高中同步测试卷·人教物理选修3－2：高中同步测试卷（五） Word版含解析

高中同步测试卷(五)

第五单元　变压器和远距离输电

(时间：90分钟，满分：100分)

一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确．)

1．原线圈两端电压恒定时用理想变压器给纯电阻负载供电时，用下列哪种办法可以增大输入电流(　　)

A．增加原线圈的匝数  B．增加副线圈的匝数

C．在副线圈上多串联一个电阻  D．使绕制线圈的导线粗一些

2．(2016·高考四川卷)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则(　　)

A．小灯泡变亮  B．小灯泡变暗

C．原、副线圈两端电压的比值不变  D．通过原、副线圈电流的比值不变

3．理想变压器连接电路如图甲所示，已知原副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则(　　)

A．电压表读数为282 V  B．电压表读数为28.2 V

C．输入功率为56.4 W  D．输入功率为40 W

4．如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n，原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机．电动机线圈电阻为R，当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升，下列判断正确的是(　　)

A．原线圈中的电流为nI  B．变压器的输入功率为

C．电动机输出的总功率为I2R  D．电动机两端电压为IR

5．如图所示是变压器通过降压给用户供电的示意图．变压器输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动．输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R0表示，滑动变阻器R表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器的滑片P向下移动时，下列说法不正确的是(　　)

A．相当于增加用电器的数目

B．A1表的示数随A2表示数的增大而增大

C．V1表的示数随V2表示数的增大而增大

D．变压器的输入功率增大

6．超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90 K的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V．如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为(　　)

A．1 kW  B．1.6×103 kW

C．1.6 kW  D．10 kW

7．如图所示为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为2∶1，原线圈接有交流电压u＝220sin 100πt V，图中电压表和电流表均为理想交流电表，R2为负温度系数的热敏电阻(即当温度升高时，阻值减小)，R1为定值电阻，C为电容器．下列说法正确的是(　　)

A．交流电压表的示数是110 V

B．交流电的频率为100 Hz

C．通过R1的电流始终为零

D．当R2处温度升高时，交流电压表的示数不变，交流电流表的示数变大

二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意．)

8.(2016·高考全国卷丙)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是(　　)

A．原、副线圈匝数之比为9∶1

B．原、副线圈匝数之比为1∶9

C．此时a和b的电功率之比为9∶1

D．此时a和b的电功率之比为1∶9

9．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中汽油和空气的混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10 000 V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法中正确的是(　　)

A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增加的

B．汽油机点火装置的开关始终闭合，副线圈的两端也会有高压

C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在副线圈中产生高压

D．汽油机的点火装置中变压器的副线圈匝数必须远大于原线圈的匝数

10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1，电压表和电流表均为理想电表，原线圈接如图乙所示的正弦交流电，图中Rt为热敏电阻(随温度升高其电阻变小)，R为定值电阻．下列说法正确的是(　　)

A．副线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝9sin 50πt V

B．t＝0.02 s时电压表V2的示数为9 V

C．变压器原、副线圈中的电流之比和输入、输出功率之比均为1∶4

D．Rt处温度升高时，电流表的示数变大，电压表V2的示数不变

11．为了减少输电线路中电力损失，发电厂发出的电通常是经过升压变电站升压后通过远距离输送，再经过降压变电站将高压变为低压．某降压变电站将电压U0＝11 000sin(100πt)V的交流电降为220 V供居民小区用电，则降压变电站变压器(　　)

A．原、副线圈匝数比为50∶1

B．副线圈中电流的频率是50 Hz

C．原线圈的导线比副线圈的要粗

D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和

12．图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为10∶1，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交流电，三个阻值均为20 Ω的电阻R1、R2、R3和电容器C构成的电路与副线圈相接，其中，电容器的击穿电压为8 V，电压表V为理想交流电表，开关S处于断开状态，则(　　)

甲　　　　　　　　　　　　　　　乙

A．交流电压表V的读数约为7.07 V  B．交流电流表A的读数为0.05 A

C．电阻R2上消耗的功率为2.5 W  D．若闭合开关S，电容器C会被击穿

三、计算题(本题共4小题，共42分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

13.(10分)如图所示为一台理想变压器，其原线圈200匝，副线圈400匝，并接一个R＝110 Ω的负载电阻，其他电阻均不计．求：

(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多大？

(2)当原线圈接在输出电压U＝220sin 100πt V的交变电源上时，电压表示数和电流表的示数各为多大？此时变压器的输入功率为多大？

14．(10分)如图所示，图甲是一理想变压器的电路连接，图乙是在原线圈两端所加的电压随时间变化的关系．已知原、副线圈的匝数之比为10∶1，电流表A2的示数为2 A，开关S断开．

(1)求变压器输入功率和电压表的示数；

(2)将开关闭合，定性分析电路中三个电表的示数变化情况．

15.(10分)一居民小区有440户，以前每户平均消耗电功率为100 W，使用的区间变压器匝数比为165∶6，恰好能使额定电压为220 V的用电器正常工作，现在因家用电器增加，每户平均消耗的电功率为250 W，若变压器输入电压仍为6 600 V，区间输电线线路不变，为了使家用电器正常工作，需换用区间变压器，则此变压器的匝数比为多少？

16．(12分)风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展．如图所示，风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压为250 V，用户需要的电压为220 V，输电线电阻为10 Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%.

(1)试求：在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；

(2)画出此输电线路的示意图；

(3)用户得到的电功率是多少？

参考答案与解析

1．[导学号26020065]　【解析】选B.根据＝，增加副线圈的匝数，可以增大次级电压，从而增大次级电流，由I1n1＝I2n2，次级电流增加则初级电流必增大，A错，B对；在副线圈上多串联一个电阻，则次级电流会减小，根据I1n1＝I2n2，则初级电流必减小，C错；使绕制线圈的导线粗一些，只要匝数不变就不会影响输入电流，D错．

2．[导学号26020066]　【解析】选B.设原、副线圈减少的匝数为n，则根据变压比有，＝，＝，由于U′2＝U1，U2＝U1，因此U′2小于U2，即副线圈两端的电压变小，小灯泡变暗，A项错误，B项正确；由于匝数比变化，因此原、副线圈两端电压的比值和通过原、副线圈电流的比值均发生变化，C、D项错误．

3．[导学号26020067]　【解析】选D.初级电压有效值为 V＝200 V，所以次级电压U2＝＝20 V，输出功率P＝I2U2＝40 W，由于输入功率等于输出功率，所以输入功率也为40 W，选项D正确．

4．[导学号26020068]　【解析】选B.电流表的读数为副线圈电流，所以原线圈电流为，故A错误；原线圈的输入功率则为U，故B对；电动机上的热功率为I2R，电动机消耗功率为U，两端电压为，故C、D错误．

5．[导学号26020069]　【解析】选C.输入电压U几乎不变，故变压器原、副线圈的电压不变，即V1表与V2表的示数不变，C错；滑动变阻器的滑片P向下移动，电阻减小相当于增加负载，A正确；因副线圈电压U2不变，由I2＝知，电流I2增大，由＝知，I1也增大，B正确；由P2＝U2I2知，P2增大，变压器输入功率P1＝P2，即P1增大，D正确．

6．[导学号26020070]　【解析】选A.输电线中电流I＝P/U，输电线上损失功率P′＝I2R线＝P2R线/U2＝1 kW.

7．[导学号26020071]　【解析】选D.原线圈所接交变电压的有效值为U1＝ V，由理想变压器的变压比公式＝，可得U2＝U1＝× V＝55 V，选项A错误；由交变电压的瞬时值表达式u＝220sin 100πt V可知，该交变电流的频率f＝ Hz＝50 Hz，选项B错误；由于交变电流能对电容器进行充、放电，所以会有充、放电电流通过电阻R1，选项C错误；因变压器为理想变压器，线圈电阻不计，因此，交流电压表的示数不变，当R2处的温度升高时，其电阻阻值变小，所以交流电流表的示数变大，选项D正确．

8．[导学号26020072]　【解析】选AD.因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为9∶1，A项正确，B项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C项错误，D项正确．

9．[导学号26020073]　【解析】选AD.汽车柴油机压缩汽缸内空气，实际上是活塞对气体做功使其内能增加，当温度升高到一定温度时，柴油着火燃烧，汽油机是借助于变压器在通入原线圈中电压12 V断电时产生变化的磁通量从而在副线圈中产生瞬时高压10 000 V，而达到产生火花的目的，所以电源可以是直流，且副线圈匝数要远大于原线圈匝数，故A、D正确.

10．[导学号26020074]　【解析】选BD.由题中图乙可知U1＝36 V，T＝2×10－2 s，由＝得U2＝9 V，所以副线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝9sin 100πt V，A选项错；电压表示数为有效值，故B选项正确；由变压器原、副线圈电流关系及输入、输出功率关系知，C选项错；当Rt处温度升高时Rt电阻变小，U2不变，副线圈中电流I2变大，故D选项正确．

11．[导学号26020075]　【解析】选AB.原线圈电压的有效值为U1＝11 000 V，由＝得＝，选项A正确；变压器不改变交流电的频率，故选项B正确；由＝得副线圈的电流大，要想导线发热少，导线要粗一些(电阻小)，故选项C错误；居民小区各用电器电流总和应该等于副线圈的电流，选项D错误．

12．[导学号26020076]　【解析】选AC.开关断开时，副线圈电路为R1和R2串联，交流电压表测量R2两端的电压，由题图乙可知原线圈电压为U＝ V＝100 V，所以副线圈电压为U′＝U＝10 V，则R2两端的电压为U2＝5 V≈7.07 V，故A正确；由分析可知，副线圈电流为I′＝＝A＝ A，所以原线圈电流为I＝I′＝× A＝ A，故B错误；电阻R2上消耗的功率P＝＝ W＝2.5 W，故C正确；当开关闭合时，R1、R3与电容器并联后和R2串联，电容器的电压为并联部分的电压，并联部分电阻为R并＜＝10 Ω，所以并联部分的电压U并＝U′＜×10 V＝ V，并联部分电压的最大值U并m＝U并＜ V，所以电容器C不会被击穿，故D错误．故选AC.

13．[导学号26020077]　【解析】(1)直流电不能产生电磁感应，故副线圈电压为零，电压表示数为零．              (2分)

(2)原线圈输入电压的有效值

U1＝ V＝220 V， (2分)

电压表的示数U2＝U1＝440 V， (2分)

电流表示数I2＝＝4 A， (2分)

变压器的输入功率P1＝P2＝U2I2＝1 760 W． (2分)

【答案】(1)0　(2)440 V　4 A　1 760 W

14．[导学号26020078]　【解析】(1)由图乙可知输入电压的有效值

U1＝200 V， (1分)

由＝得副线圈两端的电压

U2＝U1＝20 V， (3分)

变压器的输入功率P1等于输出功率P2，即

P1＝P2＝U2I2＝20×2 W＝40 W． (3分)

(2)将S闭合，U2不变，即电压表示数不变，保持20 V，由于负载增多，负载的总电阻减小，电流表A2的示数增大，              (1分)

副线圈的输出功率增加，原线圈的输入功率随之增加，电流表A1的示数增大， (1分)

由于理想变压器不计线圈的电阻，所以原、副线圈两端的电压与负载电阻无关． (1分)

【答案】(1)40 W　20 V　(2)A1增大　A2增大

V不变

15．[导学号26020079]　【解析】未换时输电电流

I＝＝A＝200 A (2分)

输电电压U2＝U1＝×6 600 V＝240 V (2分)

则由U线＝U2－U用＝IR线可知：

R线＝Ω＝0.1 Ω (1分)

换变压器后，I＝＝A＝500 A (2分)

线路损失电压U线＝IR线＝50 V (1分)

变压器输出电压U2＝220 V＋50 V＝270 V (1分)

所以变压器匝数之比为＝＝＝. (1分)

【答案】220∶9

16．[导学号26020080]　【解析】(1)输电线损失的功率

P损＝P×4%＝100 kW×4%＝4 kW (1分)

输电线电流I2＝＝ A＝20 A (1分)

升压变压器副线圈电压

U2＝＝ V＝5×103 V (1分)

升压变压器原、副线圈匝数比：

＝＝＝ (1分)

电压损失U损＝I2R线＝20×10 V＝200 V (1分)

降压变压器原线圈端电压

U3＝U2－U损＝4 800 V (1分)

降压变压器原、副线圈匝数比＝＝. (1分)

(2)如图所示． (2分)

(3)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为

P用＝P－P损＝P(1－4%)

＝100×96% kW＝96 kW. (3分)

【答案】(1)1∶20　240∶11　(2)见解析图

(3)96 kW