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- 2021-06-02 发布
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3.2 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10∶1,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
9
D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1
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n1=1 100匝,接电压U1=220 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1
A.副线圈的匝数n2=200匝
B.副线圈中的电流I2=0.5 A
C.原线圈中的输入功率为10 W
D.原线圈中的电流I1=0.1 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n2=100匝,A错误;理想变压器的原、副线圈的功率相等.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I2=0.5 A,原线圈中的电流I1=I2≈0.045 A,B正确,D错误.
4.如图2所示,理想变压器的原线圈接在u=220 sin (100πt )V的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻.原、副线圈匝数之比为2∶1.电流表、电压表均为理想电表,下列说法中正确的是( )
图2
A.原线圈中电流表的读数为1 A
B.原线圈中的输入功率为220 W
C.副线圈中电压表的读数为110 V
D.副线圈中输出交流电的周期为50 s
答案 A
9
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220 V,根据匝数比可以得到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40∶1,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 kW
C.200 A,250 V,50 kW D.200 A,10 kV,2×103 kW
答案 A
解析 由=得I1=×200 A=5 A;由=得U2== V=250 V;由理想变压器功率关系得P入=P出=U1I1=U2I2=200×250 W=50 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 Ω,图中电压表为理想电表,下列说法正确的是( )
图3
A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u=220 sin πt (V)
B.电压表的示数为220 V
C.变压器原、副线圈的匝数比为11∶1
D.变压器的输入功率为110 W
答案 C
解析 由题图乙可知,ω==100π rad/s,故A错误;原线圈输入电压为220 V,电压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==,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.
7.(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 Ω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 ( )
9
图4
A.电流表的读数为0.5 A
B.流过电阻的交变电流的频率为100 Hz
C.交变电源的输出电压的最大值为20 V
D.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、副线圈中的电流与匝数的关系=可解得I1=0.125 A,A错误;理想变压器原、副线圈中的交变电流的频率相同,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U2m=10 V.原、副线圈电压比为=,可得交变电源输出电压的最大值为U1m=20 V,C正确;对于理想变压器,交变电源的输出功率等于变压器副线圈负载消耗的功率,P=2× W=2.5 W,故D正确.
8.一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5.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 Ω的电阻.则( )
图5
A.流过电阻的电流是20 A
B.与电阻并联的理想电压表的示数是100 V
C.经过1 min电阻发出的热量是6×103 J
D.变压器的输入功率是1×103 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U1=220 V,则由=知U2=100 V,I2== A=10 A,故选项A、B错误;1 min内电阻产生的热量Q=IRt=102
9
×10×60 J=6×104 J,故选项C错误;P入=P出==1×103 W,故选项D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U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6
A.原、副线圈匝数比为9∶1 B.原、副线圈匝数比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1 D.此时a和b的电功率之比为1∶9
答案 AD
解析 设灯泡的额定电压为U0,两灯泡均能正常发光,所以原线圈两端电压为U1=9U0,副线圈两端电压为U2=U0,故=,==,A正确,B错误;根据公式=可得,=,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的电功率之比为1∶9,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u1=311sin (100πt) V.霓虹灯正常工作时的电阻R=440 kΩ,I1、I2表示原、副线圈中的电流.下列判断正确的是 ( )
图7
A.副线圈两端电压为6 220 V,副线圈中的电流为14.1 mA
B.副线圈两端电压为4 400 V,副线圈中的电流为10 mA
C.I1<I2
D.I1>I2
答案 BD
解析 原线圈电压的有效值U1== V≈220 V,由变压比=知,U2==4 400 V,副线圈中的电流I2== A=0.01 A=10 mA,原、副线圈电流跟匝数成反比,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
9
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1 900匝;原线圈为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 ( )
9
图8
A.380 V和5.3 A B.380 V和9.1 A
C.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U2=380 V,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I1= A≈9.1 A,选项B正确,选项A、C、D错误.
12.如图9所示,在铁心上、下分别绕有匝数n1=800匝和n2=200匝的两个线圈,上线圈两端与u=51sin (314t) 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9
A.2.0 V
B.9.0 V
C.12.7 V
D.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U2=× V≈9.0 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于9.0 V,故只有选项A正确.
13.钳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( )
9
图10
A.这种电流表能测直流电流,图c的读数为2.4 A
B.这种电流表能测交变电流,图c的读数为0.4 A
C.这种电流表能测交变电流,图c的读数为3.6 A
D.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C正确.
二、非选择题
14.如图11所示,匝数n=100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Φ=sin (100πt) Wb.已知线圈的电阻r=4 Ω,R1=46 Ω,R2=10 Ω,其余导线的电阻不计.变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=4∶1.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 W
解析 (1)Em=nBSω=nΦmω,
解得Em=200 V.
(2)q=Δt,=,=n,解得q= C.
9
(3)线圈产生电动势的有效值E=,E=U1+I1r,U2=I2R2,=,
I1n1=I2n2,P=IR2,
联立解得P≈238 W.
9
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