据，得P1180W13(1)31(2)6.67W解析(1)彩色小灯泡额定电流ILAA，次级线圈总电流I224IL1A变压器输入功率等于输出功率，有I1U1I2U26W，变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得EU1I1R6I1，代入E值解得I1A(I13A应舍去，据题意是降压变压器，应I1I21A)，所以.(2)发电机输出功率PI1E6.67W