课时作业(14) 变压器（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

课时作业(14)　变压器 1．如图所示为变压器原理图，其原线圈和副线圈的匝数分别为n1、n2，若输出电压小于输入电压，下列说法正确的是(　　) A．输入的是直流电，且n1>n2 B．输入的是直流电，且n1<n2 C．输入的是交流电，且n1>n2 D．输入的是交流电，且n1<n2 C　[变压器只能对交流电进行升压或降压，故A、B错误；原副线圈的电压之比等于匝数之比，若输出电压小于输入电压，则n1>n2，故C正确，D错误．] 2．理想变压器的原、副线圈匝数之比为10∶1，当原线圈接220 V交流电后，副线圈输出的电压是(　　) A．220 V　　　　　　　　 B．110 V C．55 V D．22 V D　[根据理想变压器原理有：＝，解得：U2＝U1＝×220 V＝22 V．故D正确，A、B、C错误．] 3．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压均为U0的灯泡L1和L2.原、副线圈匝数比为4∶1.S断开时两灯泡均恰能正常发光．由此可知(　　) A．电源电压U＝4U0 B．S断开时，灯泡L1和L2的电流之比为1∶1 C．S闭合后，灯泡L2仍恰能正常发光 D．S断开时，灯泡L1和L2的功率之比为1∶4 D　[副线圈的电压为U2＝U0，根据＝，解得原线圈的电压U1＝4U0，电源电压U＝U0＋4U0＝5U0，故A错误；S断开时，灯泡L1和L2的电流之比＝＝，故B错误；S闭合后，原线圈的电压为电源电压U′1＝5U0，根据＝，解得：U′2＝U0，灯泡L2不能正常发光，故C错误；S断开时，灯泡L1和L2的电压相同，电流之比＝＝，所以功率之比为＝＝＝，故D正确．] 4．如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V，M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V．现把C、D接4 V交流，P、Q接4 V直流，下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压(　　) A．10 V　10 V B．10 V　4V C．4 V　10 V D．10 V　0 B　[题图甲是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边电压之比等于两边线圈的匝数之比，当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流时，A、B间将得到10 V交流．题图乙是一分压电路，当M、N作为输入端时，上、下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比．但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流，电阻两端也就没有电势差，即M、P两点的电势相等．所以当P、Q接4 V直流时，M、N两端的电压也是4 V．] 5．某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个可看作理想变压器的小变压器给一个灯泡供电， 电路如图，当线圈以较大的转速n匀速转动时，额定电压为U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u＝U1sin 2πnt B．变压器的匝数比是U1∶2U C．电流表的示数是 D．线圈中产生的电动势最大值是Em＝U1 C　[线圈以较大的转速n匀速转动，所以ω＝2πn，所以变压器输入电压的瞬时值u＝U1sin 2πnt，故A错误；电压与匝数成正比，所以变压器的原副线圈的匝数比是U1∶U，故B错误；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P＝，所以输入功率为P＝，电流表的示数是I1＝＝，故C正确；由于线圈有内阻r，故线圈中产生的电动势有效值大于U1，最大值也就大于U1，故D错误．] 6．(2022·山东卷)如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos(100 πt).单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V．将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W．下列说法正确的是(　　) A．n1为1 100匝，Um为220 V B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s D　[根据理想变压器的变压规律有＝，代入U＝220 V得n1＝2 200，Um＝U＝220 V，A错误；由功率与电压的关系得UBC＝＝12 V，根据理想变压器的变压规律有＝，代入数据解得nBC＝120，由欧姆定律得I＝＝1 A，B错误；由以上分析结合题意可知UAB＝18 V，UAC＝30 V，变压器不改变交流电的频率，故f＝＝50 Hz，C错误；由欧姆定律得I′＝＝2.5 A，周期T＝＝0.02 s，D正确．] 7．图甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u­t图像如图乙所示．若只在ce间接一只Rce＝400 Ω的电阻，或只在de间接一只Rde＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W. (1)请写出原线圈输入电压瞬时值Uab的表达式． (2)求只在ce间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I1. (3)求ce和de间线圈的匝数比 解析　(1)由原线圈中交变电压的u­t图像 可知ω＝200π rad/s 电压瞬时值表达式uab＝400sin 200πt (V). (2)电压有效值U1＝＝200V 理想变压器P1＝P2＝80 W 原线圈中的电流I1＝≈0.28 A. (3)设ab间匝数为n1，根据变压器规律有 ＝，＝ 由题意有：＝，联立可得：＝. 答案　(1)uab＝400sin 200πt (V) (2)0.28 A　　(3) 8．如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，交流电源电压u＝311sin 100πt V，F为熔断电流为I0＝1.0 A的保险丝，负载R为一可变电阻． (1)当电阻R＝100 Ω时，保险丝能否被熔断？ (2)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？ 解析　原线圈电压的有效值为 U1＝ V≈220 V 由＝得副线圈两端的电压 U2＝U1＝×220 V＝110 V. (1)当R＝100 Ω时，副线圈中电流 I2＝＝A＝1.10 A. 由U1I1＝U2I2得原线圈中的电流为 I1＝I2＝×1.10 A＝0.55 A， 由于I1<I0(熔断电流)，故保险丝不会被熔断． (2)设电阻R取某一值R0时，原线圈中的电流I′1刚好到达熔断电流I0，即I′1＝1.0 A，则副线圈中的电流为 I′2＝I′1＝·I′1＝2×1.0 A＝2.0 A 变阻器阻值为：R0＝＝Ω＝55 Ω 此时变压器的输出功率为 P2＝I′2U2＝2.0×110 W＝220 W. 可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值不能小于55 Ω，输出的电功率不能大于220 W． 答案　(1)保险丝不会被熔断． (2)55 Ω　220 W 9．如图所示，图甲中理想变压器原线圈接u＝12sin 100πt(V)的交流电源，副线圈接阻值R1＝2 Ω的电阻，○A 为理想电流表．图乙中阻值为R2＝8 Ω的电阻连接上述同样的交流电源，若电阻R1与R2消耗的电功率相等，则(　　) A．通过电阻R1的交流电的频率为5 Hz B．电阻R1消耗的电功率为36 W C．电流表的示数为6 A D．变压器原、副线圈匝数比为2∶1 D　[由u＝12 sin 100πt (V)知，ω＝100π rad/s，f＝＝50 Hz，故A错误；设原副线圈的匝数比＝k，则原副线圈电压的关系＝＝k，即U2＝，由题意U1＝＝ V＝12V，U2＝ V，又因为电阻R1与R2消耗的电功率相等，有＝，代入数据解得k＝2，故D正确；电阻R1消耗的电功率P1＝＝ W＝18 W，故B错误；电流表的示数I＝＝ A＝3 A，故C错误．] 10．(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则(　　) A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 BC　[Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故选项A错误；B正确；当P位置不动，Q上滑时，n2增大，由＝知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故选项C正确，D错误．] 11．如图，理想变压器原、副线圈匝数n1∶n2∶n3＝3∶2∶1，副线圈n2接有“8 V ，8 W”的 灯泡L1、L2，副线圈n3上接有“6 V, 9 W”的灯泡L3、L4.原线圈上接有电阻R1＝3 Ω，当a、b端接入交变电源后，L1、L2正常发光，则交变电源的输出功率为(　　) A．72 W　　　　　　　　 B．36 W C．34 W D．24 W B　[由题意可知n2的输出电压为U2＝8 V；因电压之比等于匝数之比，故输入电压为U1＝×8 V＝12 V； 则n3输出电压U3＝×12 V＝4 V； 由功率P＝可知，灯泡L3、L4的电阻为R＝＝Ω＝4Ω， 则n3输出的功率2P实＝2＝2× W＝8 W； 则可知变压器的总功率 P总＝2×8 W＋8 W＝24 W； 由P＝UI可得输入端电流为I＝＝2 A； 则R1消耗的功率P1＝I2R1＝12 W； 则交变电源输出的功率为12 W＋24 W＝36 W．] 12．如图甲所示，原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表，副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若干“6 V，6 W”的相同灯泡．输入端交变电压u的图像如图乙所示，副线圈电压表的示数为9 V. (1)求变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2. (2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数． (3)为满足第(2)问中要求，求可变电阻R应调到的电阻值． 解析　(1)根据图像可得原线圈电压的最大值U1m＝27 V 其有效值为U1＝27 V 根据n1∶n2＝U1∶U2 代入数据后可得n1∶n2＝3∶1 (2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的电流为I2， 为使副线圈接入的灯泡最多，则I1取允许通过的最大电流的有效值为3 A 根据U1I1＝U2I2 代入数据后可得I2＝9 A 正常发光时每个灯泡中电流为 I灯＝＝1 A 所以允许接入的灯泡个数为n＝＝9. (3)电阻两端电压为UR＝U2－U灯＝3 V，所以电阻阻值为R＝＝ Ω 答案　(1)3∶1　　(2)9　　(3) Ω 学科网（北京）股份有限公司 $$