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2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 第2講 變壓器 電能的輸送 新人教版 1．如圖1所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，電池和交變電源的電動(dòng)勢(shì)都為6 V，內(nèi)阻均不計(jì)．下列說法正確的是 (　　)． 圖1 A．S與a接通的瞬間，R中無(wú)感應(yīng)電流 B．S與a接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為0 C．S與b接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為3 V D．S與b接通穩(wěn)定后，原、副線圈中電流的頻率之比為2∶1 解析　S與a接通的瞬間，副線圈有瞬間的感應(yīng)電流，A錯(cuò)誤；S與a接通穩(wěn)定后，理想變壓器的原線圈電流穩(wěn)定不變，副線圈電壓為零，B正確；S與b接通穩(wěn)定后，根據(jù)U1∶U2＝n1∶n2，可得R兩端的電壓為3 V，C正確；原、副線圈的頻率相同，D錯(cuò)誤． 答案　BC 2．如圖2所示為一種變壓器的實(shí)物圖，根據(jù)其銘牌上所提供的信息，以下判斷正確的是(　　)． 圖2 A．這是一個(gè)升壓變壓器 B．原線圈的匝數(shù)比副線圈的匝數(shù)多 C．當(dāng)原線圈輸入交流電壓220 V時(shí)，副線圈輸出直流電壓12 V D．當(dāng)原線圈輸入交流電壓220 V、副線圈接負(fù)載時(shí)，副線圈中電流比原線圈中電流小 解析　根據(jù)銘牌上所提供的信息可知：變壓器的輸入電壓為220 V，輸出電壓為12 V，該變壓器為降壓變壓器，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，故變壓器的原、副線圈上的電壓都為交流電壓，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由理想變壓器的輸出功率等于輸入功率，且原線圈的電壓大于副線圈的電壓，故副線圈接負(fù)載時(shí)，副線圈中電流比原線圈中電流大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案　B 3．圖甲是某燃?xì)鉅t點(diǎn)火裝置的原理圖．轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交變電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，○V為交流電壓表．當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時(shí)值大于5 000 V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進(jìn)而點(diǎn)燃?xì)怏w．以下判斷正確的是(　　) 圖3 A．電壓表的示數(shù)等于5 V B．電壓表的示數(shù)等于 V C．實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的條件是>1 000 D．實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的條件是<1 000 解析 交流電壓表測(cè)的是交流電的有效值，對(duì)正弦交流電，其電壓有效值 U＝，所以B正確、A錯(cuò)誤；根據(jù)題意，副線圈電壓峰值大于5 000 V時(shí)就可以點(diǎn)燃?xì)怏w，對(duì)理想變壓器＝>＝1 000，C正確、D錯(cuò)誤． 答案 BC 4．如圖4所示，有一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R.T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4.設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時(shí)，有(　　)． 圖4 A．U2減小，U4變大 B．U2不變，U3變小 C．P1變小，P2變小 D．P2變大，P3變大 解析　當(dāng)用戶消耗的電功率增大時(shí)，升壓變壓器的輸入功率必增大，即P1增大，輸入電壓U1為定值不變，升壓變壓器的匝數(shù)不變，故輸出電壓U2不變，由于P1增大，由P1＝U1I1＝P2＝U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由閉合電路歐姆定律得：U3＝U2－I2R，故U3減小，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，所以隨U3減小，U4減小，A錯(cuò)誤，B正確；由于用戶消耗的電功率增加，即P4增加，理想變壓器無(wú)功率損耗可得：P3＝P4，功率P3也增加，故C錯(cuò)誤，D正確． 答案　BD 5．一個(gè)不計(jì)電阻的矩形線圈繞在其平面內(nèi)并且垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖象如圖5所示，并且接在原、副線圈匝數(shù)比為＝的理想變壓器原線圈兩端，則(　　)． 圖5 A．變壓器副線圈兩端的電壓為U2＝108 V B．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝36sin 10πt V C．t＝0.2 s時(shí)穿過線圈平面的磁通量變化率最大 D．t＝0.1 s時(shí)穿過線圈平面的磁通量最大 解析　由題圖象可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝36 V，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E＝＝36 V，根據(jù)＝可計(jì)算得U2＝108 V，A對(duì)；由圖象可知周期T＝0.4 s，ω＝＝5 π，B錯(cuò)；由圖象可知t＝0.1 s時(shí)線圈平面和磁場(chǎng)方向平行，穿過線圈平面的磁通量最小為零，D錯(cuò)；t＝0.2 s時(shí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，穿過線圈平面的磁通量變化率最小，C錯(cuò)． 答案　A 6．圖6甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1∶n2＝5∶1，電阻R＝20 Ω， 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(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示．現(xiàn)將S1接1、S2閉合，此時(shí)L2正常發(fā)光．下列說法正確的是(　　) 圖6 A．輸入電壓u的表達(dá)式u＝20sin (50πt) V B．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 由圖象可知Um＝20 V，T＝0.02 s，故ω＝＝100π rad/s，即輸入電壓u的表達(dá)式u＝20sin (100πt)V，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤．?dāng)嚅_S2后兩燈泡串聯(lián)，總電壓仍為4 V，所以L1、L2均不能正常發(fā)光，B項(xiàng)錯(cuò)誤．根據(jù)P入＝P出＝可知斷開S2后R增大，P入變小，C項(xiàng)錯(cuò)誤．若S1接2，由P＝可得P＝ W＝0.8 W，故答案為D. 答案 D 7．如圖7所示，圖(a)中的變壓器是一理想變壓器，其輸出端輸出電壓信號(hào)如圖(b)所示(圖線為正弦曲線)，電路中電阻R＝55 Ω，圖中交流電流表、交流電壓表為理想電表，其中電流表A1與電流表A2的讀數(shù)之比為1∶4，下列說法中正確的是 (　　)． 圖7 A．電壓表V1的示數(shù)為880 V B．電壓表V2的示數(shù)為220 V C．原線圈輸入功率為220 W D．原線圈中交變電壓的頻率為100 Hz 解析　由題圖(b)可知交流電的有效值為220 V，電壓表V2測(cè)副線圈兩端電壓，故示數(shù)為220 V，B錯(cuò)；交流電的周期為0.02 s，頻率為50 Hz，D錯(cuò)；根據(jù)U1I1＝U2I2得：U1＝880 V，A對(duì)；副線圈的輸出功率為＝880 W，等于原線圈的輸入功率，故C錯(cuò)． 答案　A 8．如圖8所示，T為理想變壓器，A1、A2為理想交流電流表，V1、V2為理想交流電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為光敏電阻(光照增強(qiáng)，電阻減小)，原線圈兩端接恒壓正弦交流電源，當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí)(　　)． 圖8 A．電壓表V1示數(shù)變小 B．電壓表V2示數(shù)變大 C．電流表A1示數(shù)變大 D．電流表A2示數(shù)變大 解析　變壓器的輸入電壓一定，則輸出電壓不變，電壓表V1的示數(shù)不變，A選項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)入射光增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R3的阻值迅速減小，變壓器的負(fù)載總阻值減小，則由P出＝＝IR總知，變壓器的輸出功率增加了，電流表A2的示數(shù)變大了，D選項(xiàng)對(duì)；再由P入＝UI1＝P出知，電流表A1的示數(shù)變大，C選項(xiàng)對(duì)；變壓器的輸出電壓不變，而R1兩端的電壓增加了，則電壓表V2的示數(shù)變小，B選項(xiàng)錯(cuò)． 答案　CD 9．2011年9月28日，中國(guó)第二條特高壓交流電項(xiàng)目獲批，國(guó)家電網(wǎng)副總經(jīng)理舒印彪表示：該公司第二條特高壓交流電項(xiàng)目已獲得發(fā)改委批準(zhǔn)，投資規(guī)模、線路長(zhǎng)度和輸電容量都比之前項(xiàng)目大一倍以上．如圖9所示是遠(yuǎn)距離輸電示意圖，電站的輸出電壓U1＝250 V，輸出功率P1＝100 kW，輸電線電阻R＝8 Ω.則進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，下列說法中正確的是(　　) 圖9 A．若電站的輸出功率突然增大，則降壓變壓器的輸出電壓減小 B．若電站的輸出功率突然增大，則升壓變壓器的輸出電壓增大 C．輸電線損耗比例為5%時(shí)，所用升壓變壓器的匝數(shù)比＝ D．用10 000 V高壓輸電，輸電線損耗功率為8 000 W 解析 由＝知U1不變時(shí)，U2也不變，故B錯(cuò)誤；由U3＝U2－R知，電站的輸出功率突然增大，U3減小，又＝，故U4也減小，A正確；I1＝＝400 A，I2＝＝25 A，＝＝＝，所以C正確；用10 000 V高壓輸電，即U2′＝10 000 V，I2′＝＝10 A，ΔP′＝I2′2R＝8102 W，所以D錯(cuò)誤． 答案 AC 10．如圖10所示，50匝矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝ T的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積S＝0.5 m2，線框電阻不計(jì)．線框繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′以角速度ω＝200 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈接入一只“220 V,60 W”燈泡，且燈泡正常發(fā)光，熔斷器允許通過的最大電流為10 A，下列說法正確的是 (　　)． 圖10 A．圖示位置穿過線框的磁通量變化率不為零 B．線框中產(chǎn)生交變電壓的表達(dá)式為u＝500sin (200t) V C．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為50∶11 D．允許變壓器輸出的最大功率為2 200 W 解析　圖示位置穿過線框的磁通量最大，但由于沒有邊切割磁感線，所以無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，磁通量的變化率為零，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；線框中交變電壓u＝NBSωsin ωt＝500sin (200t) V，B選項(xiàng)正確；變壓器原、副線圈匝數(shù)之比＝＝＝，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；變壓器輸出的最大功率等于輸入的最大功率P＝UI＝50010 W＝5 000 W，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　B 11．某同學(xué)自制變壓器，原線圈為n1匝，在做副線圈時(shí)，將導(dǎo)線ab對(duì)折后并在一起，在鐵芯上繞n2圈，從導(dǎo)線對(duì)折處引出一個(gè)接頭c，連成如圖11所示電路．S為單刀雙擲開關(guān)，線圈電阻不計(jì)，原線圈接u1＝Umsin ωt(V)的交流電源．下列說法正確的是 (　　)． 圖11 A．S接b時(shí)，電壓表示數(shù)為 B．S接c時(shí)，電壓表示數(shù)為 C．S接c時(shí)，滑動(dòng)觸頭P向下移動(dòng)，變壓器輸入功率變大 D．S接c時(shí)，滑動(dòng)觸頭P向上移動(dòng)，變壓器輸入電流變大 解析　S接b時(shí)，副線圈屬于雙線繞法，不論原線圈中交流電源如何變化，副線圈中都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以電壓表示數(shù)為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；S接c時(shí)，根據(jù)理想變壓器的電壓比關(guān)系U1∶n1＝U2∶n2，且U1＝，解得U2＝，選項(xiàng)B正確；S接c時(shí)，滑動(dòng)觸頭P向下移動(dòng)，連入電路的有效電阻增大，P入＝P出＝減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；滑動(dòng)觸頭P向上移動(dòng)，連入電路的有效電阻減小，副線圈中的電流I2＝增大，因U2I2＝U1I1，所以變壓器輸入電流I1變大，選項(xiàng)D正確． 答案　BD 12．在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失．有一個(gè)小型發(fā)電站，輸送的電功率為P＝500 kW，當(dāng)使用U＝5 kV的電壓輸電時(shí)，測(cè)得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4 800 kWh.求： (1)輸電效率η和輸電線的總電阻r； (2)若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么發(fā)電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？ 解析　(1)輸送功率P＝500 kW，一晝夜輸送電能E＝Pt＝12 000 kWh 輸電線上損失的電能ΔE＝4 800 kWh 終點(diǎn)得到的電能E′＝E－ΔE＝7 200 kWh， 所以輸電效率η＝＝60% 輸電線上的電流I＝＝100 A 輸電線損耗功率Pr＝I2r，其中Pr＝＝200 kW 得r＝20 Ω. (2)輸電線上損耗功率Pr＝2r∝ 原來Pr＝200 kW，現(xiàn)在要求Pr′＝10 kW， 解得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U′＝22.4 kV. 答案　(1)60%　20 Ω　(2)22.4 kV