高中物理-变压器及其电路的动态分析练习

高中物理-变压器及其电路的动态分析练习
1．心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联，如图1所示．心电图仪与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接．在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，将可变电阻R的阻值调大的过程中()
图1
A．通过原线圈的电流不变，通过副线圈的电流不变
B．通过原线圈的电流不变，通过副线圈的电流变小
C．通过原线圈的电流变小，通过副线圈的电流变小
D．通过原线圈的电流变大，通过副线圈的电流变大
2．如图2所示，在A、B间接入正弦交流电U1＝220V，通过理想变压器和二极管D1、D2给阻值R＝20Ω的纯电阻负载供电，已知D1、D2为相同的理想二极管，正向电阻为0，反向电阻无穷大，变压器原线圈n1＝110匝，副线圈n2＝20匝，Q为副线圈正中央抽头，为保证安全，二极管的反向耐压值至少为U0，设电阻R 上消耗的热功率为P，则()
图2
A．U0＝402V，P＝80W
B．U0＝40V，P＝80W
C．U0＝402V，P＝20W
D．U0＝40V，P＝20W
3．如图3甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，R1＝R2＝20Ω，C为电容器．已知加在原线圈两端的正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图乙所示，则()
图3
A．交流电的频率为100Hz
B．副线圈中交流电压表的示数为202V
C．电阻R1消耗的电功率为20W
D．通过R2的电流始终为零
4．如图4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0.2A，电流表A2的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是()
图4
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
5．如图5甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入如图乙所示的电压，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()
图5
A ．图乙中电压的有效值为110V
B ．电压表的示数为44V
C ．R 处出现火警时，电流表示数减小
D ．R 处出现火警时，电阻R 0消耗的电功率增大
6．(多选)如图6所示电路，一理想变压器的原线圈a 、b 间接电压为u ＝2202sin100πt V 的交流电源，R 0为定值电阻，当滑动变阻器R 的滑片处在某位置时，灯泡L 刚好正常发光，则( )
图6
A ．流过灯泡L 的交变电流的频率跟变压器的原、副线圈匝数比无关，为100Hz
B ．将R 的滑片向上滑稍许，灯泡L 的亮度不变
C ．将R 的滑片向下滑稍许，变压器的输入功率变大
D ．将R 的滑片向下滑稍许，灯泡L 的亮度变暗
答案精析
变压器及其电路的动态分析
1．C 在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定．在交流电源的电压有效值U 0不变的情况下，输出电压U ′不变，此时可变电阻R 的阻值增大，则输出电流I ′减小．根据输入功率等于输出功率，输入电流I 变小，故A 、B 、D 错误，C 正确．
2．C [在A 、B 间接入正弦交流电U 1＝220V ，变压器原线圈n 1＝110匝，副线
圈n 2＝20匝，有：U 1U 2＝n 1n 2
，得有效值U 2＝40V ，而二极管的反向耐压值至少为U 0，它是最大值，所以U 0＝402V ，Q 为副线圈正中央抽头，则R 两端电压为
20V ，所以R 消耗的热功率为：P ＝U 2R ＝20220W ＝20W ．]
3．C [根据变压器原理可知原、副线圈中电流的周期、频率相同，周期为0.02s 、频率为50Hz ，故A 错误；由图乙可知原线圈最大电压为U m ＝2002V ，有效值为200V ，再根据原、副线圈的电压之比等于匝数之比可知副线圈电压为20V ，电表读数为有效值，故为20V ，故B 错误；根据正弦交流电的峰值和有效值关
系和并联电路特点可知电阻R 1的电功率P ＝U 22R 1
＝20220W ＝20W ，故C 正确；因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过R 2和电容器，即电流不为零，故D 错误．]
4．D [由于a 、b 接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表V 1示数不变，
A 错误；由理想变压器原理公式U 1U 2＝n 1n 2
且U 1、n 1、n 2不变，则U 2不变，即V 2的示数不变，V 3的示数U 3＝U 2－I 2R 0应减小，故B 错误；由公式I 1I 2＝n 2n 1得：n 1n 2
＝ΔI 2ΔI 1＝0.80.2＝4，则n 1＞n 2，该变压器起降压作用，故C 错误；又I 2＝U 2R 0＋R ，I 2增大，R 应减小，故滑片应沿c →d 方向滑动，故D 正确．]
5．D [设将此电压加在阻值为R 的电阻上，电压的最大值为U m ，电压的有效
值为U ，有(2U m 2)2R ·T 2＝U 2
R ·
T ，代入数据得图乙中电压的有效值为1102V ，故A 错误．变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈中的电压之比是5∶1，所以电压表的示数为222V ，故B 错误．R 处出现火警时，R 的阻值减小，副线圈电流增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈中电流增大，即电流表示数增大，故C 错误．R 处出现火警时通过R 0的电流增大，所以电阻R 0消耗的电功率增大，故D 正确．]
6．CD [流过灯泡的交变电流的频率与原、副线圈匝数比无关，其大小为f ＝ω2π
＝100π2πHz ＝50Hz ，故A 错误；匝数不变时，R 的滑片向上滑稍许时，R 接入电阻增大，总电阻增大，总电流减小，R 0两端的电压减小，则并联部分电压增大，则L 两端的电压增大，故L 的亮度增大，故B 错误；R 的滑片向下滑稍许时，接入电阻减小，总电流增大，输出功率增大，则输入功率也变大，故C 正确；
滑片向下滑稍许时，接入电阻减小，总电流增大，R0两端的电压增大，则灯泡两端电压减小，故亮度变暗，故D正确．]。