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（人教版·新教材）

题组1　变压器的工作原理及基本关系的应用 1．(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、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1 B．穿过原、副线圈每一匝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。 2．(2026·广西南宁市一模)图甲所示理想变压器原线圈接入图乙所示的正弦式交流电，副线圈接一个规格为“6 V，3 W”的灯泡。灯泡正常工作，则理想变压器原、副线圈的匝数比为(　　) A．1∶6 B．6∶1 C．1∶6 D．6∶1 解析：选D。原线圈电压最大值为36 V，可知有效值为36 V，由理想变压器电压与匝数关系＝，可得原、副线圈的匝数比＝。 3．(多选)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＝，代入数据解得n2＝180，C正确，D错误。 4．(2026·河北张家口市期末)图甲中左侧的调压装置可视为理想变压器，原、副线圈匝数比为2∶1，电路中的负载电阻R1＝55 Ω，R2＝220 Ω，A、 V为理想交流电流表和理想交流电压表，若流过负载R1的正弦交变电流如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A．原线圈中交变电压的频率为200 Hz B．电压表 V的示数为220 V C．电流表A的示数为3 A D．变压器的输入功率为275 W 解析：选D。变压器不改变交变电流的频率，原线圈中交变电压的频率f＝＝ Hz＝50 Hz，故A错误；由题图乙可得通过R1的电流有效值I1＝2 A，电压表的示数为R1两端电压的有效值U2＝I1R1＝2×55 V＝110 V，故B错误；副线圈中的电流I副＝＋I1＝2.5 A，原、副线圈匝数比为2∶1，由理想变压器电流与匝数成反比得电流表的示数I＝I副＝1.25 A，故C错误；变压器的输出功率P2＝I副U2＝2.5×110 W＝275 W，所以变压器的输入功率为275 W, 故D正确。 题组2　几种常见的变压器及应用 5.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；根据变压器匝数与电压的关系＝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；根据变压器匝数与电流的关系＝可得，副线圈的电流I2＝I1，因此I2＜I1，D正确。 6.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。 7．(2026·甘肃酒泉市一模)为实时监测高压输电线的电压和电流，需要测量出输电线上的电压和电流的大小。因高压输电线的电压和电流都很大，可采用互感器进行测量。如图所示，电压互感器K1和电流互感器K2的原线圈分别连接在高压线上，根据两个互感器的原、副线圈的匝数比和两个电表的读数就可以算出高压输电线的电压和电流。关于电压互感器K1和电流互感器K2下列说法正确的是(　　) A．K1和K2都是降压变压器 B．K1是降压变压器，K2是升压变压器 C．K1是升压变压器，K2是降压变压器 D．K1和K2都是升压变压器 解析：选B。由题意可知，电压互感器K1是把高电压变为低电压，是降压变压器，电流互感器K2是把大电流变为小电流，根据变压器的变流比可知K2是升压变压器，故选B。 8．(2026·陕西榆林市期末)理想变压器与电阻R、交流电压表 V、交流电流表A按图甲所示方式连接。已知变压器的原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，电阻R＝10 Ω，图乙是R两端电压U随时间t变化的图像，Um＝20 V。下列说法正确的是(　　) A．通过R的电流IR随时间t变化的规律是IR＝2cos (100πt) A B．变压器的输入功率为40 W C．电压表V的读数为20 V D．电流表A的读数为2 A 解析：选B。通过R的电流IR随时间t变化的规律是IR＝cos t＝2cos (100πt) A，故A错误；变压器的输入功率等于输出功率，即P1＝P2＝＝40 W，故B正确；电压表 V的读数为交流电压有效值U2＝ V＝20 V，故C错误；变压器初级电压有效值U1＝U2＝200 V，电流表A的读数即初级电流有效值I1＝＝ A＝0.20 A，故D错误。 9．图甲为全球最高海拔风电项目的西藏八宿风电场，图乙为某风力发电机部分供电系统简化图。工作时，矩形线圈ABCD绕轴OO′匀速转动，输出电压u＝440sin (20πt) V，电阻R1＝8.9 Ω，R2＝210 Ω，其他电阻均不计。理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝1∶10，则(　　) A．线圈位于图乙所示位置时的磁通量为22 Wb B．电流表的示数为40 A C．该发电机每秒消耗的风能为17 600 J D．线圈从图中位置转过90°的过程中，通过R2的电荷量为 C 解析：选D。当线圈处于题图乙所示位置时，其平面与磁场方向平行，此时穿过线圈的磁通量Φ＝0，故A错误；根据输出电压表达式，发电机输出电压的有效值U＝＝440 V，运用等效电阻法，将副线圈电阻R2等效到原线圈侧，等效电阻R2′＝()2R2＝2.1 Ω，则原线圈回路总电流有效值I1＝＝40 A，电流表测量的是有效值，示数为40 A，故B错误；发电机输出的电功率P＝UI1＝17 600 W，即每秒转化的电能为17 600 J，由于风能转化为电能的效率小于100%，故发电机每秒消耗的风能应大于17 600 J，故C错误；线圈从题图所示位置转过90°的过程中，原线圈磁通量的变化量ΔΦ＝Φm，根据Em＝Φmω，解得ΔΦ＝ Wb，根据平均电流定义及欧姆定律，通过原线圈的电荷量q1＝t＝t＝＝ C，对于理想变压器，电流之比等于匝数反比，则电荷量之比等于匝数反比，通过R2的电荷量q2＝q1＝ C，故D正确。 10．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。 (1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。 A．干电池组 B．学生电源 C．多用电表 D．直流电压表 E．滑动变阻器 F．条形磁体 G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈) (2)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_____________________________________ ________________________________________________________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/ V U2/ V 1 1 600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 解析：(1)变压器的工作原理是电磁感应，需要交流电源，学生电源可以提供交流电源，因此选学生电源(B)；需要测量交流电压，多用电表(C)可测交流电压；还需要可拆变压器(G)来改变匝数。干电池组(A)是直流电源，直流电压表(D)测直流电压，滑动变阻器(E)、条形磁体(F)在此实验中无用，故选BCG。 (2)第一次实验：＝≈4，＝＝4，第二次实验：＝≈2，＝＝2，第三次实验：＝≈2，＝＝2，由以上数据分析可以看出，在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即＝。 答案：(1)BCG　(2)在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即＝ 11．(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 $