第二节 变压器与等效电阻-2024-2025学年高二下学期物理专项训练

第二节 变压器与等效电阻 需要掌握的内容 1.变压器主线圈与副线圈相等的物理量有哪些？以及推导结论。 主线圈与副线圈交流电的频率f相同。由于硅钢片的作用磁通量Φ相同可以得到。理想变压器输入功率P1等于输出功率P2，进而得出。 2.变压器中的决定关系。 电压：U1决定U2，P2决定P1,I2决定I1。 3.变压器中等效电阻的算法。 如图，根据变压器基本原理以及，可以得到，。可以得到结论，电路可以等效为R1与串联。 经典习题 多选题1．a、b间接入电压的正弦交流电，理想变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料（温度越高，电阻越小）制成的传感器，所有电表均为理想电表，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压（报警器未画出），为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时，以下说法中正确的是（　　）    A．A1的示数增大，A2的示数增大 B．V1的示数不变，V2的示数减小 C．V1的示数减小，V2的示数减小 D．A1的示数增大，A2的示数减小 单选题2．如图所示，10匝矩形线框处在磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以恒定角速度在匀强磁场中转动，线框电阻不计，面积为，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L（规格为“”）和滑动变阻器，电流表视为理想电表，则下列正确的是（　　） A．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为 B．当灯泡正常发光时，原、副线圈的匝数比为 C．若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数增大 D．若将自耦变压器触头向下滑动，灯泡会变亮 单选题3．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，R0为定值电阻，R是滑动变阻器，原线圈两端的输入电压u=200sin 100πt （V），设理想交流电压表V1、V2的示数分别是U1、U2；理想交流电流表A1、A2的示数分别是、。下列说法正确的是（　　） A．电压表V2的示数U2=20 V B．滑片P向b端滑动过程中，U2不变，变大 C．滑片P向b端滑动过程中，U1变小，变大 D．通过原、副线圈的交变电流频率之比为10∶1 多选题4．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为3：1，交流电压表和电流表均为理想电表，原线圈接如图乙所示的正弦交流电，图中R1为热敏电阻（电阻随温度升高而减小），R为定值电阻．下列说法正确的是 A．电压表V1的指针左右摇摆 B．电压表V2的示数为8V C．R1温度升高时．电流表的示数变大．电压表的示数减小 D．R1温度升高时，变压器输入功率增加 多选题5．如图甲所示，理想变压器原副线圈匝数比为10：1，R为可变电阻。在变压器的原线圈中接入如图乙所示的电压，则下列说法正确的是（　　） A．R减小时，变压器原线圈输入功率减小 B．R减小时，变压器原线圈输入功率增加 C．若R的阻值为22Ω，则原线圈的输入功率为11W D．若R的阻值为22Ω，则原线圈的输入功率为22W 单选题6．某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个理想小变压器给一个灯泡供电，电路如图所示，当线圈以较大的转速n匀速转动时，额定电压为U0的灯泡正常发光，电压表示数是U1。已知线圈电阻是r，灯泡电阻是R，则有（　　） A．变压器输入电压的瞬时值是u＝U1sin 2πnt B．变压器的原、副线圈匝数比是U0∶U1 C．电流表的示数是 D．线圈中产生的感应电动势最大值是Em＝U1 单选题7．如图所示，理想变压器的原线圈接有电压为U的交流电，副线圈接有光敏电阻（光照增强时，光敏电阻阻值减小）、用电器。下列说法正确的是（　　） A．P位置不动，当光照增强时，变压器的输入功率减小 B．光照强度不变，当滑动触头P向上滑动时，用电器消耗的功率增大 C．光照强度不变，当滑动触头P向下滑动时，原线圈的输入功率减小 D．P位置不动，光照强度不变，当U增大时，用电器消耗的功率增大 单选题8. 在图甲所示的交流电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电阻，为滑动变阻器，电流表为理想电表。电源输出电压u随时间t按正弦规律变化如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A. 当时，电流表的示数为1A B. 当时，电源的输出功率为32W C. 滑片P向下移动时，电流表示数增大 D. 滑片P向上移动时，流过的电流增大 单选题9．如图所示，理想变压器初、次级线圈的匝数之比n1:n2=2:1，且分别接有完全相同的纯电阻，电源的电压为U，则次级线圈的输出电压为（　　） A． B． C． D． 单选题10．用特高压实现远距离输电。在远距离输电中，输电线电阻不可忽略，如图，水电站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U后向湖南供电，输送的总功率为P。用户端理想变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，R1为输电线总电阻，R2为不断电用户电阻（可视为定值电阻），R为可变用户电阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R减小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为、，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（　　） A． B． C．对于原线圈回路，虚线框所圈部分的等效电阻为 D．输电线路上损耗的功率为P损 多选题11．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，输入端接在的交流电源上，为电阻箱，副线圈连在电路中的电阻，电表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．当时，若将电流表换成规格为“”的灯泡，灯泡能够正常发光 B．当时，电流表的读数为 C．当时，电压表的读数为 D．当时，的功率为 12．某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。 （1）实验需要以下哪种电源 ； A．低压直流电源    B．高压直流电源     C．低压交流电源      D．高压交流电源 （2）该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 值 （填“有效”或“最大”）。其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 ；      （3）理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 （填“正比”或“反比”）； （4）由于实验中变压器的铜损和铁损导致变压器并非理想。实验中，上图中变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接“0；4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则原线圈所接电源电压可能为 。 A．16.0 V             B．10.0 V      C．5.0 V              D．2.5 V 答案 1．BD 【详解】当传感器所在处出现火情时，的电阻减小，导致电路的总的电阻减小，所以电路中的总电流将会增加，电流表测量的是原线圈中的总的电流，由于副线圈的电流增大，所以原线圈的电流表示数也要增加；由于电源的电压不变，原副线圈的电压也不变，所以电压表的示数不变，由于副线圈中电流增大，的电压变压变大，所以电压表的示数要减小，即的电压也要减小，所以电流表的示数要减小。 故选BD。 2．B 【详解】A．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为 故A错误； B．原线圈电压为 灯泡电压即副线圈电压为 所以原、副线圈的匝数比为 故B正确； C．若将滑动变阻器滑片向上移动，滑动变阻器有效电阻增大，则副线圈电流变小，根据电流关系可知原线圈电流减小，即电流表示数变小，故C错误； D．若将自耦变压器触头向下滑动，则副线圈匝数减小，根据变压器电压规律可知副线圈电压减小，所以灯泡会变暗，故D错误。 故选B。 3．B 【详解】A．由u=200sin 100πt （V）可知输入电压有效值为 由，可得 故A错误； B．滑片P向b端滑动过程中，副线圈负载电阻减小，电压由原线圈输入电压决定，不变，所以U2不变，则I2变大，故B正确； C．电压由原线圈输入电压决定， 副线圈的电阻变化不影响输入电压，所以U1不变，I1变大，故C错误； D．变压器不改变交变电流的频率，通过原、副线圈的交变电流频率相同，故D错误。 故选B。 4．BD 【详解】A．交流电压表测量电压的有效值，则A项错误． B．由图乙可得，原线圈两端电压有效值 据可得，副线圈两端电压 则电压表V2的示数为8V．故B项正确． C．副线圈电压由原线圈两端电压和原副线圈匝数比决定，则副线圈两端电压不变，电压表V2的示数不变；Rt温度升高时，电阻减小，流过电流表的电流增大，电流表的示数变大．故C项错误． D．Rt温度升高时，电阻减小，副线圈的输出功率增大，变压器输入功率增加．故D项正确． 故选BD． 点睛：涉及变压器动态分析类问题时要注意原线圈两端的电压和原副线圈匝数比决定副线圈两端电压；副线圈的电流（功率）和原副线圈匝数比决定原线圈中电流（功率）． 5．BC 【详解】AB．变压器原线圈电压一定，匝数比一定，则次级电压一定，则由 可知，R减小时，变压器次级消耗的功率变大，则原线圈输入功率变大，选项A错误，B正确； CD．原线圈电压有效值 则次级电压 若R的阻值为22Ω，则次级消耗的功率 则原线圈的输入功率为11W，选项C正确，D错误。 故选BC。 6．C 【详解】A．线圈以较大的转速n匀速转动，可知 电压表示数U1为电压的有效值，则最大值为U1，所以变压器输入电压的瞬时值 A错误； B．电压与匝数成正比，所以变压器的原、副线圈的匝数比是U1∶U0，B错误； C．理想变压器的输入功率和输出功率相等，灯泡正常发光时电功率为 所以输入功率为 电流表的示数是 C正确； D．由于线圈有电阻r，故线圈中产生的感应电动势的有效值大于U1，最大值也大于U1，D错误。 故选C。 7．D 【详解】A．P位置不动，原线圈匝数不变，根据理想变压器规律 ①，② 变压器副线圈输出的电压不变，当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，变压器的输出功率为 ③ 知减小，增加，故输入功率也增加，故A错误； B．光照强度不变，光敏电阻的电阻值不变，当滑动触头P向上滑动时，原线圈匝数增加，根据①式，变压器的输出电压减小,根据③式，用电器消耗的功率即减小，故B错误； C．光照强度不变，光敏电阻的电阻值不变，当滑动触头P向下滑动时，原线圈匝数减小，根据①式，变压器的输出电压增加，根据③式，用电器消耗的功率即增加，由②式，原线圈输入功率增加，故C错误； D．P位置不动，光照强度不变，原线圈匝数不变，光敏电阻的电阻值不变，当U增大时，即增大，根据①式，变压器的输出电压增大，根据③式，用电器消耗的功率增大，故D正确； 故选D。 8．A 【详解】AB．根据题意，设原、副线圈的电压分别为、，电流分别为，则变压器的等效电阻为 等效电路如图所示 结合图乙可知，电源输出电压的有效值为 当时，等效电阻为 则电源的输出功率为 原线圈两端电压为 副线圈两端电压为 电流表读数为 A项正确，B项错误； C．滑片向下移动时，减小，减小，减小，减小，则电流表读数减小，C项错误； D．滑片向上移动时，增大，增大，增大，减小，增大，减小，电流表读数增大，设电阻的电流为，由 可知，减小，即流过的电流减小，D项错误。 故选A。 9．C 【详解】设原线圈的输入电压是U1，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1：n2=2：1根据电压与匝数成正比得副线圈的输出电压 所以副线圈的电流 根据电流与匝数成反比得原线圈的电流 电源电压为U，所以 解得： 则副线圈的输出电压为 故选C。 10．C 【详解】AB．设用户端理想变压器原副线圈两端电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，则根据理想变压器特点 得 对原线圈电路有 由上式可得 AB错误； C．由题意可得 结合 联立可得 C正确； D．根据C选项中分析可知，虚线框所圈部分的等效电阻为，则上消耗功率为 D错误。 故选C。 11．AB 【详解】A．当时，原线圈两端电压的有效值为 根据理想变压器原、副线圈电压关系可得副线圈两端电压的有效值（即电压表的示数）为 灯泡电阻为 灯泡额定电流为 将电流表换成灯泡L后，副线圈中的电流为 所以灯泡可以正常发光，故A正确； BC．当时，设电流表和电压表的示数分别为和，此时原线圈中的电流为 原线圈两端电压为 式子中 并且 联立解得 故B正确，C错误。 D．当时，设电流表和电压表的示数分别为和，此时原线圈中的电流为 原线圈两端电压为 并且 联立解得 则的功率为 故D错误。 故选AB。 12． C 有效 7.2 正比 A 【详解】（1）[1]探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源。 故选C。 （2）[2][3]多用电表测量的交流电压为有效值，不足最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10V挡位，所以应该在0~ 10V挡位读数，所以读数应该是7.2V。 （3）[4]根据 可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比。 （4）[5]实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致 所以 故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $$