输送与变压器3.2_3.3变压器为什么能改变电压电能的开发与利用练习沪科版选修3_2.doc

1、13.2 变压器为什么能改变电压3.3 电能的开发与利用一、选择题考点一 对理想变压器原理的理解1.如图所示四个电路，能够实现升压的是 ( )答案 D解析 变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故 A、B 错误，由于电压与线圈匝数成正比，所以 D 能实现升压.2.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为 101，以下说法中正确的是( )A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是 101B.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 101D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为 112答案 BD解析 对于理想变压器，认为无磁通量损失，因而穿过两个线圈每一

2、匝的磁通量相等，磁通量的变化率相等，每一匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比.理想变压器没有能量损失，故输入功率等于输出功率.考点二 理想变压器基本规律的应用3.(多选)如图 1 所示，一理想变压器的原线圈匝数为 n11 100 匝，接电压 U1220 V 的交流电，副线圈接“20 V 10 W”的灯泡，灯泡正常发光，可知 ( )图 1A.副线圈的匝数 n2200 匝B.副线圈中的电流 I20.5 AC.原线圈中的输入功率为 10 WD.原线圈中的电流 I10.1 A答案 BC解析 由于理想变压器的电压比等于匝数比，副线圈匝数 n2100 匝，A 错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等

3、.所以原线圈的输入功率为 10 W，C 正确；由功率 P UI 可得副线圈中的电流 I20.5 A，原线圈中的电流 I1 I20.045 A，B 正确，D 错误.n2n14.如图 2 所示，理想变压器的原线圈接在 u220 sin (100 t )V 的交流电源上，副线2圈接有 R55 的负载电阻.原、副线圈匝数之比为 21.电流表、电压表均为理想电表，下列说法中正确的是( )图 2A.原线圈中电流表的读数为 1 AB.原线圈中的输入功率为 220 W2C.副线圈中电压表的读数为 110 V2D.副线圈中输出交流电的周期为 50 s答案 A解析 先计算副线圈的电压的有效值，原线圈电压的有效值为

4、 220 V，根据匝数比可以得到3副线圈的电压的有效值为 110 V，根据负载电阻的大小可以知道副线圈中电流为 2 A，根据原、副线圈的输入功率和输出功率相等可以知道原线圈中输入功率为 220 W，电流有效值为1 A.副线圈中输出交流电的周期与原线圈相同，均为 0.02 s，故 A 正确.5.一台理想降压变压器从 10 kV 的线路中降压并提供 200 A 的负载电流.已知两个线圈的匝数比为 401，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是( )A.5 A,250 V,50 kW B.5 A,10 kV,50 kWC.200 A,250 V,50 kW D.200 A,10 kV,2103

5、kW答案 A解析 由 得 I1 200 A5 A；由 得 U2 V250 I1I2 n2n1 140 U1U2 n1n2 U1n2n1 10103140V；由理想变压器功率关系得 P 入 P 出 U1I1 U2I2200250 W50 kW.故正确选项为 A.6.如图 3 甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电.当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为 10 W 的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为 40 ，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是( )图 3A.变压器输入电压的瞬时值表达式为 u220 sin t (V)2B.电压表的示数为 220 VC.变压器原、副线圈的匝数比为 11

6、1D.变压器的输入功率为 110 W答案 C解析 由题图乙可知， 100 rad/s，故 A 错误；原线圈输入电压为 220 V，电压2T表示数为灯泡的额定电压 U 20 V，故 B 错误；由 B 分析，结合电压与匝数的关系得PR ，故 C 正确；变压器的输入功率与输出功率相等，为 10 W，故 D 错误.n1n2 22020 1117.(多选)如图 4 所示，一只理想变压器原线圈与频率为 50 Hz 的正弦交变电源相连，两个阻值均为 20 的电阻串联后接在副线圈的两端.图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原、副线圈分别为 200 匝和 100 匝，电压表的示数为 5 V.则 ( )4图 4

7、A.电流表的读数为 0.5 AB.流过电阻的交变电流的频率为 100 HzC.交变电源的输出电压的最大值为 20 V2D.交变电源的输出功率为 2.5 W答案 CD解析 根据欧姆定律可得副线圈中的电流 I2 0.25 A，根据理想变压器原、副线圈中的UR电流与匝数的关系 可解得 I10.125 A，A 错误；理想变压器原、副线圈中的交变电I1I2 n2n1流的频率相同，都为 50 Hz，B 错误；副线圈输出电压的有效值为 10 V.根据正弦交变电流的最大值和有效值的关系可得其最大值应为 U2m10 V.原、副线圈电压比为 ，可得2U1U2 n1n2交变电源输出电压的最大值为 U1m20 V，C

8、 正确；对于理想变压器，交变电源的输出功2率等于变压器副线圈负载消耗的功率， P2 W2.5 W，故 D 正确.52208.一理想变压器原、副线圈匝数比 n1 n2115.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压 u随时间 t 变化的图像如图 5 所示，副线圈仅接入一个 10 的电阻.则( )图 5A.流过电阻的电流是 20 AB.与电阻并联的理想电压表的示数是 100 V2C.经过 1 min 电阻发出的热量是 6103 JD.变压器的输入功率是 1103 W答案 D解析 设输入电压有效值为 U1，输出电压有效值为 U2，由题图知 U1220 V，则由 知U1U2 n1n2U2100 V， I2

9、A10 A，故选项 A、B 错误；1 min 内电阻产生的热量U2R 10010Q I Rt10 21060 J 6104 J，故选项 C 错误； P 入 P 出 110 3 W，故选项22U22RD 正确.9.(多选)如图 6，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 U5为灯泡额定电压的 10 倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是( )图 6A.原、副线圈匝数比为 91 B.原、副线圈匝数比为 19C.此时 a 和 b 的电功率之比为 91 D.此时 a 和 b 的电功率之比为 19答案 AD解析 设灯泡的额定电压为 U0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈

10、两端电压为 U19 U0，副线圈两端电压为 U2 U0，故 ， ，A 正确，B 错误；根据公式 可得，U1U2 91 n1n2 U1U2 91 I1I2 n2n1 ，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式 P UI 可得，灯泡 a 和 b 的电功率之比I1I2 19为 19，C 错误，D 正确.10.(多选)如图 7 所示是霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器.已知变压器原线圈与副线圈匝数比 ，加在原线圈的电压为 u1311sin (100 t) V.霓虹灯正常n1n2 120工作时的电阻 R440 k， I1、 I2表示原、副线圈中的电流.下列判断正确的是 ( )图 7A.副线圈

11、两端电压为 6 220 V，副线圈中的电流为 14.1 mAB.副线圈两端电压为 4 400 V，副线圈中的电流为 10 mAC.I1 I2D.I1 I2答案 BD解析 原线圈电压的有效值 U1 V220 V，由变压比 知， U2 4 400 Um2 3112 U1U2 n1n2 U1n2n1V，副线圈中的电流 I2 A0.01 A10 mA，原、副线圈电流跟匝数成反U2R 4 400440103比，故 I1 I2.考点三 几种常见的变压器11.自耦变压器铁心上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图 8 所示，其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为

12、1 900 匝；原线6圈为 1 100 匝，接在有效值为 220 V 的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时，负载 R上的功率为 2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为 I1，负载两端电压的有效值为 U2，且变压器是理想的，则 U2和 I1分别约为 ( )7图 8A.380 V 和 5.3 A B.380 V 和 9.1 AC.240 V 和 5.3 A D.240 V 和 9.1 A答案 B解析 根据理想变压器电压比关系 ，代入数据解得副线圈两端的电压有效值 U2380 U1U2 n1n2V，因理想变压器原、副线圈输入和输出的功率相等，即 P 入 P 出 U1I1，解得 I1A9.1 A

13、，选项 B 正确，选项 A、C、D 错误.2.010322012.如图 9 所示，在铁心上、下分别绕有匝数 n1800 匝和 n2200 匝的两个线圈，上线圈两端与 u51sin (314 t) V 的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )图 9A.2.0 VB.9.0 VC.12.7 VD.144.0 V答案 A解析 由题意知原线圈电压的有效值为 U1 V，若磁通量无损失，则根据 得 U2512 U1n1 U2n2 V9.0 V.因铁心不是闭合的，考虑到漏磁的影响， n2线圈两端电压的有效值应小512 200800于 9.0 V，故只有选项 A 正确.13.钳

14、式电流表的外形和结构如图 10 中 a、b 所示.图 b 中电流表的读数为 1.2 A，图 c 中用同一电缆线绕了 3 匝，则( )8图 10A.这种电流表能测直流电流，图 c 的读数为 2.4 AB.这种电流表能测交变电流，图 c 的读数为 0.4 AC.这种电流表能测交变电流，图 c 的读数为 3.6 AD.这种电流表既能测直流电流，又能测交变电流，图 c 的读数为 3.6 A答案 C解析 钳式电流表利用了变压器的工作原理，因此钳式电流表只能测交变电流.根据n1I1 n2I2可知，题图 b 中线圈单匝时， 的读数为 1.2 A.在题图 c 中绕 3 匝时， 的读数应为 3.6 A，故选项

15、C 正确.二、非选择题14.如图 11 所示，匝数 n100 的正方形线圈 abcd 固定在竖直平面内，与电阻 R1、理想变压器连成电路.在线圈的中心水平放置一个条形磁铁，使磁铁绕竖直方向的轴 OO匀速转动，使线圈内的磁通量 sin (100 t) Wb.已知线圈的电阻 r4 ， R146 250， R210 ，其余导线的电阻不计.变压器原、副线圈的匝数比 n1 n241.求：图 11(1)线圈产生电动势的最大值 Em；(2)若断开 S2，闭合 S1，求磁铁从图示位置转过 90的过程中，通过 R1的电荷量 q；(3)断开 S1，闭合 S2，求 R2消耗的功率 P.答案 (1)200 V (2) C (3)238 W2225解析 (1) Em nBS n m ，解得 Em200 V.2(2)q t， ， n ，解得 q C.I IEr R1 E t 2259(3)线圈产生电动势的有效值 E ， E U1 I1r， U2 I2R2， ，Em2 U1U2 n1n2I1n1 I2n2， P I R2，22联立解得 P238 W.