高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊(cè)3 變壓器導(dǎo)學(xué)案

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊(cè)3 變壓器導(dǎo)學(xué)案，共9頁(yè)。
課時(shí)分層作業(yè)(十一)(建議用時(shí)：25分鐘)考點(diǎn)一　理想變壓器的基本關(guān)系1．如圖所示，一輸入電壓為220 V、輸出電壓為36 V的變壓器副線圈燒壞。為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈，然后將原線圈接到220 V交流電源上，測(cè)得新繞線圈兩端的電壓為1 V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為(　　)A．1 100　360　　 B．1 100　180C．2 200　180   D．2 200　360B　[由U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3，可得n1＝n3＝1 100匝，n2＝n1＝180匝，B選項(xiàng)正確。]2．(多選)圖是霓虹燈的供電電路圖，變壓器可視為理想變壓器，已知變壓器原線圈與副線圈匝數(shù)比＝，加在原線圈的電壓為u1＝311sin 100πt(V)。霓虹燈正常工作的電阻R＝440 kΩ，I1、I2分別表示原、副線圈中的電流。下列判斷正確的是(　　)A．副線圈兩端電壓為6 220 V，副線圈中的電流為14.1 mAB．副線圈兩端電壓為4 400 V，副線圈中的電流為10 mAC．I1<I2D．I1>I2BD　[根據(jù)題意可知，交流電的最大電壓值311V，則其有效值為 V＝220 V，再根據(jù)電壓與匝數(shù)關(guān)系，可以求出副線圈的電壓為U2＝U1＝4 400 V，再根據(jù)歐姆定律，可以求出副線圈中的電流為 I2＝A＝10 mA，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；根據(jù)能量守恒和電功率定義P1＝P2，即：U1I1＝U2I2，可以判斷I1＞I2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。]3．有一個(gè)阻值為R的電阻，若將它接在電壓為20 V的直流電源上時(shí)，消耗的電功率為P；若將它接在圖中的理想變壓器的次級(jí)線圈兩端時(shí)，消耗的電功率為。已知變壓器輸入的是正弦交流電，其電壓的變化規(guī)律如圖所示，不計(jì)電阻阻值隨溫度的變化。求：(1)理想變壓器副線圈兩端電壓的有效值。(2)此變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比。[解析]　(1)直流電源的電壓U0＝20 V，設(shè)變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓的有效值為U2，根據(jù)題意有＝P＝，聯(lián)立解得U2＝10 V。(2)變壓器輸入的電壓有效值為U1＝V＝220 V。根據(jù)變壓器電壓比公式，可得＝＝。[答案]　(1)10 V　(2)22∶1考點(diǎn)二　理想變壓器工作時(shí)的制約關(guān)系4．理想變壓器上接有三個(gè)完全相同的燈泡，其中一個(gè)與該變壓器的原線圈串聯(lián)后接入交流電源，另外兩個(gè)并聯(lián)后接在副線圈兩端。已知三個(gè)燈泡均正常發(fā)光。該變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為(　　)A．1∶2   B．2∶1C．2∶3   D．3∶2B　[三燈泡都正常發(fā)光，則電流相等，由此可知變壓器的原、副線圈的電流比＝，由于輸入、輸出功率相等，P1＝P2，得＝，得＝＝，B正確。]5．如圖甲所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為22∶1，其原線圈兩端接入如圖乙所示的正弦交流電，副線圈通過(guò)電流表與負(fù)載電阻R＝20Ω相連。若交流電壓表和交流電流表都是理想電表，則下列說(shuō)法中正確的是(　　)甲　　　　　　　　　　乙A．電流表的示數(shù)是0.5 AB．變壓器的輸入功率是5 WC．流過(guò)R的電流方向每秒改變50次D．當(dāng)t＝1×10－2s時(shí)電壓表的示數(shù)是0B　[由圖乙可知交流電壓最大值Um＝220V，有效值為220 V，據(jù)變壓比＝可知，輸出電壓有效值為10 V，電壓表的示數(shù)為有效值，則任意時(shí)刻的示數(shù)均為10 V，故D錯(cuò)誤；根據(jù)歐姆定律可知，I＝＝0.5 A，電流表的示數(shù)是0.5 A，故A錯(cuò)誤；變壓器的輸出功率P＝UI＝5 W，根據(jù)輸出功率等于輸入功率可知，變壓器的輸入功率是5 W，故B正確；周期T＝0.02 s，則流過(guò)R的電流方向每秒改變100次，故C錯(cuò)誤。]6．如圖所示，理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝1 100匝，副線圈匝數(shù)n2＝220匝，交流電源的電壓u＝20sin 100πt(V)，電阻R＝44Ω，電表均為理想交流電表。則下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．交流電的頻率為50 HzB．電流表A1的示數(shù)為0.20 AC．變壓器的輸入功率為88 WD．電壓表的示數(shù)為44 VA　[根據(jù)題意可知f＝＝ Hz＝50 Hz，所以A選項(xiàng)正確；根據(jù)變壓器變壓原理可得＝，＝且電表的示數(shù)為交流電的有效值，可得電流表A1的示數(shù)為I1＝ A＝ A，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)題意可知，變壓器的輸入功率P ＝ ×44 W ＝  W，所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)題意可知電壓表示數(shù)為變壓器輸出電壓的有效值，可得U＝ V＝4 V，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤。]7．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為5∶1，R1＝R2＝10 Ω。兩電表均為理想電表，其中電流表的示數(shù)為0. 4 A，則(　　)A．電阻R1中通過(guò)的電流的有效值為1 AB．電壓表V的示數(shù)為20 VC．原線圈的輸入功率為40 WD．穿過(guò)原、副線圈的磁通量的變化率之比為5∶1B　[根據(jù)原、副線圈的電流關(guān)系可以得到：＝，有：I2＝I1＝×0.4 A＝2 A，故A錯(cuò)誤；電壓表的讀數(shù)為R2的電壓，即為：UR2＝I2R2＝2×10 V＝20 V，故B正確；負(fù)載功率為：P2＝I＝80 W，原、副線圈功率相等，有：P1＝P2＝80 W，故C錯(cuò)誤；理想變壓器穿過(guò)原、副線圈的磁通量的變化率相等，即穿過(guò)原、副線圈的磁通量的變化率之比為1∶1，故D錯(cuò)誤。]考點(diǎn)三　變壓器和分壓器8.(多選)如圖所示，理想變壓器原線圈接入電壓有效值恒定的正弦交流電，副線圈接一定值電阻R。調(diào)節(jié)觸頭P，使副線圈匝數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則調(diào)節(jié)前后(　　)A．原線圈中的電流之比為4∶1B．副線圈中的電流之比為2∶1C．變壓器的輸入功率之比為4∶1D．變壓器的輸出功率之比為1∶2ABC　[使副線圈匝數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，即n2′＝，根據(jù)公式＝及＝，可得副線圈兩端的電壓變?yōu)樵瓉?lái)的，所以副線圈中的電流變?yōu)樵瓉?lái)的，B正確；根據(jù)公式＝及＝，可得＝＝，原線圈中的電流將變?yōu)樵瓉?lái)的，所以A正確；根據(jù)P＝I2R，副線圈中消耗的電功率變?yōu)樵瓉?lái)的，所以變壓器的輸出功率之比為4∶1，理想變壓器的輸出功率和輸入功率相等，所以C正確，D錯(cuò)誤。]9．(多選)為保證用戶電壓穩(wěn)定在220 V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，圖甲為調(diào)壓變壓器示意圖。保持輸入電壓u1不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓。某次檢測(cè)得到用戶電壓u2隨時(shí)間t變化的曲線如圖乙所示，則下列選項(xiàng)正確的是(　　)A．u2＝190sin 50πt(V)B．u2＝190sin 100πt(V)C．為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)將P適當(dāng)下移D．為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)將P適當(dāng)上移BD　[由圖像可知用戶電壓u2 隨時(shí)間t變化的周期為T＝0.02 s，則ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，所以u2＝Umsin ωt＝190sin 100πt(V)，故選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；根據(jù)＝可得用戶電壓為u2＝u1，保持輸入電壓u1不變，又圖像顯示用戶所得電壓偏低，要想保證用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)減小變壓器原線圈匝數(shù)，應(yīng)將P適當(dāng)上移，故選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤。](建議用時(shí)：15分鐘)10．(多選)如圖所示，為實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)變壓器，只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈，一實(shí)驗(yàn)小組為搞清楚哪一端為變壓器的高壓端，下列判斷正確的是(　　)A．用歐姆表測(cè)量變壓器線圈的直流電阻，電阻大的一側(cè)為高壓端B．用歐姆表測(cè)量變壓器線圈的直流電阻，電阻小的一側(cè)為高壓端C．觀察變壓器線圈的線徑，線徑粗的一端為高壓端D．觀察變壓器線圈的線徑，線徑細(xì)的一端為高壓端AD　[由于只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈，根據(jù)變壓器的工作原理，匝數(shù)比等于電壓比，匝數(shù)比等于電流的反比，高壓端線圈的匝數(shù)多，電流小，電阻大，所以電阻大的一端為高壓端，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；高壓端的電流小，導(dǎo)線的電阻大，繞制的導(dǎo)線的線徑細(xì)。故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。]11．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝1∶3，次級(jí)回路中連入三個(gè)均標(biāo)有“36 V　40 W”的燈泡，且均正常發(fā)光，那么，標(biāo)有“36 V　40 W”的燈泡L(　　)A．正常發(fā)光   B．將被燒毀C．比另三個(gè)燈暗   D．無(wú)法確定A　[副線圈兩端的電壓U2＝3U＝3×36 V＝108 V，由＝得，原線圈兩端電壓U1＝＝ V＝36 V，所以燈泡L能正常發(fā)光。]12.如圖所示，降壓變壓器的變壓系數(shù)是3，即初級(jí)線圈的匝數(shù)與次級(jí)線圈的匝數(shù)之比是3∶1。初級(jí)線圈的輸入電壓是660 V，次級(jí)線圈的電阻為0.2 Ω，這臺(tái)變壓器供給100盞“220 V　60 W”的電燈用電。求：(1)空載時(shí)次級(jí)線圈的端電壓和輸出功率；(2)接通電路時(shí)次級(jí)線圈的端電壓；(3)每盞燈消耗的實(shí)際功率。[解析]　(1)設(shè)空載時(shí)次級(jí)線圈的端電壓為U2，則＝解得U2＝U1＝220 V因?yàn)榭蛰d，次級(jí)線圈的負(fù)載電阻R2→∞，電流I2＝0，則P＝I2U2＝0。(2)接通電路后，100盞電燈并聯(lián)的總電阻為R外＝＝≈8.07 Ω次級(jí)線圈中的電流I2′＝＝ A＝26.6 A次級(jí)線圈的端電壓U2′＝I2′R外＝214.66 V。(3)每盞燈消耗的實(shí)際功率P′＝U2′＝×214.66 W＝57.1 W。[答案]　(1)220 V　0　(2)214.66 V　(3)57.1 W13．大型交流發(fā)電機(jī)采用的是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，其原理圖簡(jiǎn)化后如圖甲所示，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中不動(dòng)，線圈匝數(shù)為1 000匝，內(nèi)阻不可忽略。產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁極繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′(OO′沿水平方向)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的磁通量隨時(shí)間按如圖乙所示正弦規(guī)律變化。線圈的兩端連接理想變壓器，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1，電阻R1＝R2＝10 Ω，電流表示數(shù)為16 A。求：甲　　　　　　　　　　乙(1)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值；(2)交流電壓表的示數(shù)；(3)發(fā)電機(jī)線圈的電阻。[解析]　(1)角速度ω＝＝100π rad/s由Em＝NBSω＝NΦmω得Em＝1 000 V。(2)并聯(lián)電阻R并＝＝5 Ω副線圈電壓U2＝IR并＝80 V由 ＝ 得U1＝800 V。(3)由 ＝ 得I1＝1.6 A電動(dòng)勢(shì)有效值E＝ ＝1 000 V由閉合電路歐姆定律E＝U1＋I1r得r＝＝ Ω＝125 Ω。[答案]　(1)Em＝1 000 V　(2) U1＝800 V  (3)125 Ω