2021届高考物理（全国通用版）大一轮复习检测：第十一章 交变电流 第2课时　变压器　电能的输送 Word版含解析

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【基础巩固】
理想变压器的基本关系
1. (2016·重庆质检)如图,一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,原线圈两端接入一正弦交流电源;副线圈电路中R为负载电阻,交流电压表和交流电流表都是理想电表.下列结论正确的是( A )
A.若电压表读数为6 V,则输入电压的最大值为24 V
B.若输入电压不变,副线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数减小到原来的一半
C.若输入电压不变,负载电阻的阻值增加到原来的2倍,则输入功率也增加到原来的2倍
D.若保持负载电阻的阻值不变,输入电压增加到原来的2倍,则输出功率增加到原来的8倍
解析:若电压表读数为6 V,根据变压规律,原线圈的电压U1=4U2=24 V,最大值为24 V,所以A正确;若输入电压不变,副线圈匝数增加到原来的2倍,根据 QUOTE = QUOTE ,可得副线圈电压变为原来的2倍,再根据欧姆定律可知电流表读数为原来的2倍,所以B错误;若输入电压不变,负载电阻的阻值增加到原来的2倍,输出功率P2=减为原来的一半,又输入功率P1=P2也减为原来的一半,所以C错误;若保持负载电阻的阻值不变,输入电压增加到原来的2倍,则输出电压U2也为原来的2倍,由P2=知,输出功率增加到原来的4倍,故D错误.
2.(2016·四川卷,2)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( B )
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
解析:由变压器知识得
QUOTE = QUOTE = QUOTE
原、副线圈减少相同的匝数n后
=
可以得出
QUOTE -=<0
则说明的比值变大,则可得出选项C,D错误;
由于原线圈电压恒不变,则副线圈两端电压减小,小灯泡变暗,则选项B正确.
变压器的动态分析
3. (2016·河北石家庄质检)(多选)如图为一自耦变压器,它的特点是铁芯上只绕有一个线圈,把整个线圈作为原线圈,而取线圈的一部分作为副线圈.已知原线圈所接的正弦交流电压为U,交流电流表A1,A2均为理想电流表,当触头P向上移动时,两个交流电流表的读数变化情况为( BD )
A.A1读数变小 B.A1读数变大
C.A2读数变小 D.A2读数变大
解析:理想自耦变压器,原线圈接正弦交流电压U,当触头上移时,副线圈的匝数n2增加,则由变压比公式 QUOTE = QUOTE 可得,U2增加,则A2读数I2变大,再由 QUOTE = QUOTE 可得,I1变大,即A1读数变大.选项B,D正确.
4. (2016·河南焦作模考)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( C )
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
解析: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U0不变的情况下,输出电压U′不变,此时负载电阻值R增大,则输出电流I′减小.根据输入功率P等于输出功率P′,通过原线圈的电流变小,选项C正确.
5.(2016·海南海口二模)如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1,L2和L3,输电线的等效电阻为R,原线圈接有一个理想电流表,开始时,开关S接通,当S断开时,以下说法中正确的是( D )
A.原线圈两端P,Q间的输入电压减小
B.等效电阻R上消耗的功率变大
C.原线圈中电流表的示数增大
D.灯泡L1和L2变亮
解析:交流电表是理想电表,所以原线圈两端P,Q间的输入电压不变,则选项A错误;当S断开后,副线圈上的总电阻增大,输出功率变小,副线圈上的电流变小,则原线圈上电流减小,等效电阻上消耗的功率变小,选项B,C错误;由于输电线电压损失减小导致灯泡L1,L2两端电压增大,两灯变亮,选项D正确.
原线圈上接有用电器的变压器
6.导学号 00622759(2016·全国Ⅲ卷,19)(多选) 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( AD )
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
解析:设灯泡的额定电压为U0,两灯泡均能正常发光,表明此时原线圈两端电压U1=9U0,同时副线圈两端电压U2=U0,故 QUOTE = QUOTE = QUOTE ,选项A正确,B错误;由理想变压器的电流比与匝数比之间关系知 QUOTE = QUOTE = QUOTE ,副线圈中电流I2=9I1,则灯泡a的电功率P1=U0·I1,b的电功率P2=U0·I2,可知 QUOTE = QUOTE ,选项C错误,D正确.
7.如图,理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶2,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的灯泡L1,L2,L3,L4,L5,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦式交流电源上.设原线圈两端电压为U1,原、副线圈回路中灯泡消耗的功率的比值为k,则( B )
A.U1=79.2 V,k=9∶16B.U1=79.2 V,k=16∶9
C.U1=220 V,k=4∶9D.U1=220 V,k=9∶4
解析:设每个灯泡的电阻为R,副线圈电压为U2,原、副线圈电流分别为I1,I2,由 QUOTE = QUOTE 得U2= QUOTE U1,
I2===,由 QUOTE = QUOTE 得I1= QUOTE I2=
原线圈中,220=I1R+U1,解得U1=79.2 V
P1=R,P2=,得k= QUOTE ,选项B正确.
远距离输电
8.(多选)在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么( AC )
A.输电线路上损失的电压与输送电流成正比
B.输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大
C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比
D.输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比
解析:输电线路上损失的电压ΔU=IR,在R一定时,ΔU和I成正比.若U越高,I= QUOTE ,I越小,那么ΔU越小.输电线路上损失的功率ΔP=I2R,当P一定时,I= QUOTE ,所以ΔP=( QUOTE )2R,即ΔP和U的平方成反比,跟I的平方成正比,故选项A,C正确.
9.(2016·黑龙江牡丹江模拟)(多选)如图(甲)为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,其输入电压如图(乙)所示,远距离输电线的总电阻为100 Ω.降压变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小.电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出).未出现火情时,升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的有( AD )
A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 Hz
B.远距离输电线路损耗的功率为180 kW
C.当传感器R2所在处出现火情时,电压表V的示数变大
D.当传感器R2所在处出现火情时,输电线上的电流变大
解析:由图(乙)知交变电流的周期为0.02 s,所以频率为50 Hz,选项A正确;由图(乙)知升压变压器输入端电压有效值为250 V,根据电压与匝数成正比,知副线圈电压为25 000 V,所以输电线中的电流为I=
QUOTE =30 A,输电线损失的电压为ΔU=IR=30×100 V=3 000 V,输电线路损耗的功率为ΔP=ΔUI=90 kW,选项B错误;当传感器R2所在处出现火情时其阻值减小,副线圈两端电压不变,副线圈中电流增大,定值电阻的分压增大,所以电压表V的示数变小,选项C错误;由C的分析知副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知输电线上的电流变大,选项D正确.
10.导学号 00622760(2016·河北衡水中学质检)如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电,接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图(图中变压器均可视为理想变压器,图中电表均为理想交流电表).设发电厂输出的电压一定,两条输电线总电阻用R0表示,变阻器R相当于用户用电器的总电阻.当用电器增加时,相当于R变小,则当用电进入高峰时,下列说法正确的是( C )
A.电压表V1,V2的读数均不变,电流表A2的读数增大,电流表A1的读数减小
B.电压表V3,V4的读数均减小,电流表A2的读数增大,电流表A3的读数减小
C.电压表V2,V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变
D.线路损耗功率不变
解析:电压表V1,V2的读数均不变,因为输入电压和匝数比都不变,用电高峰期,电阻减小,电流增大,根据电流与匝数成反比知电流表读数都增大,输电线上的电压损失增大,故电压表V3,V4的读数均减小,故选项A,B错误;电压表V2,V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变,等于输电线的电阻值,选项C正确;根据P损=I线2R0,又输电线上的电流增大,电阻不变,所以输电线上的功率损耗增大,选项D错误.
【素能提升】
11.导学号 00622761(2016·河南洛阳质检)理想变压器如图所示,原线圈匝数n1=1 000,两副线圈匝数分别为n2=600,n3=200,当原线圈两端接在220 V的正弦交流电源上时,原线圈上电流为2 A,通过R2的电流为1 A,则通过R3的电流为( B )
A.10 AB.7 A
C.3 A D.1 A
解析:由理想变压器的变压比公式 QUOTE = QUOTE
可得U2== V=132 V,
由 QUOTE = QUOTE ,可得U3== V=44 V,
根据输入功率等于输出功率有U1I1=U2I2+U3I3,
解得I3=7 A,故选项B正确.
12. (2016·山东济南质检)(多选)电流互感器和电压互感器如图所示,其中n1,n2,n3,n4分别为四组线圈的匝数,a,b为两只交流电表,则( AD )
A.A为电流互感器,且n1B.A为电压互感器,且n1>n2,a是电压表
C.B为电流互感器,且n3D.B为电压互感器,且n3>n4,b是电压表
解析:由题图可知,A为电流互感器,B为电压互感器,因此a是电流表,b是电压表.在A中,有I1n1=I2n2,要把大电流变为小电流,有n2>n1;在B中,有 QUOTE = QUOTE ,要把高电压变成低电压,则有n3>n4,综上所述可知,选项A,D正确.
13.导学号 00622762(2014·全国Ⅱ卷,21)(多选) 如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1,n2.原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大.用交流电压表测得a,b端和c,d端的电压分别为Uab和Ucd,则( BD )
A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大
D.将二极管短路,电流表的读数加倍
解析:因副线圈负载中有二极管,因此a,b两点间电压与c,d两点间电压不再满足与线圈匝数成正比,因此A项错误;增大负载电阻的阻值R,会使副线圈中的电流变小,因此原线圈中的电流表示数变小,故B项正确;c,d端的电压由Uab决定,负载电阻R的阻值变小时,Ucd不变,选项C错误;当二极管导通时会造成半波损失,若将二极管短路,半波损失会消失,因此电阻消耗的电能会加倍,由P=UI知,因P加倍而U不变,因此I加倍,因此电流表的读数加倍,故D项正确.
14.导学号 00622763(2016·河南开封质检)如图所示,一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为5∶1,原线圈接入最大值一定的正弦式交变电流,副线圈电路中一个定值电阻与电容器并联,电压表和电流表均为理想交流电表,电流表A1,A2及电压表V的示数分别为I1,I2,U2,定值电阻的阻值为R,其消耗的功率为P,电容器的电容为C,所带的电荷量为Q,则它们的关系为( D )
A.Q=CU2 B.I2= QUOTE
C.P=5I1U2 D. QUOTE = QUOTE
解析:由于电容器两端电压是变化的,即电容器不断的被充电和放电,故其电荷量不是一个定值,故不能用公式Q=CU2来计算,选项A错误;根据题意I2是副线圈的总电流,而 QUOTE 只是通过电阻R的电流,由于电容器不断充电和放电,故I2> QUOTE ,选项B,C错误;根据变压器的规律 QUOTE = QUOTE = QUOTE ,故选项D正确.
15.导学号 00622764(2016·哈尔滨质检)在远距离输电时,要尽量考虑减少输电线上的功率损失.有一个电站,输送的电功率P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜表示数相差4 800 kW·h.求:
(1)输电效率η和输电线总电阻r.
(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么电站应使用多高的电压向外输电.
解析:(1)由于输送功率P=500 kW,一昼夜输送电能E=Pt=12 000 kW·h,终点得到的电能E′=7 200 kW·h,因此效率η=60%,输电线上的电流可由I= QUOTE 计算,I=100 A,而输电线损耗功率可由Pr=I2r计算,其中Pr=
kW=200 kW,因此可求得r=20 Ω.
(2)输电线上损耗功率Pr=( QUOTE )2r∝ QUOTE ,原来Pr=200 kW,现在要求Pr′=500 kW×0.02=10 kW,计算可得输电电压应调节为U′=22.4 kV.
答案:(1)60% 20 Ω (2)22.4 kV