2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 課時(shí)分層作業(yè) 三十二 11.2 變壓器 電能的輸送【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)題組】一、選擇題(本題共9小題,每小題7分,共63分。15題為單選題,69題為多選題)1.(xx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=220 sin(100t) V,R為負(fù)載電阻,電壓表、電流表均為理想電表,則下列說(shuō)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(xiàng)錯(cuò)誤;原線圈的電壓U1=220 V,=,則U2=44 V,故B項(xiàng)正確;原、副線圈的電流比等于匝數(shù)之反比,因?yàn)閚1>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(xiàng)錯(cuò)誤;變壓器的輸入功率等于輸出功率,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(xx榆林模擬)如圖所示,理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是101,電壓表和電流表均為理想電表,一只理想二極管和一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接在副線圈上。從某時(shí)刻開(kāi)始在原線圈接入電壓有效值為220 V的正弦交流電,并將開(kāi)關(guān)接在1處,則下列判斷正確的是()A.電壓表的示數(shù)為22 VB.若滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為10 ,則1 min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量為1 452 JC.若只將S從1撥到2,變壓器的輸入功率減小D.若只將滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng),則兩電表示數(shù)均減小【解析】選B。變壓器輸入電壓和輸出電壓之比為匝數(shù)之比,故輸出端電壓為 V=22 V,但由于二極管具有單向?qū)щ娦?從而使通過(guò)二極管的電壓有效值減小,由有效值的定義得=T,得R兩端電壓的有效值U有效=11 V,故電壓表示數(shù)一定小于22 V,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;接入電阻為10 ,則根據(jù)W=t可得,產(chǎn)生的熱量Q=60 J=1 452 J,故B項(xiàng)正確;若只將S從1撥到2,則輸入端線圈匝數(shù)減小,匝數(shù)比減小,則輸出電壓增大,輸出功率增大,故變壓器的輸入功率將增大,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;若只將滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng),接入電阻增大,則輸出端電流減小,但電壓表示數(shù)不變,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.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(kāi)關(guān)。原線圈接正弦交變電源,輸入電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示?，F(xiàn)將S1接1、S2閉合,此時(shí)L2正常發(fā)光。下列說(shuō)法正確的是 ()A.輸入電壓u的表達(dá)式u=20sin(50t) VB.只斷開(kāi)S2后,L1、L2均正常發(fā)光C.只斷開(kāi)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(dá)式應(yīng)為u=20sin (100t)V,A項(xiàng)錯(cuò)誤;只斷開(kāi)S2后,負(fù)載電阻變大為原來(lái)的2倍,電壓不變,副線圈電流變小為原來(lái)的一半,L1、L2的功率均變?yōu)轭~定功率的四分之一,B項(xiàng)錯(cuò)誤;只斷開(kāi)S2后,原線圈的輸入功率等于副線圈的功率,都減小,C項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)正確?！炯庸逃?xùn)練】(xx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(guò)輸電線送給用戶(電燈等用電器),R表示輸電線的電阻。()A.用電器增加時(shí),變壓器輸出電壓增大B.用電器增加時(shí),變壓器的輸入功率增加C.用電器增加時(shí),輸電線的熱損耗減少D.要提高用戶的電壓,滑動(dòng)觸頭P應(yīng)向下滑【解析】選B。用電器增加,表示負(fù)載值減小,輸出功率會(huì)變大,但變壓器輸出電壓不變,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;用電器增加時(shí),輸出功率要增加,又P入=P出,故輸入功率也要增加,B項(xiàng)正確;用電器增加時(shí),變壓器的輸出功率增加,輸出電壓不變,由P出=UI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(xiàng)錯(cuò)誤;要提高用戶的電壓,根據(jù)=應(yīng)使副線圈匝數(shù)增加,滑動(dòng)觸頭P應(yīng)向上滑,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.鉗形電流測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)圖如圖所示,其鐵芯在捏緊扳手時(shí)會(huì)張開(kāi),可以在不切斷被測(cè)載流導(dǎo)線的情況下,通過(guò)內(nèi)置線圈中的電流值I和匝數(shù)n獲知載流導(dǎo)線中的電流大小I0,則關(guān)于該鉗形電流測(cè)量?jī)x的說(shuō)法正確的是()A.該測(cè)量?jī)x可測(cè)量直流電的電流B.載流導(dǎo)線中電流大小I0=C.若鉗形部分鐵芯沒(méi)有完全閉合,測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流D.若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝,鉗形電流測(cè)量?jī)x的示數(shù)將變小【解析】選C。鉗形電流測(cè)量?jī)x實(shí)質(zhì)上是一個(gè)升壓變壓器,只能測(cè)量交流電的電流,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)=得載流導(dǎo)線中電流大小I0=nI,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;若鉗形部分鐵芯沒(méi)有完全閉合,載流導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)減弱,磁通量變化率減小,在內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小,感應(yīng)電流減小,則測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流,故C項(xiàng)正確;根據(jù)n1I1=n2I2,知若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝,即n1變大,I1、n2不變,則鉗形電流測(cè)量?jī)x的示數(shù)I2將變大,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.某小型水電站的電能輸送示意圖如圖甲所示,發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒定,通過(guò)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(fù)載電阻。若將變壓器視為理想變壓器,則下列說(shuō)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(dāng)R0增大時(shí),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(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)R0增大時(shí),由于發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒定,則升壓變壓器T1的輸出電壓不變,故C項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤。6.(xx南昌模擬)如圖所示,理想變壓器原線圈接有交流電源,當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時(shí),燈泡L能發(fā)光。要使燈泡變亮,可以采取的方法有()A.向下滑動(dòng)PB.增大交流電源的電壓C.增大交流電源的頻率D.減小電容器C的電容【解析】選B、C。向下滑動(dòng)P,副線圈匝數(shù)減少,電壓減小,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;增大交流電源的電壓,副線圈兩端電壓也增大,故B項(xiàng)正確;增大交流電源的頻率,減小了容抗,通過(guò)電容器的電流增大,故C項(xiàng)正確;減小電容器的電容,增大了容抗,通過(guò)燈泡的電流減小,燈泡變暗,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.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(guò)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(guò)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(xiàng)正確;由圖乙可知通過(guò)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(xiàng)錯(cuò)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(diǎn)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(xiàng)正確;因?yàn)殡娙萜饔型ń涣?、阻直流的作?則有電流通過(guò)R3和電容器,D項(xiàng)錯(cuò)誤。8.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(guò)電阻R1瞬時(shí)電流如圖乙所示,則此時(shí)()A.用電壓表測(cè)量交流電源電壓約為424 VB.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K后,通過(guò)電阻R1的瞬時(shí)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(guò)R1的電流有效值為I1=A= A,通過(guò)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(xiàng)正確;斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K后,通過(guò)電阻R1的電流為0,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;交流電源的功率P=UI1=180 W,故C項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】(xx雅安模擬)如圖所示電路中,變壓器為理想變壓器,電表均為理想電表,L1、L2、L3、L4為額定電壓均為2 V的相同燈泡。當(dāng)ab端接一正弦交流電時(shí),閉合電鍵S,四只燈泡均正常發(fā)光,則以下說(shuō)法正確的是()A.變壓器原、副線圈匝數(shù)比為31B.ab端所接正弦交流電電壓最大值為6 VC.只增大ab端所接正弦交流電的頻率,燈泡亮度均會(huì)變化D.斷開(kāi)電鍵S后,L1、L2仍能正常發(fā)光【解析】選A。閉合電鍵S,四只燈泡均正常發(fā)光,設(shè)每盞燈的電流為I,原、副線圈電流比為13,因?yàn)殡娏髋c匝數(shù)成反比,所以變壓器原、副線圈匝數(shù)比為31,故A項(xiàng)正確;四只燈泡均正常發(fā)光,副線圈兩端的電壓為2 V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知,原線圈電壓為6 V,燈泡L1分擔(dān)電壓為2 V,所以ab端所接正弦交流電電壓有效值為8 V,最大值為8 V,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;只增大ab端所接正弦交流電的頻率,根據(jù)Em=nBS=nBS2f可知,電動(dòng)勢(shì)最大值不變,匝數(shù)不變,原、副線圈電壓不變,所以燈泡亮度不會(huì)變化,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;斷開(kāi)電鍵S后,副線圈電壓不變,副線圈電阻增大,電流減小,原線圈電流減小,L1就不能正常發(fā)光,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。9.某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中研究遠(yuǎn)距離輸電。由于輸電線太長(zhǎng),他將每100米導(dǎo)線卷成一卷,共卷成8卷來(lái)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(xué)生電源及用電器相連,測(cè)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(cè)得輸電線上損失的功率為P2。下列說(shuō)法正確的是()A.前后兩次實(shí)驗(yàn)都可用于研究遠(yuǎn)距離直流輸電B.實(shí)驗(yàn)可以證明,減小輸電電流能減小遠(yuǎn)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(dǎo)】解析本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題,一定要明確整個(gè)過(guò)程中的功率、電壓關(guān)系。(2)注意導(dǎo)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(shí)驗(yàn)只能研究遠(yuǎn)距離交流輸電,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)可以證明,減小輸電電流能減小遠(yuǎn)距離輸電的能量損失,故B項(xiàng)正確;第一次實(shí)驗(yàn)輸電線上的電流I=,輸電線上損失的功率P1=I2R=R;第二次實(shí)驗(yàn),升壓變壓器副線圈上的電壓U2=U1,輸電線上的電流I=,輸電線上損失的功率P2=I2R=R,所以=,故C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(12分。需寫(xiě)出規(guī)范的解題步驟)10.一個(gè)小型水力發(fā)電站發(fā)電機(jī)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(yuǎn)處居民區(qū)供電。求:(1)若直接采用500 V電壓輸電,這時(shí)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(dá)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?！窘馕觥?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=103 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【加固訓(xùn)練】某村在距村莊較遠(yuǎn)的地方修建了一座小型水電站,發(fā)電機(jī)輸出功率為9 kW,輸出電壓為500 V,輸電線的總電阻為10 ,允許線路損耗的功率為輸出功率的4%。求:(1)村民和村辦小企業(yè)需要220 V電壓時(shí),所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各為多少?(不計(jì)變壓器的損耗)(2)若不用變壓器而由發(fā)電機(jī)直接輸送,村民和村辦小企業(yè)得到的電壓和功率是多少?【解析】(1)輸電電路圖如圖所示,由P=4%P輸出和P=R得I2=6 A則U送=1 500 V升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比=輸電線上電壓損失U=I2R=60 V故降壓變壓器輸入電壓U1=U送-U=1 440 V故降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比=。(2)若不用變壓器,則輸電電流I=18 AU=U0-IR=320 V,P=P輸出-I2R=5 760 W。答案:(1)137211(2)320 V5 760 W【能力拔高題組】1.(8分)(多選)如圖所示,R1、R2、R3為完全相同的標(biāo)準(zhǔn)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,根據(jù)P=,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(xiàng)錯(cuò)誤、B項(xiàng)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,有原線圈兩端電壓為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(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確。2.(17分)如圖為遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程的示意圖。已知某個(gè)小型發(fā)電機(jī)的輸出功率為90 kW,發(fā)電機(jī)的電壓為250 V,通過(guò)升壓變壓器升高電壓后向遠(yuǎn)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(guò)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(gè)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(dǎo)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(dǎo)線消耗的電壓為U損=I2r=205 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(dǎo)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