第3章 第3节 分层训练能力提升-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步教参（教科版·新教材）

题组1　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．某同学用匝数可调的可拆变压器来探究“变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。 (1)下列操作正确的是________。 A．原线圈接学生电源直流电压，电表置于直流电压挡 B．原线圈接学生电源交流电压，电表置于交流电压挡 (2)如图甲所示，一变压器的副线圈匝数模糊不清，该同学为确定其匝数，原线圈选择“0”“8”(×100匝)接线柱，测得电源电压为10.0 V，副线圈电压为4.9 V，则此时接入的副线圈可能是________。 A．“0”“2”接线柱 B．“0”“4”接线柱 (3)如图乙所示，探究铁芯在变压器中的用途时，该同学先将上方的铁芯取出，再将铁芯缓慢向左水平推入，则观察到小灯泡亮度变化与铁芯作用分析正确的是________。 A．小灯泡变亮 B．小灯泡变暗 C．铁芯起到传送能量的作用 D．若将铁芯换成等大的铜块，则实验现象更明显 (4)你认为该实验的系统误差主要来源是___________________________________ ______________________________________________________________________________(写出一条即可)。 解析：(1)变压器在交流条件下才能正常工作，A错误，B正确。 (2)根据电压匝数关系有＝，解得n2＝3.92≈4，A错误，B正确。 (3)变压器的铁芯的作用是导磁，尽量减少漏磁，其起到传递能量的作用，A、C正确，B错误；铜不能被磁化，因此不能导磁，若将铁芯换成等大的铜块，则实验现象不明显，D错误。 (4)实际的变压器的线圈与铁芯都有一定的电阻，且存在漏磁，则实验的系统误差主要来源是线圈和铁芯有一定的电阻与存在漏磁。 答案：(1)B　(2)B　(3)AC　(4)见解析 题组2　变压器的工作原理和基本关系 2．(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法正确的是(　　) A．穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是10∶1 B．穿过原、副线圈每一匝的磁通量的变化率相等 C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1 D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为 1∶1 解析：选BD。理想变压器无漏磁，因而穿过两个线圈的磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗，故输入功率等于输出功率，B、D正确。 3．(多选)理想变压器原线圈为1 500匝，副线圈为500匝，原线圈接交流电源，副线圈接有电阻R。当变压器正常工作时，原、副线圈中(　　) A．电流频率之比为3∶1 B．电压之比为3∶1 C．电流之比为3∶1 D．功率之比为1∶1 解析：选BD。变压器改变的是电压和电流，改变不了频率，频率之比是1∶1，故A错误；由U1∶U2＝n1∶n2知原、副线圈中电压之比为3∶1，故B正确；由理想变压器特点U1I1＝U2I2得出电流之比与匝数成反比，为1∶3，功率相等，故C错误，D正确。 4．(多选)(2023·海南卷，T11)工厂利用u＝220sin (100πt) V的交流电给36 V照明灯供电的电路如图所示。理想变压器原线圈匝数为1 100，则下列说法正确的是(　　) A．电源电压有效值为220 V B．交变电流的周期为0.02 s C．副线圈匝数为180 D．副线圈匝数为240 解析：选BC。由交流电的表达式可知，该交流电有效值为220 V，A错误；交流电的周期T＝＝0.02 s，B正确；根据理想变压器的变压规律有＝，代入数据得n2＝＝180，C正确，D错误。 5．低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“12 V 50 W”的交流卤素灯直接通过变压器(视为理想变压器)接入有效电压为220 V的交流电后能正常工作，则(　　) A．卤素灯两端的电压有效值为6 V B．变压器原、副线圈的匝数比为55∶3 C．流过卤素灯的电流为0.24 A D．卤素灯的电阻为968 Ω 解析：选B。卤素灯上的额定电压12 V为其两端电压的有效值，A错误；根据理想变压器的原理可知＝＝＝，B正确；流过卤素灯的电流I＝＝＝ A，C错误；卤素灯是非线性元件，电阻随着电压的改变而改变，D错误。 题组3　几种常见的变压器及应用 6．电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上，则电流互感器(　　) A.是一种降压变压器 B．能测量直流电路的电流 C．原、副线圈电流的频率不同 D．副线圈的电流小于原线圈的电流 解析：选D。变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，不能改变交变电流的频率，电流互感器不能测量直流电路的电流，B、C错误；根据＝可得，副线圈的电压U2＝U1，由于n1<n2，因此U2>U1，电流互感器是一种升压变压器，A错误；根据＝可得，副线圈的电流I2＝I1，因此I2＜I1，D正确。 7．电压互感器是一种测量电路中电压的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较多，并联在电路中，副线圈匝数较少，两端接在电压表上，则电压互感器(　　) A．是一种降压变压器 B．能测量直流电路中某一用电器两端的电压 C．原、副线圈中电流的频率不同 D．副线圈两端的电压高于原线圈两端的电压 解析：选A。由＝知，由于原线圈匝数较多，副线圈匝数较少，则副线圈两端的电压低于原线圈两端的电压，则电压互感器是一种降压变压器，D错误，A正确；电压互感器是利用电磁感应进行工作的，在交流电路中才能正常工作，B错误；电压互感器能够改变原、副线圈中的电流和电压，但不能够改变其频率，C错误。 8．如图所示，理想变压器原线圈的匝数n1为1 100匝，原线圈两端的电压随时间变化的关系式为u＝220cos (100πt) V。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，将阻值为10 Ω的电阻R接在C、D两端时，消耗的功率为10 W，下列说法正确的是(　　) A.副线圈的匝数n2为100匝 B．电压表的示数为0.1 V C．R两端的电压为10 V，频率为100 Hz D．流过R的电流为1 A，周期为0.02 s 解析：选D。电阻R的功率为10 W，根据P＝可知，副线圈两端电压U2＝10 V，变压器的输入电压有效值U1＝＝ V＝220 V，根据＝可知副线圈的匝数n2＝×n1＝×1 100匝＝50匝，故A错误；接电压表的回路可看成n3＝1匝的线圈，所以U3＝U2＝×10 V＝0.2 V，故B错误；R两端的电压为10 V，频率与原线圈相同有f＝＝50 Hz，故C错误；流过R的电流I2＝＝ A＝1 A，周期T＝＝0.02 s，故D正确。 9．(2024·1月浙江选考，T5)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u＝5sin (100πt) V的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列选项正确的是(　　) A．< B．< C．用电压表测原线圈两端电压，示数为5 V D．副线圈输出交流电压的频率是100 Hz 解析：选B。根据电压匝数关系有＝，变压器副线圈电压的峰值U2max＝U2，根据题意有U2max>10×103 V，解得>2 000，<，故A错误，B正确；用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则示数U1＝ V＝ V，故C错误；根据＝2πf＝100π Hz，解得f＝50 Hz，变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是50 Hz，故D错误。 10．(9分)(2026·天津东丽区期末)如图所示，交流发电机的线圈匝数N＝10匝，面积S＝0.02 m2，处于磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，角速度ω＝100 rad/s，通过理想变压器连接R＝32 Ω的电阻，变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶2，电流表为理想电流表，发电机线圈电阻忽略不计。 (1)从图示位置开始计时，求感应电动势瞬时值的表达式。(3分) (2)求电流表的示数I1。(3分) (3)求发电机的输出功率P。(3分) 解析：(1)感应电动势最大值Em＝NBSω＝20 V 由题意可得感应电动势瞬时值表达式e＝Emcos ωt 代入数值有e＝20cos (100t) V。 (2)设变压器原线圈输入电压有效值为U1，副线圈输出电压有效值为U2，电阻中的电流有效值为I2，则 U1＝＝20 V 由＝，解得U2＝40 V 副线圈电流I2＝＝1.25 A 由＝，解得I1＝2.5 A。 (3)发电机的输出功率P＝U1I1＝20×2.5 W＝50 W。 答案：(1)e＝20cos (100t) V　(2)2.5 A (3)50 W 学科网（北京）股份有限公司 $