3.3.2 变压器 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

3.3.2 变压器 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册 学号： 班级： 姓名： 一、单项选择题 1．如图（a）中的变压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55 Ω，A、V均为理想电表．若原线圈接入如图（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述正确的是（　　） A．原、副线圈的匝数之比为4∶1 B．原线圈的电流为1 A C．原线圈的电压为220 V D．原线圈中交变电压的频率为100 Hz 2．图甲是某燃气灶点火装置的原理图．转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压表为理想交流电表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体．开关闭合后，下列说法正确的是（　　） A．0.5×10－2 s时电压表的示数为5 V B．电压表的示数始终为5 V C．原线圈中交变电流的频率为50 Hz，副线圈中的电流方向每秒改变50次 D．若＝，则可以实现燃气灶点火 3．如图甲所示，100匝圆形线圈接入理想变压器的原线圈，变压器的副线圈接入阻值为R的电阻，电表都是理想电表．已知每匝线圈的电阻均为R，线圈位置存在垂直于线圈平面的磁场，磁感应强度B随时间t按正弦规律变化的图像如图乙所示，圆形线圈的热功率与电阻R的功率相等．下列说法正确的是（　　） A．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1 B．时刻两电流表示数均为零 C．原、副线圈电流周期之比为T1∶T2＝10∶1 D．对圆形线圈某一小段导线（长度小于周长）而言，当磁感应强度最大时，其受到的安培力最大 4．如图甲所示的充电器正在给手机充电．图乙是简化原理图，理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶2，原线圈接220 V交流电，副线圈通过理想二极管连接手机．下列说法正确的是（　　） A．副线圈的电流为8 A B．手机两端的电压为8 V C．通过手机的电流为直流电 D．拔掉手机，充电线两端电压为零 5．图甲为某同学设计的充电装置示意图，线圈ab匝数n＝200，面积S＝10－3 m2，空间中存在磁场，方向垂直于线圈平面，磁感应强度随时间按正弦规律变化，如图乙所示，理想变压器副线圈接充电器．已知额定电压为5 V的充电器恰能正常工作，不计线圈电阻，则下列说法正确的是（　　） A．t＝0.1 s时线圈ab中感应电动势为0 B．若B变化的周期变长，则原线圈电压变大 C．变压器原线圈输入电压有效值为2 V D．变压器原、副线圈匝数之比为1∶5 6．如图甲所示的交变电路中，灯泡和电动机的额定电压相等，当原线圈两端接有如图乙所示的交流电压时，灯泡刚好正常发光，已知电动机的内阻为r＝0.1 Ω，电动机的额定功率为2 W、效率为80%，灯泡正常发光时电阻值为0.5 Ω.则下列说法正确的是（　　） A．灯泡的额定电压为1 V B．原、副线圈的匝数之比为11∶1 C．原线圈的电流为 A D．灯泡的电流方向1 s内改变50次 二、多项选择题 7.如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的4倍时，两灯泡均能正常发光，则（　　） A．原、副线圈匝数之比为4∶1 B．原、副线圈匝数之比为3∶1 C．此时灯泡a和b的电功率之比为1∶3 D．此时灯泡a和b的电功率之比为1∶4 8．“日”字形的理想变压器如图甲所示，当原线圈ab中通以交变电流时，线圈中的磁通量只有通过右侧铁芯，剩余部分通过中间的“铁芯桥”．当原线圈ab中通以如图乙所示的交变电流时，理想电压表V与电流表A2的示数分别为11 V、5 A．已知定值电阻R＝22 Ω，则下列说法正确的是（　　） A．原线圈ab中输入电压u＝220sin50πt（V） B．＝ C．＝ D．电流表A1的示数为2.5 A 三、非选择题 9．一边长为L的N匝正方形金属线框abcd，其总电阻为r，线框在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以恒定角速度ω做匀速圆周运动．金属线框外接电阻为R的电热器，如图甲所示，V为理想交流电压表． （1）求电压表的示数U； （2）若在电刷与电压表间接入一理想变压器，如图乙所示，要使电阻R消耗的电功率最大，求变压器原、副线圈的匝数比k及电压表的示数U′. 10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝11∶1，副线圈接一只最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R1和一只阻值为10 Ω的定值电阻R2，原线圈接在如图乙所示的正弦交流电源上． （1）写出原线圈两端电压的瞬时值表达式； （2）改变滑动变阻器滑片的位置，求变压器的最大输入功率和滑动变阻器消耗的最大功率． 3.3.2 变压器 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册 学号： 班级： 姓名： 一、单项选择题 1．如图（a）中的变压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55 Ω，A、V均为理想电表．若原线圈接入如图（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述正确的是（　　） A．原、副线圈的匝数之比为4∶1 B．原线圈的电流为1 A C．原线圈的电压为220 V D．原线圈中交变电压的频率为100 Hz 解析：根据题图（b）可知原线圈中交变电压的频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，原线圈的电压有效值为U1＝ V＝220 V，根据变压器原、副线圈的匝数比等于电压比可得＝＝，故A、C、D错误；副线圈的电流为I2＝＝ A＝2 A，根据U1I1＝U2I2，可得原线圈的电流为I1＝＝ A＝1 A，故B正确． 答案：B 2．图甲是某燃气灶点火装置的原理图．转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压表为理想交流电表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体．开关闭合后，下列说法正确的是（　　） A．0.5×10－2 s时电压表的示数为5 V B．电压表的示数始终为5 V C．原线圈中交变电流的频率为50 Hz，副线圈中的电流方向每秒改变50次 D．若＝，则可以实现燃气灶点火 解析：根据题图乙可知原线圈输入电压的最大值为5 V，根据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知原线圈输入电压的有效值为U1＝＝ V，则电压表的示数始终为 V，A、B错误；根据题图乙可知原线圈输入电压周期为0.02 s，频率为f＝＝50 Hz，一个周期电流方向改变2次，变压器不改变交变电流的频率，故副线圈电流方向每秒改变100次，C错误；瞬时电压大于5000 V即可火花放电，即副线圈输出电压最大值应在5000 V以上，根据变压比可知＝<，＝可以实现燃气灶点火，D正确． 答案：D 3．如图甲所示，100匝圆形线圈接入理想变压器的原线圈，变压器的副线圈接入阻值为R的电阻，电表都是理想电表．已知每匝线圈的电阻均为R，线圈位置存在垂直于线圈平面的磁场，磁感应强度B随时间t按正弦规律变化的图像如图乙所示，圆形线圈的热功率与电阻R的功率相等．下列说法正确的是（　　） A．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1 B．时刻两电流表示数均为零 C．原、副线圈电流周期之比为T1∶T2＝10∶1 D．对圆形线圈某一小段导线（长度小于周长）而言，当磁感应强度最大时，其受到的安培力最大 解析：圆形线圈的热功率与电阻R的功率相等，则I×100R＝IR，则原、副线圈匝数比＝＝，选项A正确；电流表测量的是交变电流的有效值，所以电流表的示数不变，且不为零，选项B错误；变压器不改变交变电流的周期，所以原、副线圈电流周期相等，周期之比为1∶1，选项C错误；圆形线圈中产生的感应电动势E＝n＝n，当磁感应强度最大时，由题图乙可知＝0，则感应电动势为零，电流为零，对圆形线圈某一小段导线（长度小于周长）而言，其受到的安培力为零，选项D错误． 答案：A 4．如图甲所示的充电器正在给手机充电．图乙是简化原理图，理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶2，原线圈接220 V交流电，副线圈通过理想二极管连接手机．下列说法正确的是（　　） A．副线圈的电流为8 A B．手机两端的电压为8 V C．通过手机的电流为直流电 D．拔掉手机，充电线两端电压为零 解析：手机的电阻未知，根据题给条件无法求出副线圈的电流，故A错误；根据＝可得，副线圈输出电压为U2＝U1＝8 V，经过二极管后，根据有效值定义可得·T＝·，解得手机两端的电压为U＝4 V，故B错误；因二极管具有单向导电性，故交流电通过二极管就变成直流电，所以通过手机的电流为直流电，故C正确；拔掉手机，充电线两端电压不为零，故D错误． 答案：C 5．图甲为某同学设计的充电装置示意图，线圈ab匝数n＝200，面积S＝10－3 m2，空间中存在磁场，方向垂直于线圈平面，磁感应强度随时间按正弦规律变化，如图乙所示，理想变压器副线圈接充电器．已知额定电压为5 V的充电器恰能正常工作，不计线圈电阻，则下列说法正确的是（　　） A．t＝0.1 s时线圈ab中感应电动势为0 B．若B变化的周期变长，则原线圈电压变大 C．变压器原线圈输入电压有效值为2 V D．变压器原、副线圈匝数之比为1∶5 解析：t＝0.1 s时线圈ab中磁通量等于0，但此时磁通量的变化率达到了最大值，因此此时线圈中的感应电动势最大，A错误；若B变化的周期变长，则磁通量的变化率将减小，因此线圈中的感应电动势将减小，与线圈相连的原线圈两端的电压将减小，B错误；线圈ab中产生的感应电动势的表达式E＝n＝n·，又因磁感应强度的表达式B＝sin10πt（T），则E＝200×10－3×cosπt×10π（V）＝2cos10πt（V），故Em＝2 V，变压器原线圈两端的电压即为线圈ab中产生的感应电动势的大小，可知变压器原线圈输入电压有效值为U1＝＝2 V，C正确；充电器接在副线圈两端，充电器两端的电压即为副线圈两端的电压，已知充电器的额定电压为5 V，且充电器正常工作，可知副线圈两端的电压有效值为5 V，根据原、副线圈匝数比等于电压比可得＝＝，D错误． 答案：C 6．如图甲所示的交变电路中，灯泡和电动机的额定电压相等，当原线圈两端接有如图乙所示的交流电压时，灯泡刚好正常发光，已知电动机的内阻为r＝0.1 Ω，电动机的额定功率为2 W、效率为80%，灯泡正常发光时电阻值为0.5 Ω.则下列说法正确的是（　　） A．灯泡的额定电压为1 V B．原、副线圈的匝数之比为11∶1 C．原线圈的电流为 A D．灯泡的电流方向1 s内改变50次 解析：由题意可知，电动机的输出功率为P出＝80%P额＝1.6 W，电动机的损耗功率为P损＝P额－P出＝0.4 W，又P损＝Ir，解得IM＝2 A，又P额＝UMIM，可知U2＝UM＝1 V，所以灯泡两端的电压为1 V，灯泡正常发光，则灯泡的额定电压为1 V，故A正确；由以上分析可知副线圈的输出电压为1 V，由题图乙可知变压器原线圈两端的电压为U1＝22 V，又＝，可知＝，故B错误；灯泡正常发光时，流过灯泡的电流为IL＝＝ A＝2 A，则流过副线圈的电流为I2＝IL＋IM＝4 A，又＝，解得原线圈的电流为I1＝ A，故C错误；由题图乙可知该交流电的周期T＝0.02 s，一个周期内电流方向改变两次，由于变压器不改变交流电的周期，则流过灯泡的电流的变化周期也为0.02 s，则1 s内流过灯泡的电流方向改变100次，故D错误． 答案：A 二、多项选择题 7.如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的4倍时，两灯泡均能正常发光，则（　　） A．原、副线圈匝数之比为4∶1 B．原、副线圈匝数之比为3∶1 C．此时灯泡a和b的电功率之比为1∶3 D．此时灯泡a和b的电功率之比为1∶4 解析：设灯泡的额定电压为U0，则U＝4U0，原线圈两端电压为U1＝U－U0＝3U0，副线圈两端电压U2＝U0，根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系，有＝＝，故A错误，B正确；根据理想变压器原、副线圈的电流与匝数的关系有＝＝，灯泡a和b的电功率之比为＝＝＝，故C正确，D错误． 答案：BC 8．“日”字形的理想变压器如图甲所示，当原线圈ab中通以交变电流时，线圈中的磁通量只有通过右侧铁芯，剩余部分通过中间的“铁芯桥”．当原线圈ab中通以如图乙所示的交变电流时，理想电压表V与电流表A2的示数分别为11 V、5 A．已知定值电阻R＝22 Ω，则下列说法正确的是（　　） A．原线圈ab中输入电压u＝220sin50πt（V） B．＝ C．＝ D．电流表A1的示数为2.5 A 解析：由题图乙可知，原线圈ab中输入的交变电流的周期T＝0.02 s，则ω＝＝100π rad/s，电压峰值Um＝220 V，则交流电压u＝Umsinωt＝220sin100πt（V），A项错误；根据题图甲可知，穿过n1线圈的磁通量与穿过n2线圈的磁通量相等，则＝＝＝，B项正确；根据题意有U3＝I2R＝110 V，U＝n1，U3＝n3，联立解得＝，C项错误；由理想变压器输入功率等于输出功率，有UI1＝U3I2，解得I1＝2.5 A，故D项正确． 答案：BD 三、非选择题 9．一边长为L的N匝正方形金属线框abcd，其总电阻为r，线框在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以恒定角速度ω做匀速圆周运动．金属线框外接电阻为R的电热器，如图甲所示，V为理想交流电压表． （1）求电压表的示数U； （2）若在电刷与电压表间接入一理想变压器，如图乙所示，要使电阻R消耗的电功率最大，求变压器原、副线圈的匝数比k及电压表的示数U′. 解析：（1）线框在匀强磁场中匀速转动，回路中产生正弦式交变电流，设电动势的峰值为Em，则Em＝NBL2ω，U＝ 解得U＝. （2）把外电路（变压器和电阻R）等效为一个电阻R′，当等效电阻R′＝r时电阻R消耗的电功率最大，设变压器原、副线圈的电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，则 ＝＝k，R＝，R′＝ 解得R′＝k2R 即当k＝时，电阻R消耗的电功率最大，此时有U1＝，＝k 解得U′＝ . 答案：（1）　（2）　 10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝11∶1，副线圈接一只最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R1和一只阻值为10 Ω的定值电阻R2，原线圈接在如图乙所示的正弦交流电源上． （1）写出原线圈两端电压的瞬时值表达式； （2）改变滑动变阻器滑片的位置，求变压器的最大输入功率和滑动变阻器消耗的最大功率． 解析：（1）由题图乙可知原线圈两端电压最大值为Um＝220 V，周期为T＝0.04 s， 故原线圈两端电压的瞬时值表达式为 u＝Umsint＝220sin50πt（V）． （2）变压器副线圈电压为U2＝U1＝·＝20 V， 理想变压器输入功率等于输出功率，即P入＝P出＝， 故当R1＝0时，变压器的输入功率最大，为P入m＝＝40 W， 滑动变阻器的消耗功率为P1＝2R1＝， 根据数学知识可得，当＝R1，即R1＝R2＝10 Ω时， 滑动变阻器消耗的功率最大，即P1m＝＝10 W. 答案：（1）u＝220sin50πt（V）　（2）40 W　10 W 学科网（北京）股份有限公司 $