2020屆高考物理總復習 第十一章 交變電流 傳感器 核心素養(yǎng)提升練三十二 11.2 變壓器 電能的輸送（含解析）新人教版

變壓器電能的輸送(45分鐘100分)(20分鐘50分)一、選擇題(本題共5小題，每小題7分，共35分，14題為單選題，5題為多選題)1.(2019·珠海模擬)如圖所示，一理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1=1 100匝，副線圈的匝數(shù)n2=220匝，交流電源的電壓u=220sin(100 t)V，R為負載電阻，電壓表、電流表均為理想電表，則下列說法中正確的是()A.交流電的頻率為100 HzB.電壓表的示數(shù)為44 VC.電流表A1的示數(shù)大于電流表A2的示數(shù)D.變壓器的輸入功率大于輸出功率【解析】選B。交流電的周期T= s=0.02 s，f=50 Hz，故A項錯誤；原線圈的電壓U1=220 V，=，則U2=44 V，故B項正確；原、副線圈的電流比等于匝數(shù)反比，因為n1>n2，所以I1<I2，即電流表A1示數(shù)小于電流表A2示數(shù)，故C項錯誤；變壓器的輸入功率等于輸出功率，故D項錯誤。2.圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n2=51，電阻R=20 ，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦交變電源，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的表達式u=20sin(50t)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，R消耗的電功率為0.8 W【解析】選D。周期是0.02 s，=100，所以輸入電壓u的表達式應為u=20sin(100t)V，A項錯誤；只斷開S2后，負載電阻變大為原來的2倍，電壓不變，副線圈電流變小為原來的一半，L1、L2的功率均變?yōu)轭~定功率的，B項錯誤；只斷開S2后，原線圈的輸入功率等于副線圈的功率，都減小，C項錯誤；若S1換接到2后，電阻R電壓有效值為4 V，R消耗的電功率為=0.8 W，D項正確?！炯庸逃柧殹?2018·昭通模擬)如圖，變壓器輸入有效值恒定的電壓，副線圈匝數(shù)可調(diào)，輸出電壓通過輸電線輸送給用戶(電燈等用電器)，R表示輸電線的電阻。()A.用電器增加時，變壓器輸出電壓增大B.用電器增加時，變壓器的輸入功率增加C.用電器增加時，輸電線的熱損耗減少D.要提高用戶的電壓，滑動觸頭P應向下滑【解析】選B。用電器增加，表示負載值減小，輸出功率會變大，但變壓器輸出電壓不變，故A項錯誤；用電器增加時，輸出功率要增加，又P入=P出，故輸入功率也要增加，B項正確；用電器增加時，變壓器的輸出功率增加，輸出電壓不變，由P出=UI知輸電電流I變大，根據(jù)P熱=I2R知輸電線的熱損耗增加，故C項錯誤；要提高用戶的電壓，根據(jù)=應使副線圈匝數(shù)增加，滑動觸頭P應向上滑，故D項錯誤。3.鉗形電流測量儀的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，其鐵芯在捏緊扳手時會張開，可以在不切斷被測載流導線的情況下，通過內(nèi)置線圈中的電流值I和匝數(shù)n獲知載流導線中的電流大小I0，則關(guān)于該鉗形電流測量儀的說法正確的是()A.該測量儀可測量直流電的電流B.載流導線中電流大小I0=C.若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合，測量出的電流將小于實際電流D.若將載流導線在鐵芯上多繞幾匝，鉗形電流測量儀的示數(shù)將變小【解析】選C。鉗形電流測量儀實質(zhì)上是一個升壓變壓器，只能測量交流電的電流，故A項錯誤；根據(jù)=得載流導線中電流大小I0=nI，故B項錯誤；若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合，載流導線中電流產(chǎn)生的磁場減弱，磁通量變化率減小，在內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應電動勢減小，感應電流減小，則測量出的電流將小于實際電流，故C項正確；根據(jù)n1I1=n2I2，知若將載流導線在鐵芯上多繞幾匝，即n1變大，I1、n2不變，則鉗形電流測量儀的示數(shù)I2將變大，故D項錯誤。4.某小型水電站的電能輸送示意圖如圖甲所示，發(fā)電機輸出的電壓恒定，通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電，已知輸電線的總電阻為R，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為41，它的副線圈兩端的交變電壓如圖乙所示，R0為負載電阻。若將變壓器視為理想變壓器，則下列說法中正確的是()A.降壓變壓器T2原線圈的輸入電壓為55 VB.降壓變壓器T2的輸入功率與輸出功率之比為41C.當R0增大時，升壓變壓器T1的輸出電壓不變D.升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓【解析】選C。降壓變壓器的輸出電壓U4= V=220 V，根據(jù)=得，降壓變壓器T2原線圈的輸入電壓U3=880 V，故A項錯誤；變壓器是理想變壓器，變壓器的輸入功率和輸出功率相等，故B項錯誤；當R0增大時，由于發(fā)電機輸出的電壓恒定，則升壓變壓器T1的輸出電壓不變，故C項正確；升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓和輸電線上的電壓損失之和，故D項錯誤。5.如圖所示，某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線圈兩端電壓為一峰值不變的正弦交變電壓，副線圈接一可變電阻R。在其他條件不變的情況下，為使變壓器輸入功率增大，下列措施正確的是()A.僅增加原線圈匝數(shù)n1B.僅增加副線圈匝數(shù)n2C.僅減小電阻R的阻值D.僅增大電阻R的阻值【解析】選B、C。為使變壓器輸入功率增大，需增大輸出功率，由P=知僅減小電阻R的阻值或僅增加副線圈匝數(shù)n2，都可以增大輸出功率，B、C正確；僅增加原線圈匝數(shù)n1或僅增大電阻R的阻值時，輸出功率減小，A、D錯誤。二、計算題(本題共15分，需寫出規(guī)范的解題步驟)6.一個小型水力發(fā)電站發(fā)電機輸出交流電壓為500 V，輸出電功率為50 kW，用總電阻為3.0 的輸電線向遠處居民區(qū)供電。求：(1)若直接采用500 V電壓輸電，這時居民獲得的電功率P1。(2)若采用高壓輸電，先將電壓升至5 000 V，到達用戶端再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供居民使用，不考慮變壓器的能量損失，求降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2。【解析】(1)輸電線上的電流為I= A=100 A輸電線路損耗的功率為Pr=I2r=30 kW居民獲得的總功率為P1=P-Pr=20 kW。(2)高壓輸電后，輸電線上的電流為I= A=10 A輸電線路損耗的電壓為U損=Ir=10×3 V=30 V降壓變壓器原線圈的電壓為U2=U-U損=5 000 V-30 V=4 970 V降壓變壓器的降壓比為=。答案：(1)20 kW(2)49722(25分鐘50分)7.(7分)理想變壓器原線圈接如圖甲所示的正弦交變電壓，變壓器原線圈匝數(shù)n1=270匝，P是副線圈上的滑動觸頭，當P處于圖乙所示位置時，副線圈連入電路的匝數(shù)n2=135匝，電容器C恰好不被擊穿，燈泡L恰能正常發(fā)光，R是滑動變阻器。以下判斷正確的是()A.若向下移動P，電容器的電荷量增加B.若保持P不動，向下移動R的滑片，燈泡變暗C.若保持R的滑片不動，向下移動P，燈泡變亮D.電容器的擊穿電壓為11 V【解析】選D。當P位于題圖乙所示位置時，副線圈電壓的有效值為11 V，電容器C恰好不被擊穿，若向下移動P，電容器C兩端的電壓減小，由Q=CU可知，電容器所帶電荷量減小，選項A錯誤；若保持P不動，向下移動R的滑片，R接入電路的電阻減小，流過燈泡的電流變大，燈泡變亮，選項B錯誤；若保持R的滑片不動，向下移動P，則副線圈的電壓變小，燈泡變暗，選項C錯誤；電容器的擊穿電壓是指最大值，根據(jù)變壓器原、副線圈電壓關(guān)系得=，得Umax2=11 V，選項D正確。8.(7分)(多選)如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，R1=20 ，R2=30 ，C為電容器。已知通過R1的正弦交流電如圖乙所示，則()A.交流電的頻率為50 HzB.原線圈輸入電壓的最大值為200 VC.電阻R2的電功率約為6.67 WD.通過R3的電流始終為零【解析】選A、C。根據(jù)變壓器原理可知原、副線圈中電流的周期、頻率相同，周期為0.02 s、頻率為50 Hz，A項正確；由圖乙可知通過R1的電流最大值為Im=1 A，根據(jù)歐姆定律可知其最大電壓為Um=20 V，再根據(jù)原、副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知原線圈輸入電壓的最大值為200 V，B項錯誤；根據(jù)正弦交流電的峰值和有效值關(guān)系、并聯(lián)電路特點可知電阻R2的電流有效值為I= A= A，電阻R2的電功率為P=I2R2=×30 W6.67 W，C項正確；因為電容器有通交流、阻直流的作用，則有電流通過R3和電容器，D項錯誤。9.(7分)(多選)如圖甲所示為一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2=31，且分別接有阻值相同的電阻R1和R2，R1=R2=100 ，通過電阻R1的瞬時電流如圖乙所示，則此時()A.用電壓表測量交流電源電壓約為424 VB.斷開開關(guān)K后，通過電阻R1的瞬時電流還是如圖乙所示C.交流電源的功率為180 WD.R1和R2消耗的功率之比為13【解析】選A、C。由=，=得，通過R1的電流有效值為I1= A= A，通過R2的電流的有效值I2= A，副線圈兩端的電壓U2=I2R2=×100 V=90 V，原線圈兩端電壓U1=270 V，而U=U1+I1R1=300 V424 V，故A項正確；斷開開關(guān)K后，通過電阻R1的電流為0，故B項錯誤；交流電源的功率P=UI1=180 W，故C項正確；R1消耗的功率P1=R1=18 W，R2消耗的功率P2=R2=162 W，=，故D項錯誤。10.(7分)(多選)某同學在實驗室中研究遠距離輸電。由于輸電線太長，他將每100米導線卷成一卷，共卷成8卷來代替輸電線路(忽略輸電線路的自感作用)。第一次直接將輸電線與學生電源及用電器相連，測得輸電線上損失的功率為P1。第二次采用如圖所示的電路輸電，其中理想變壓器T1與電源相連，其原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2，理想變壓器T2與用電器相連，測得輸電線上損失的功率為P2。下列說法正確的是()A.前后兩次實驗都可用于研究遠距離直流輸電B.實驗可以證明，減小輸電電流能減小遠距離輸電的能量損失C.若輸送功率一定，則P2P1=D.若輸送功率一定，則P2P1=n1n2【解題指導】解析本題應注意以下兩點：(1)對于遠距離輸電問題，一定要明確整個過程中的功率、電壓關(guān)系。(2)注意導線上損失的電壓和功率與哪些因素有關(guān)。【解析】選B、C。變壓器只能改變交變電流的電壓，所以第二次實驗只能研究遠距離交流輸電，故A項錯誤；實驗可以證明，減小輸電電流能減小遠距離輸電的能量損失，故B項正確；第一次實驗輸電線上的電流I=，輸電線上損失的功率P1=I2R=R；第二次實驗，升壓變壓器副線圈上的電壓U2=U1，輸電線上損失的功率P2=I2R=R，所以=，故C項正確，D項錯誤。11.(7分)(多選)如圖所示，R1、R2、R3為完全相同的標準電阻。甲、乙兩種情況下電阻R2、R3的功率均為P，且匝數(shù)比n1n2均為41，則()A.圖甲中R1的功率為B.圖甲中R1的功率為16PC.圖乙中R1的功率為16PD.圖乙中R1的功率為【解析】選B、D。設(shè)R2兩端電壓為U，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，得線圈n1兩端的電壓為4U，R1兩端的電壓是R2兩端電壓的4倍，R2的功率為P=，R1的功率為P1=16P，故A項錯誤，B項正確；R2、R3是完全相同的電阻，功率均為P，由P=I2R知，副線圈電流為I，副線圈電壓均為U，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，得原線圈兩端電壓為4U，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，有4UI1=2P=2UI，解得I1=，R1的功率P1=R=I2R=P，故C項錯誤，D項正確。12.(15分)如圖為遠距離輸電過程的示意圖。已知某個小型發(fā)電機的輸出功率為90 kW，發(fā)電機的電壓為250 V，通過升壓變壓器升高電壓后向遠處輸電，輸電線總電阻為5 ，在用戶端用一降壓變壓器把電壓降為220 V，要求在輸電線上損失的功率控制為2 kW(即用戶得到的功率為88 kW)，求：(1)降壓變壓器輸出的電流和輸電線上通過的電流。(2)輸電線上損失的電壓和升壓變壓器輸出的電壓。(3)兩個變壓器各自的匝數(shù)比?！窘馕觥?1)由于用戶獲得的電壓與降壓變壓器輸出電壓相同，根據(jù)功率的相關(guān)公式可知降壓變壓器輸出電流為I4= A=400 A根據(jù)輸電導線消耗的功率P損的相關(guān)公式可知：I2= A=20 A。(2)由歐姆定律可知輸電導線消耗的電壓為U損=I2r=20×5 V=100 V，根據(jù)升壓變壓器功率守恒可得升壓變壓器輸出電壓U2，即U2= V=4 500 V。(3)由輸電導線上兩端電壓的關(guān)系可知降壓變壓器原線圈兩端的電壓為U3=U2-U損=4 500 V-100 V=4 400 V，根據(jù)理想變壓器原、副線圈與匝數(shù)的關(guān)系可知=，=。答案：(1)400 A20 A(2)100 V4 500 V(3)118201 - 11 -