人教版(新教材)高中物理選擇性必修2課時作業(yè)9：專題拓展課四 理想變壓器的綜合問題

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1專題拓展課四理想變壓器的綜合問題(限時30分鐘)1．如圖所示，用一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入端的電壓不變，開始時開關(guān)S是斷開的?，F(xiàn)將開關(guān)S閉合，則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是()A．V1、V2的示數(shù)不變，A1的示數(shù)增大，A2的示數(shù)減小，P入增大B．V1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)增大，P入增大C．V1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)減小，P入減小D．V1的示數(shù)不變，V2的示數(shù)增大，A1的示數(shù)減小，A2的示數(shù)增大，P入減小〖答案〗B〖解析〗因輸入電壓不變，所以電壓表V1的示數(shù)不變，據(jù)公式U2＝eq\f(n2U1,n1)，可知U2也不變，即電壓表V2的示數(shù)不變；又據(jù)I2＝eq\f(U2,R負(fù))知，S閉合后，R負(fù)減小，故I2增大，電流表A2的示數(shù)增大，輸入電流I1＝eq\f(n2,n1)I2隨輸出電流I2的增大而增大，故電流表A1的示數(shù)增大；因P出＝U2I2，故P出增大，P入隨P出變化，故P入也增大?？梢娺x項B正確。2．如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1∶n2＝5∶1，電阻R＝20Ω，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦交流電源，輸入電壓u隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示?，F(xiàn)將S1接1，S2閉合，此時L2正常發(fā)光。下列說法正確的是()A．輸入電壓u的表達(dá)式為u＝20eq\r(2)sin(50πt)VB．只斷開S2后，L1、L2均正常發(fā)光C．只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大D．若S1換接到2后，電阻R消耗的電功率為0.8W〖答案〗D〖解析〗由題圖乙可知交變電壓的最大值Um＝20eq\r(2)V，周期T＝0.02s，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，所以u＝20eq\r(2)·sin(100πt)V，選項A錯誤；原來L2正常發(fā)光，只斷開S2后，兩燈泡串聯(lián)，總電阻增大，電流減小，輸入功率也減小，L1、L2均不能正常發(fā)光，選項B、C錯誤；由變壓器的電壓關(guān)系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得副線圈電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝4V，S1換接到2后，電阻R消耗的功率P＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R)＝eq\f(42,20)W＝0.8W，選項D正確。3．(多選)國家電網(wǎng)公司推進(jìn)智能電網(wǎng)推廣項目建設(shè)，擬新建智能變電站1400座。變電站起變換電壓作用的設(shè)備是變壓器。如圖所示，理想變壓器原線圈輸入交流電壓u＝220eq\r(2)sin(100πt)V，電壓表、電流表都為理想電表。則下列判斷正確的是()A．輸入電壓有效值為220V，電流頻率為50HzB．S接到a處，當(dāng)滑動變阻器的滑片向下滑動時，兩電壓表示數(shù)都增大C．S接到a處，當(dāng)滑動變阻器的滑片向下滑動時，兩電流表的示數(shù)都減小D．若滑動變阻器的滑片不動，S由a處改接到b處，電壓表V2和電流表A1的示數(shù)都減小〖答案〗AD〖解析〗輸入電壓有效值為U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，由瞬時值表達(dá)式可知，角速度為ω＝100πrad/s，電流頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，故A正確；S接到a處，當(dāng)滑動變阻器的滑片向下滑動時，副線圈電路的總電阻減小，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2不變，即電壓表V2的示數(shù)不變，所以電流表A2的示數(shù)變大，電流表A1的示數(shù)也變大，故B、C錯誤；若滑動變阻器的滑片不動，S由a處改接到b處，副線圈匝數(shù)減小，輸入電壓不變，輸出電壓減小，即電壓表V2的示數(shù)減小，根據(jù)P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R總)知輸出功率減小，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，可知P1＝U1I1減小，U1不變，則I1減小，即電流表A1的示數(shù)減小，故D正確。4.發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流，利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，則()A．R消耗的功率變?yōu)閑q\f(1,2)P B．電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閑q\f(1,2)UC．電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I D．通過R的交變電流頻率不變〖答案〗B〖解析〗交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值Em＝NBSω，且ω＝2πn，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)速減半后，感應(yīng)電動勢最大值減半，有效值減半，又理想變壓器原、副線圈電壓有效值之比等于原、副線圈匝數(shù)比，故電壓表示數(shù)減為原來的一半，B項正確；由電功率P＝eq\f(U2,R)可知，變壓器輸出功率即R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，A項錯誤；由P＝UI可知，原線圈中電流減為原來的一半，C項錯誤；交流電的頻率與發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速相等，故通過R的交變電流的頻率變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，D項錯誤。5．一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，為理想交流電流表，U為正弦交流輸入電壓，且有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()A．2 B．3C．4 D．5〖答案〗B〖解析〗設(shè)原、副線圈匝數(shù)比為n，根據(jù)能量守恒定律知，當(dāng)S斷開時，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；當(dāng)S閉合時，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，聯(lián)立解得n＝3，所以選項B正確。6．如圖甲所示，一自耦變壓器的原線圈與有效值不變的正弦交流電源相連接，副線圈中通過輸電線接有3只燈泡L1、L2和L3，輸電線等效電阻為R；如圖乙所示，一總阻值為R的滑動變阻器與有效值不變的正弦交流電源相連接，通過輸電線接有3只燈泡L4、L5和L6，輸電線等效電阻為R，A1、A2均可視為理想電表。下列分析判斷正確的是()A．當(dāng)滑動觸頭P1向上移動一段后，燈泡L1、L2和L3都變亮B．當(dāng)滑動觸頭P2向下移動一段后，燈泡L4、L5和L6都變亮C．當(dāng)滑動觸頭P1向下移動一段后，原線圈中電流表A1的示數(shù)增大D．當(dāng)滑動觸頭P2向下移動一段后，電流表A2的示數(shù)減小〖答案〗C〖解析〗此自耦變壓器為升壓變壓器，滑動觸頭P1向下移動，輸入電壓不變，輸出電壓增加，等效電阻R、燈泡L1、L2和L3消耗的功率都變大，原線圈中電流表A1示數(shù)變大，所以C正確，A錯誤；當(dāng)滑動觸頭P2向下移動一段后，電路中的總電阻減小，總電流增大，電流表A2的示數(shù)增大，通過燈泡L4、L5和L6所在支路電流減小，所以燈泡L4、L5和L6變暗，所以B、D錯誤。7．(多選)(2020·全國卷Ⅲ，20)在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各電表均為理想電表。已知電阻R2中電流i2隨時間t變化的正弦曲線如圖(b)所示。下列說法正確的是()A．所用交流電的頻率為50HzB．電壓表的示數(shù)為100VC．電流表的示數(shù)為1.0AD．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0W〖答案〗AD〖解析〗由圖(b)可知通過R2的交流電的周期為2×10－2s，變壓器不會使交流電的周期改變，所以所用交流電的頻率為50Hz，選項A正確；由圖(b)可知通過R2的電流的有效值為1A，由串并聯(lián)特點可知通過R3的電流(即通過電流表的電流)為0.5A，故副線圈的電流為I2＝1.5A，由歐姆定律可得副線圈兩端的電壓U2＝1×10V＝10V，由變壓器原、副線圈兩端電壓比與原、副線圈匝數(shù)比的關(guān)系可得，原線圈兩端的電壓U1＝eq\f(U2,n2)n1＝100V，再根據(jù)原線圈電路的串聯(lián)關(guān)系可得R1兩端的電壓為UV＝220V－100V＝120V，選項B、C均錯誤；根據(jù)變壓器原理可得變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿镻＝U2I2＝10×1.5W＝15.0W，選項D正確。8．有一理想變壓器，副線圈所接電路如圖所示，燈L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡。當(dāng)S斷開時，燈L1正常發(fā)光。S閉合后，下列說法正確的是()A．燈L1、L2都能正常發(fā)光 B．原線圈的輸入功率減小C．原、副線圈的電流比增大 D．電阻R消耗的功率增大〖答案〗D〖解析〗斷開S時，L1正常發(fā)光，當(dāng)閉合S后，總電阻減小，回路中總電流增大，R兩端電壓變大，燈泡兩端電壓減小，兩燈不能正常發(fā)光，選項A錯誤；由P入＝P出＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R總)，且R總減小，U2不變，則P入變大，選項B錯誤；由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知，因線圈匝數(shù)比不變，則原、副線圈的電流比不變，選項C錯誤；電阻R的功率P＝Ieq\o\al(2,2)R，因I2變大，R不變，則P變大，選項D正確。9．(多選)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為20∶1，圖中電表均為理想電表，R為光敏電阻(其阻值隨光照強(qiáng)度增大而減小)，L1和L2是兩個完全相同的燈泡。原線圈接入如圖所示的正弦交流電壓U，下列說法正確的是()A．若L1的燈絲燒斷后，電壓表的示數(shù)會變小B．電壓表的示數(shù)為11VC．當(dāng)照射R的光強(qiáng)增大時，電流表的示數(shù)變大D．交流電壓的頻率為50Hz〖答案〗BCD〖解析〗當(dāng)L1的燈絲燒斷后，變壓器的輸入電壓不變，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，輸出電壓也不變，故電壓表讀數(shù)不變，故A錯誤；原線圈接入電壓的最大值是220eq\r(2)V，所以原線圈接入電壓