2021学年第3章 交变电流与远距离输电第3节 科学探究:变压器同步练习题

科学探究：变压器

(25分钟　60分)

一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)

1.下列器件属于变压器的是(　　)

【解析】选D。根据变压器由两个线圈和一块闭合铁芯构成，可知D是变压器。

2.变压器是一件重要的电器设备，对变压器的认识正确的是(　　)

A.变压器既能改变交流电压，又能改变稳恒电压

B.变压器既可用于提升电压，又可用于降低电压

C.变压器工作时，副线圈中的电流总是大于原线圈中的电流

D.变压器工作时，副线圈中的电流总是小于原线圈中的电流

【解析】选B。变压器只能改变交变电流的电压，A错；变压器可以提升电压，也可以降低电压，B对；变压器原、副线圈的功率相等，当变压器用于提升电压时，副线圈中的电流小于原线圈中的电流；当变压器用于降低电压时，副线圈中的电流大于原线圈中的电流，C、D错。

3.(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是(　　)

A.I1由I2决定　　　　　 B.U2与负载有关

C.P1由P2决定    D.以上说法都不正确

【解析】选A、C。由理想变压器的制约关系知，原线圈中的电流由副线圈中的电流决定；功率关系：负载用多少，原线圈端就输入多少，因此选项A、C正确。

4.(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使(　　)

A.开关总处于接通状态

B.开关在接通时断开

C.开关在断开时接通

D.开关总处于断开状态

【解析】选B、C。欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C。

5.机床上的照明电灯用的电压是36 V，是将220 V电压经变压器降压得到的。若电灯功率是40 W，可正常发光，则该变压器原、副线圈中的电流分别为(　　)

A.5.5 A，0.9 A　　　　　 B.0.18 A，1.1 A

C.5.5 A，1.1 A     D.0.15 A，0.9 A

【解析】选B。I2== A=1.1 A，又P1=P2，则I1== A=0.18 A，选项B正确。

6.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V　 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则(　　)

A.电流表的示数为 A

B.电源输出功率为1 200 W

C.电流表的示数为 A

D.原线圈端电压为11 V

【解析】选C。由灯泡正常发光，可知副线圈电压为220 V，由=可知，原线圈电压U1=20×220 V=4 400 V，选项D错误；又因输入功率等于输出功率，P1=P2=

60 W，故选项B错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1== A= A，故选项A错误，选项C正确。

二、非选择题(本题共2小题，共24分)

7.(12分)利用变压器将220 V的交变电流变为55 V，如果原线圈为 2 200匝，则副线圈应为多少匝？

【解析】根据=可得：

n2==匝=550匝。

答案：550匝

8.(12分)如图所示，交流发电机电动势的有效值E=20 V，内阻不计，它通过一个R=6 Ω的指示灯连接变压器。变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都标有“6 V　0.25 W”，且灯泡都正常发光，导线电阻不计。求：

(1)降压变压器初级、次级线圈匝数之比；

(2)发电机的输出功率。

【解析】(1)彩色小灯泡的额定电流

IL== A= A，

次级线圈总电流I2=24IL=1 A。

变压器输入功率等于：I1U1=I2U2=6 W。

变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得

E=U1+I1R=+6I1，

代入E值解得I1= A(I1=3 A应舍去，据题意是降压变压器，应有I1<I2)，

所以==。

(2)发电机输出功率P=I1E≈6.67 W。

答案：(1)3∶1　(2)6.67 W

【补偿训练】

　　如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1，交流电源电压u1=311·sin 100πt(V)，F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻。

(1)当电阻R=100 Ω时，保险丝能否被熔断？

(2)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？

【解析】原线圈电压的有效值为U1= V=220 V

由=得副线圈两端的电压

U2=U1=×220 V=110 V。

(1)当R=100 Ω时，副线圈中电流

I2== A=1.10 A

由U1I1=U2I2得原线圈中的电流为

I1=I2=×1.10 A=0.55 A

由于I1<I0(熔断电流)，故保险丝不会熔断。

(2)设电阻R取某一值R0时，原线圈中的电流I1刚好达到熔断电流I0，即I1=1.0 A，则副线圈中的电流为

I2=I1=2×1.0 A=2.0 A

电阻R的阻值为：R0== Ω=55 Ω

此时变压器的输出功率为：

P2=I2U2=2.0×110 W=220 W

可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值不能小于55 Ω，变压器输出的电功率不能超过220 W。

答案：(1)不会熔断　(2)55 Ω　220 W

(15分钟　40分)

9.(7分)如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是(　　)

A.电压表V1示数增大

B.电压表V2、V3示数均增大

C.该变压器起升压作用

D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动

【解题指南】(1)原副线圈两端电压是否变化？

(2)A2增大，说明电阻如何变化？

(3)由==得=，求。

(4)V3示数变化根据U3=U2-I2·R0判断变化情况。

【解析】选D。电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，选项A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，两线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，选项B错误；理想变压器U1I1=U2I2，则U1ΔI1=U2ΔI2，ΔI2>ΔI1，故U2<U1，变压器为降压变压器，选项C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，选项D正确。

10.(7分)(多选)图甲所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。下列说法正确的是(　　)

A.变压器输入、输出功率之比为4∶1

B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4

C.u随t变化的规律为u=51sin 50πt(V)

D.若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大

【解析】选B、D。由题意，理想变压器输入、输出功率之比为1∶1，选项A错误；变压器原、副线圈中的电流强度与匝数成反比，即==，故选项B正确；由题图乙可知交流电压最大值Um=51 V，周期T=0.02 s，角速度ω=100π rad/s，则可得u=51sin 100πt (V)，故选项C错误；RT的温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确。

11.(7分)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，原线圈接入图乙所示的不完整的正弦电流，副线圈接火灾报警系统(报警器未画出)，电压表和电流表均为理想电表，R0和R1为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，下列说法中正确的是(　　)

A.R处出现火警时电压表示数增大

B.R处出现火警时电流表示数减小

C.图乙中电压的有效值为220 V

D.电压表的示数为11 V

【解析】选D。由·+0=·T，可求得图乙中电压有效值U1=110 V，由=，可得电压表示数U2=11 V，C错误，D正确；R处出现火警时，R电阻变小，副线圈电流增大，原线圈电流也随之增大，电流表示数增大，但电压表示数不变，故A、B均错误。

12.(19分)理想变压器原线圈和两个副线圈的匝数分别为n1=880匝，n2=24匝，n3=1 320匝。把原线圈n1接到220 V的交流电源上，两组副线圈n2、n3接到用电器上。测知副线圈n2的用电器消耗的功率为12 W，副线圈n3中流过的电流强度为0.23 A，求原线圈中通过的电流强度。

【解析】由=，=得线圈n2、n3的电压分别为U2==×220 V=6 V

U3==×220 V=330 V

副线圈n3的输出电功率为

P3=I3U3=0.23×330 W=75.9 W。

理想变压器输入的电功率等于输出的电功率

P1=P2+P3=(12+75.9) W=87.9 W。

原线圈中的电流

I1== A≈0.40 A

答案：0.40 A

【补偿训练】

　　如图所示，理想变压器原线圈Ⅰ接到220 V的交流电源上，副线圈Ⅱ的匝数为30，与一标有“12 V　12 W”的灯泡连接，灯泡正常发光。副线圈Ⅲ输出电压为110 V，电流为0.4 A。求：

(1)副线圈Ⅲ的匝数；

(2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流。

【解析】(1)根据已知，U2=12 V，n2=30；

U3=110 V。

由于=，得n3=n2=275匝。

(2)由U1=220 V，

根据=，

得n1=n2=550匝；

由P1=P2+P3=P2+I3U3=56 W，

得I1=≈0.25 A。

答案：(1)275匝　(2)550匝　0.25 A