第3章 3 变压器（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册（教科版）

3　变压器 基础过关练 题组一　变压器的工作原理 1.(多选题)(2024四川成都城厢中学月考)理想变压器正常工作时,原线圈输入正弦交流电,则原、副线圈中一定相等的物理量有 (　　) A.原、副线圈中交流电的频率 B.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率 C.穿过原、副线圈的磁通量的变化率 D.原、副线圈的电流和电压的有效值 2.(多选题)(2024四川绵阳中学开学考试)如图所示,某手机采用磁吸式无线充电,将充电器和手机紧密结合在一起,可以降低能量损耗。充电时充电器的发射线圈接在电压有效值为220 V的正弦交流电源上,手机的接收线圈的电压有效值为12 V,功率为44 W,不计充电过程中的能量损耗,下列说法正确的是 (　　) A.接收线圈的工作原理是电磁感应现象 B.发射线圈的工作原理是电流的热效应 C.发射线圈和接收线圈的匝数比为11∶3 D.充电器充电时,发射线圈的输入电流为0.2 A 题组二　理想变压器中各物理量间的关系 3.(2024河北张家口期末)手机充电器中装有变压器。用正弦交流电给手机充电时,原线圈两端电压为220 V,副线圈两端电压为5 V,副线圈中电流为2 A,若将该变压器视为理想变压器,则 (　　) A.原、副线圈的匝数比为1∶44 B.原线圈中的电流为0.05 A C.副线圈两端电压的最大值为5 V D.原、副线圈的功率之比为44∶1 4.(2023四川成都树德中学月考)某变电所将如图所示的正弦交流电降为220 V供居民小区用电,则该变电所变压器 (　　) A.原、副线圈匝数比为500∶1 B.原线圈的导线比副线圈的要细 C.副线圈中电流的频率是0.5 Hz D.原线圈中的电流等于居民小区各用电器电流的总和 5.(2024四川成都第七中学模拟)甲图是某燃气灶点火装置的原理图,转换器将直流电压转换为乙图所示的正弦式交流电压,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,电压表为理想电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 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 (　　) 甲 乙 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2.5 V C.原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 6.(2024四川成都蓉城联盟期末)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=5∶3,原线圈接在u=200 sin 100πt (V)的交流电源上,定值电阻R1=8 Ω,R2=16 Ω,电表均为理想电表,下列说法正确的是 (　　) A.该交流电源的频率为0.02 Hz B.理想交流电压表V的示数为80 V C.理想交流电流表A的示数为3 A D.副线圈消耗的电功率为1 000 W 7.(2025四川乐山第一中学期末)如图所示的交流电路中,a、b两端接正弦交流电源u=220 sin 100πt(V),理想变压器原、副线圈的匝数比为k=10,定值电阻R1=10 Ω,R2=1 Ω,则理想交流电流表A的示数为 (　　) A.2 A　　B. A　　C.2 A　　D.1 A 8.(2025四川自贡蜀光中学月考)如图所示,理想变压器输入电压恒定不变。若将滑动变阻器的滑动触头向下移动,下列说法正确的是 (　　) A.原线圈输入功率增大 B.电表V1、V2的示数都不变 C.电表A1、A2的示数都减小 D.电阻R0消耗的电功率减小 9.(2025四川巴中中学月考)如图为探究变压器电压与匝数关系的电路图。已知原线圈匝数为400,副线圈“1”接线柱匝数为800,“2”接线柱匝数为200,a、b端输入的正弦交变电压恒为U,电压表V1、V2的示数分别用U1、U2表示。滑片P置于滑动变阻器中点,则开关S(　　) A.打在“1”时,U1=U B.打在“1”时,U1∶U2=2∶1 C.打在“2”与打在“1”相比,灯泡L更暗 D.打在“2”与打在“1”相比,a、b端输入功率更大 题组三　实验:探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系 10.(2025四川成都外国语学校模拟)在“探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系”实验中,所使用的可拆变压器如图所示。 (1)观察两个线圈的导线,发现导线的粗细不同,导线细的线圈匝数较　　　(填“多”或“少”)。  (2)结合所记录的实验数据,某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值,则可能的原因是　　　。  A.可拆变压器的铁芯未完全封闭 B.原、副线圈有电阻 C.铁芯在交变磁场作用下发热 D.原线圈存在匝间短路 (3)实验时,某同学听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声,他做出如下猜想,正确的是　　　。  A.“嗡嗡”声来自交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的 B.“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音 C.交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用,使铁芯振动发声 (4)之后,该同学又仔细观察,发现铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成,如图,金属片应平行于　　　。  A.平面abfe　B.平面adhe　C.平面adgf 能力提升练 题组一　三类特殊变压器 1.(2023四川内江威远中学期中)如图所示的四个图中,代表电压互感器结构的是 (　　) A　　　B C　　　D 2.(多选题)(2024四川泸州期末)一个理想自耦变压器左端接交流电源,其电压瞬时值为u=220 sin 100πt (V),右端接入如图所示电路,R为定值电阻,两个电表均为理想交流电表,其中电压表示数为110 V,电流表示数为1 A,不计导线的电阻。则下列判断正确的是(　　) A.定值电阻R的阻值为55 Ω B.定值电阻R的阻值为220 Ω C.当自耦变压器的可动端顺时针转动一小段后,定值电阻R消耗的功率减小 D.当自耦变压器的可动端顺时针转动一小段后,定值电阻R消耗的功率增大 3.(2025四川内江月考)风力发电有清洁、可再生等优点,某风力发电厂输出有效值恒定的正弦式交变电流。如图所示为一理想变压器,其中两盏灯泡规格均为“10 V　5 W”,负载R的阻值为40 Ω,且原、副线圈匝数比为n1∶n2∶n3=3∶1∶2,当接入风力发电厂输出电压u=U0 sin (100πt)的电源时,两盏灯泡均正常发光。下列说法正确的是 (　　) A.在1 s时间内电流方向改变50次 B.流经负载R的电流大小为0.75 A C.风力发电厂输出电压的有效值为40 V D.变压器的输出功率为40 W 4.(2024四川射洪模拟)如图甲所示为“日”字形理想变压器,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 (　　) 甲 乙 A.= B.= C.原线圈ab中输入的电压u=220 sin 50πt(V) D.电流表A1的示数为2.5 A 题组二　原线圈含负载的变压器问题 5.(2024四川广元苍溪中学期中)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R=10 Ω,R1=R2=20 Ω,电流表为理想交流电表,原线圈接到有效值为U的交流电压上时,电流表示数为2 A,则下列分析正确的是(　　) A.U的大小为40 V B.通过R的电流有效值为2 A C.若R2断路,电流表示数将变大 D.若R2断路,则R消耗的功率变小 6.(2025重庆第一中学检测)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω,A为理想交流电流表,正弦交流电源输出电压的有效值恒为U。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 (　　) A.2　　　B.3　　　C.4　　　D.5 7.(2025四川成都石室中学月考)如图所示,交流电电压u=311 sin 100πt(V),滑动变阻器R2(阻值范围为0~100 Ω)的滑片处于某一位置时,理想交流电压表示数U1=200 V,灯泡L1(100 V,100 W)、L2(50 V,50 W)均恰好正常发光。变压器为理想变压器,下列说法正确的是 (　　) A.变压器输出电压的频率为100 Hz B.若将滑动变阻器R2的滑动触头向a端移动,灯泡L1将会变暗 C.变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=11∶10 D.电阻R1=40 Ω 8.(多选题)(2025四川巴中中学月考)如图所示,理想变压器原线圈与定值电阻R0串联后接在电压U0=36 V的交流电源上,副线圈接理想电压表、电流表和滑动变阻器R,原、副线圈匝数比为1∶3,已知R0=4 Ω,R的最大阻值为100 Ω。现将滑动变阻器R的滑片P向下滑动,下列说法正确的是 (　　) A.电压表示数不变,电流表示数变大 B.电源的输出功率变大 C.当R=4 Ω时,电压表示数为27 V D.当R=36 Ω时,R消耗的功率最大 题组三　理想变压器规律的综合应用 9.(2024山东潍坊期中)如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比为11∶1,原线圈接入如图乙所示的正弦交流电,副线圈回路中接有理想电流表A、阻值为10 Ω的定值电阻R、二极管和开关S。开关S闭合时,以下说法正确的是　 (　　) 甲 乙 A.变压器的输入功率为80 W B.电流表的示数为2.83 A C.若将开关断开,电流表的示数为0.71 A D.若将开关断开,则电阻R每1 s产生的焦耳热为20 J 10.(多选题)(2025湖南邵阳联考)如图所示为一电动玩具起重机的电路示意图,理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,变压器原线圈中接入瞬时值u=30 sin 100πt (V)的正弦交流电压,电动机的内阻为5 Ω,装置正常工作时,质量为1 kg的物体恰好以0.5 m/s的速度匀速上升,灯泡正常发光,电表均为理想电表,电流表的示数为3 A,设电动机的输出功率全部用来提升物体,不计空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2。下列判断正确的是 (　　) A.电压表的示数为10 V B.灯泡的额定功率为20 W C.电动机消耗的热功率为10 W D.若电动机被卡住但未损坏的情况下,电路消耗的总功率为40 W 答案与分层梯度式解析 3　变压器 基础过关练 1.ABC 2.AD 3.B 4.B 5.B 6.B 7.A 8.A 9.C 1.ABC　变压器不改变交流电的频率,即原、副线圈中交流电的频率相同,故A正确;理想变压器是理想化模型,一是不计线圈内阻,二是没有出现漏磁现象,故原线圈的磁通量的变化率与副线圈中磁通量的变化率相同,所以原线圈的输入功率和副线圈的输出功率相等,B、C正确;而原、副线圈的电流和电压的有效值与线圈匝数有关,不一定相等,故D错误。 2.AD　磁吸式无线充电装置中接收线圈的工作原理是电磁感应,发射线圈的工作原理是电流的磁效应,A正确,B错误;根据理想变压器的工作原理可知===,C错误;因为不计能量损耗,所以发射线圈的输入功率等于接收线圈的输出功率,因此充电器发射线圈的输入电流为I== A=0.2 A,D正确。 3.B　理想变压器原、副线圈两端电压与匝数成正比,可得==,选项A错误;理想变压器原、副线圈功率相等,可得U1I1=U2I2,解得原线圈中的电流为I1=0.05 A,选项B正确,D错误;原、副线圈中均为正弦交流电,故副线圈两端电压的最大值为U2m=U2=5 V,选项C错误。 方法技巧　关于变压器关系式的两点说明 　　(1)对于公式=,无论副线圈一端是空载还是有负载,都是适用的。 　　(2)由=知,对于只有一个副线圈的理想变压器,电流比与匝数比成反比。因此,变压器高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制,低压线圈匝数少而通过的电流大,应用较粗的导线绕制。 4.B　降压变压器输入电压的有效值为U1==11 000 V,则原、副线圈匝数比为===,故A错误;降压变压器中副线圈中的电流大于原线圈中的电流,则副线圈的导线比原线圈的导线粗,故B正确;交流电的频率f===50 Hz,经过变压器后,交流电的频率不变,故C错误;副线圈中的电流等于居民小区各用电器电流总和,而原、副线圈中的电流比与匝数比成反比,所以原线圈中的电流不等于居民小区各用电器电流的总和,故D错误。 5.B　电压表的示数为电压有效值,故电压表的示数始终为=2.5 V,A错误,B正确;由乙图可知,交流电周期为T=2×10-2 s,则频率为f== Hz=50 Hz,故原线圈中的电流方向每秒改变100次,C错误;由题意可知,当=<=时,可以实现燃气灶点火,故D错误。 6.B　由u=200 sin 100πt (V)可得,ω=100π rad/s,则交流电源的频率为f=== Hz=50 Hz,故A错误;由u=200 sin 100πt (V)可知,原线圈输入电压的最大值Um=200 V,则有效值为U1== V=200 V,根据理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比,即=,得副线圈两端电压为U2=U1=×200 V=120 V,则通过副线圈的电流为I2==5 A,则电压表的示数为U=I2R2=5×16 V=80 V,故B正确;根据理想变压器原、副线圈的电流比与匝数比成反比,即=,可得理想电流表的示数为I1=I2=×5 A=3 A,故C错误;副线圈消耗的电功率P=U2I2=120×5 W=600 W,故D错误。 7.A　交流电源电压有效值为U0=220 V,设原线圈中的电流为I1,副线圈中的电流为I2,根据理想变压器的电流、电压与匝数的关系可得=k,=k,且U0-I1·R1=U1,I2R2=U2,联立解得I1=2 A,故选A。 8.A　理想变压器的输入电压保持不变,则原线圈两端的电压U1不变,电压表V1示数不变;线圈匝数不变,根据=,可知副线圈两端电压U2不变;将滑动变阻器的滑动触头向下移动,则R接入电路中的阻值减小,根据I2=,可知I2增大,即电流表A2示数增大,根据=I2R0,可得R0两端电压增大,又由UR=U2-I2R0,可得滑动变阻器两端电压减小,即V2的示数减小;根据=,可得I1增大,即电流表A1示数增大,B、C错误。原线圈的输入功率P1=U1I1,U1不变,I1增大,则P1增大,即原线圈的输入功率增大,故A正确。由=R0可知电阻R0消耗的电功率增大,D错误。 9.C　分析原线圈电路,电压表V1测量原线圈输入电压,滑片P置于滑动变阻器中点,原线圈与滑动变阻器下端并联,根据串、并联电路规律可知U1<,故A错误;原线圈匝数为400,副线圈“1”接线柱匝数为800,开关S打在“1”时,根据变压比公式可得U1∶U2=n1∶n2=1∶2,故B错误;开关S打在“2”时,副线圈匝数变少,输出电压变小,灯泡L变暗,故打在“2”与打在“1”相比,灯泡L更暗,故C正确;开关S打在“2”时,副线圈匝数变少,输出电压变小,输出功率变小,根据输入功率等于输出功率可知,变压器输入功率变小,则a、b端的输入功率变小,故D错误。 10.答案　(1)多　(2)ABC　(3)C　(4)B 解析　(1)观察两个线圈的导线,发现导线的粗细不同,根据=可知,匝数多的线圈中电流小,则导线细,即导线细的线圈匝数较多。 (2)副线圈电压的测量值明显小于理论值,可能的原因有:可拆变压器的铁芯未完全封闭,原、副线圈有电阻,铁芯在交变磁场作用下发热等损耗,A、B、C正确。原线圈存在匝间短路时,原线圈匝数减小,则副线圈电压增大,D错误。 (3)由于交变磁场的作用,变压器铁芯硅钢片产生涡流,硅钢片中的涡流相互作用,电流产生的磁场对变压器有吸、斥作用,使变压器振动而发出声音,正常情况下这种声音是清晰而有规律的,但若螺丝未拧紧,变压器就会发出明显的“嗡嗡”低鸣声,但不是副线圈中电流流动的声音,故A、B错误,C正确。 (4)为了减小涡流的产生,应使金属片的方向与磁场方向平行,所以金属片相叠时应平行于平面adhe,选B。 能力提升练 1.B 2.AC 3.C 4.D 5.D 6.B 7.B 8.BD 9.D 10.BD 1.B　电压互感器是把高电压变为低电压后再测量,通过匝数比可求高电压的电压数值;所以需要将电压互感器并联到电路中,且输入端线圈匝数大于输出端线圈匝数,故选项B正确。 2.AC　根据理想变压器的变压比和变流比公式可得===,==,电流表示数为1 A,即I1=1 A,所以I2=2 A;根据欧姆定律可知U2=I2R,所以R=55 Ω,故A正确,B错误。当自耦变压器的可动端顺时针转动一小段后,n2减小,由于U2=U1,可知U2减小,结合P2=,可得定值电阻R消耗的功率减小,故C正确,D错误。 导师点睛　　　自耦变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈,如果把整个线圈作为原线圈,副线圈只取线圈的一部分,就可以降低电压;如果把线圈的一部分作为原线圈,整个线圈作为副线圈,就可以升高电压。 3.C　交流电的频率为f==50 Hz,所以在1 s时间内电流方向改变100次,A错误;两盏灯泡均正常发光,则U2=10 V,根据电压与匝数的关系可知U1∶U2∶U3=n1∶n2∶n3=3∶1∶2,解得U1=30 V,U3=20 V,则流经负载R的电流大小为I3==0.5 A,故B错误;风力发电厂输出电压的有效值为U=U1+U灯=40 V,故C正确;变压器的输出功率为P=P灯+=15 W,故D错误。 易错警示　　　当有多个副线圈时,理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比仍然成立,但电流比不再等于匝数比的倒数,而要根据原线圈功率等于所有副线圈功率之和去推导。 4.D　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===,A错误;根据题意有U3=I2R=110 V,U=n1,U3=n3,联立解得=,B错误;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=Um sin ωt=220 sin 100πt(V),C错误;由理想变压器输入功率等于输出功率,有UI1=U3I2(易错点),解得I1=2.5 A,故D正确。 5.D　由于R1和R2并联,并联电阻R并=10 Ω,电流表示数I2=2 A,故副线圈两端的电压U2=I2R并=20 V;根据变流比公式可得==,所以通过R的电流有效值为I1=1 A;设原线圈的输入电压为U1,结合变压比公式=,得原线圈电压U1=40 V,故交流电压U=U1+I1R=50 V,故A、B错误。若R2断路,则副线圈的总电阻变大,电流表示数变小,原线圈的电流也变小,故R消耗的功率变小,C错误,D正确。 6.B　设原、副线圈的匝数比为k,原线圈中电流为I原,则有副线圈中电流为I副=kI原,U副=kI原R副,原线圈两端电压U原=k2I原R副,因为电源电压的有效值恒定,所以有IR1+k2I(R2+R3)=4IR1+4k2IR2,代入数据则有3I+5k2I=12I+4k2I,解得k=3,故选项B正确。 一题多解　　　本题可用等效电阻思想分析: 　　设=k,对于等效电路,S断开时有U=IR1+Ik2(R2+R3),S闭合时有U=4IR1+4Ik2R2,解得k=3。 7.B 模型建构　　　对于变压器原线圈带负载的电路,可采用等效电源法分析:如图甲所示电路,虚线框内的部分可视为一个等效电源,设其等效电动势为E'、等效内阻为r',画出等效电路如图乙。 甲　乙 　　图甲中有U1=U-I1R0①,图乙中有U2=E'-I2r'②;设=k,则=k,=k,联立①式,得U2=-I2③,比较②、③式,得E'=,r'=。 根据交变电压u=311 sin 100πt,可知交流电的频率为f== Hz=50 Hz,A错误;如图所示,把虚线框内的元件看成等效电源,则E等效=U,r等效=R1,若将滑动变阻器R2的滑动触头向a端移动,R2减小,E等效、r等效都不变,根据“串反并同”可知灯泡L1将会变暗,B正确; 因灯泡L1(100 V,100 W)、L2(50 V,50 W)均恰好正常发光,则副线圈电压U2=100 V,副线圈电流I2=IL1+IL2=2 A,结合变压比、变流比公式,可得==,==,则I1=1 A,对原线圈有U=I1R1+U1,根据u=311 sin 100πt(V)可知U=220 V,解得R1=20 Ω,C、D错误。方法技巧　　　对于原线圈电路接有用电器的理想变压器问题,要注意此时=中的U1指的是原线圈两端的电压,而不是电源电压。 8.BD　由理想变压器的功率关系,有U0I1=R0+R;根据理想变压器电流与匝数关系,有==,联立得U0=I1R0+R;滑动变阻器R的滑片P向下滑动,R减小,则副线圈电流I2增大,电流表示数变大,I1增大,则电源的输出功率P=U0I1增大,原线圈两端电压U1=U0-I1R0,所以U1减小,又根据=,可得U2减小,电压表示数减小,故B正确,A错误。原线圈与副线圈两端电压之比为==,电流之比=,联立可得I2=,将R=4 Ω代入得I2=2.7 A,则电压表示数为U2=I2R=10.8 V,故C错误;R消耗的功率P2=R=R=R=,由数学知识知当=R时,R消耗的功率最大,此时R=9R0=36 Ω,故D正确。 9.D　由题图乙可知,原线圈输入电压的有效值为U1= V=220 V,根据理想变压器原、副线圈电压比与匝数比的关系=,可得副线圈两端电压U2=20 V,所以电流表的示数为I2==2 A,变压器的输入功率为P1=P2==40 W,故A、B错误;若将开关断开,设R两端电压的有效值为,则T=·,解得=10 V,所以电流表的示数为== A>0.71 A,故C错误;若将开关断开,则电阻R每1 s产生的焦耳热为Q=t=20 J,故D正确。 10.BD　变压器原线圈两端电压的有效值为U1==30 V,根据理想变压器原、副线圈电压比与匝数比的关系=,解得变压器副线圈两端的电压为U2=10 V,电压表的示数等于副线圈两端的电压,为10 V,故A错误;设通过电动机的电流为I1,电动机的输出功率为P输出=U2I1-R,由题意可知P输出=Fv=mgv=5 W,联立解得I1=1 A,电动机消耗的热功率为P热=R=5 W,故C错误;通过小灯泡的电流为I2=I-I1=3 A-1 A=2 A,灯泡的额定功率为P额=U2I2=20 W,故B正确;若电动机被卡住但未损坏的情况下,电路消耗的总功率为P总=U2I2+=20 W+ W=40 W,故D正确。 7 学科网（北京）股份有限公司 $