新教材高考物理一轮复习课时规范练37理想变压器电能的输送含答案

这是一份新教材高考物理一轮复习课时规范练37理想变压器电能的输送含答案，共8页。试卷主要包含了5 V，75 Ω，24 V等内容，欢迎下载使用。

1.(多选)(理想变压器原副线圈关系的应用)手机无线充电器的工作原理如图所示,该装置可等效为一个理想变压器,送电线圈为原线圈,受电线圈为副线圈。当a、b间接上220 V的正弦式交变电流后,受电线圈中产生交变电流。送电线圈的匝数为n1,受电线圈的匝数为n2,且n1∶n2=5∶1。两个线圈所接电阻的阻值均为R,当该装置给手机快速充电时,手机两端的电压为5 V,充电电流为2 A,则下列判断正确的是( )
A.流过送电线圈与受电线圈的电流之比为5∶1
B.快速充电时,受电线圈c、d两端的输出电压为42.5 V
C.两线圈上所接电阻的阻值R=18.75 Ω
D.充电期间使用手机,易损坏电池
2.(多选)(理想变压器原副线圈关系的应用)下图为日常生活中常见的点火装置原理图,先将1.5 V直流电压通过转换器转换为正弦式交变电压u=6sin ωt (V),然后将其加在理想变压器的原线圈n1上,当副线圈n2两端电压达到12 kV以上时放电针之间空气被击穿,从而引发电火花点燃气体。下列说法正确的是( )
A.原线圈两端所接交流电压表的读数为4.24 V
B.副线圈中交流电压与原线圈中交流电压频率不相等
C.要实现点火则副线圈与原线圈的匝数比至少大于2×103
D.要实现点火则副线圈与原线圈的匝数比至少大于2 000
3.(多选)(理想变压器原副线圈关系的应用)(2023山东滨州模拟)如图,理想变压器原线圈匝数为N,有两个接有电阻阻值均为R的独立副线圈甲、乙。现测得线圈甲上的电流为I1,线圈乙上的电流为I2,原线圈电压为U。则( )
A.甲线圈匝数为I1RUN
B.乙线圈匝数为UI2RN
C.原线圈电流为I1+I2
D.原线圈电流为I12+I22UR
4.(多选)(远距离输电、互感器)某小型发电站高压输电示意图如图所示,变压器均为理想变压器,发电机输出功率恒定为48 kW。在输电线路上接入一个电流互感器,其原、副线圈的匝数比为1∶20,电流表的示数为1 A,输电线的总电阻为10 Ω,下列说法正确的是( )
A.用户端的功率为44 kW
B.升压变压器的输出电压U2=2 400 V
C.降压变压器的输入电压U3=2 000 V
D.如果用户电压为220 V,则降压变压器的原、副线圈匝数比为10∶1
5.(理想变压器原、副线圈关系的应用)家用燃气热水器点火装置的原理可简化如图,将家用交变电流u=2202sin 314t(V)接入理想变压器原线圈,原、副线圈的匝数分别为n1、n2。已知点火针与感应针之间的电压瞬时值大于2 000 V,就会引发火花,点燃气体。以下判断正确的是( )
A.原线圈中磁通量的变化率大于副线圈
B.由原理简化图可知,点火针的电势始终比感应针高
C.原、副线圈变压器的匝数比可以为n1n2=18
D.变压器的输入功率与输出功率之比P1P2=n1n2
6.(多选)(理想变压器的动态分析)在匀强磁场中有一不计电阻的单匝矩形线框,绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生如图甲所示的正弦式交变电流,把该交变电流输入到图乙中理想变压器的A、B两端。图乙中的电压表和电流表均为理想交流电表,RT为热敏电阻(温度升高时电阻减小),R为定值电阻。下列说法正确的是( )
A.变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为e=362cs 100πt(V)
B.在t=0.01 s时刻,线框平面处于中性面位置
C.RT处温度升高后,电压表V1示数与V2示数的比值不变
D.RT处温度升高后,电压表V2示数与电流表A2示数的乘积可能不变
素养综合练
7.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦式交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
B.输入电压u的表达式u=202sin 50πt(V)
C.若S1换接到2,原线圈的输入功率为1.6 W
D.若S1换接到2,R消耗的电功率为0.8 W
8.(2022广东广州华南师大附中模拟)下图为某小型发电站高压输电示意图。发电站输出的电压U1不变;升压变压器输出电压为U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。为了测高压电路的电压和电流,在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器,若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗,所有的电表均为理想电表,则( )
A.①为电流表,②为电压表
B.U2>U3
C.仅将滑片Q下移,则输电线损耗功率减少
D.凌晨时分,用户家的灯将变得更暗
9.(2023山东济南三模)风力发电机的工作原理可以简化为如图所示的模型:风轮通过齿轮箱带动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流,并通过变压器和远距离输电线给灯泡L供电。两变压器均为理想变压器,当发电机线圈转速减小时,以下说法正确的是( )
A.通过R的电流增加
B.降压变压器的输入电压U3减小
C.灯泡L消耗的功率增加
D.发电机的输出功率不变
10.如图所示,一个理想变压器原线圈的匝数为50,副线圈的匝数为100,原线圈两端接在光滑的水平平行导轨上,导轨间距为0.4 m。导轨上有一长度略大于导轨间距且垂直于导轨的导体棒,导轨与导体棒的电阻忽略不计,副线圈回路中电阻R1=5 Ω,R2=15 Ω,图中交流电压表为理想电压表。导轨所在空间有垂直于导轨平面向下、磁感应强度大小为1 T的匀强磁场。导体棒在水平外力的作用下运动,其速度随时间变化的关系式为v=5sin 10πt(m/s),则下列说法正确的是( )
A.R1的功率为0.2 W
B.电压表的示数为52 V
C.水平外力为恒力
D.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为0.04 Wb/s
答案：
1.BCD 解析 流过送电线圈与受电线圈的电流之比I1I2=n2n1=15,A错误;已知手机两端电压U手=5 V,充电电流I手=2 A,Uab=220 V,又Iab=15I手=0.4 A,Uab-IabR=5Ucd,Ucd-I手R=U手,联立解得Ucd=42.5 V,R=18.75 Ω,B、C正确;由于使用时手机内部的电流与电压处于不稳定状态,则此时通过受电线圈对手机充电易损坏电池,D正确。
2.AD 解析 最大值为有效值的2倍,所以电压的有效值为U=62 V=32 V=4.24 V,即电压表示数为4.24 V,故A正确;变压器不能改变频率,故副线圈中交流电压与原线圈中交流电压频率相等,故B错误;当变压器副线圈电压的瞬时值大于12 000 V时,就会在放电针间引发电火花进而点燃气体,转换器所输出的正弦式交变电压最大值为6 V,根据电压与匝数成正比,所以实现点火的条件是n2n1=12 0006=2 000,故C错误,D正确。
3.AD 解析 由UN=U1n1=U2n2可得,甲、乙两线圈的匝数分别为n1=I1RUN,n2=I2RUN,故A正确,B错误;设原线圈中电流为I,由输入功率等于输出功率可得IU=I12R+I22R,解得I=I12+I22UR,故C错误,D正确。
4.ABD 解析 设电流表的读数为IA,互感器的原、副线圈的匝数比为n∶n'=IA∶I2=1∶20,解得I2=20 A,线路上损失的电压ΔU=I2r=20×10 V=200 V,线路上功率的损耗ΔP=ΔUI2=200×20 W=4 000 W=4 kW,用户端的功率为P用=P出-ΔP=48 kW-4 kW=44 kW,故A正确;升压变压器的输出电压U2=P出I2=48×10320 V=2 400 V,故B正确;降压变压器的输入电压U3=U2-ΔU=(2 400-200) V=2 200 V,故C错误;如果用户电压为220 V,则降压变压器的原、副线圈匝数比为n3n4=U3U4=2 200220=101,故D正确。
5.C 解析 理想变压器的原线圈的磁通量的变化率与副线圈中磁通量变化率相同,故A错误;根据交变电流的特点可知,在前半个周期内,若点火针的电势比感应针高,则在后半个周期内点火针的电势比感应针低,故B错误;根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知n1n2=U1U2<22022 000=16.4,故原、副线圈变压器的匝数比可以为n1n2=18,故C正确;根据理想变压器的特点可知,变压器的输入功率与输出功率之比为P1∶P2=1∶1,故D错误。
6.BD 解析 根据题图甲可知Em=362 V,T=0.02 s,则ω=2πT=100π rad/s,变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为e=362sin 100πt(V),A错误;在t=0.01 s时刻,e=0,磁通量最大,此时矩形线框平面与磁场方向垂直,处于中性面位置,B正确;RT处温度升高时,电阻减小,副线圈电压不变,电流变大,则电压表V2示数减小,V1示数不变,则电压表V1示数与V2示数的比值变大,C错误;副线圈电压不变,将电阻R看成等效电源的内阻,若RT阻值原来大于R,则温度升高时,RT阻值减小,则RT电阻的功率先增加后减小,即电压表V2示数与电流表A2示数的乘积先增大后减小,故RT处温度升高后,电压表V2示数与电流表A2示数的乘积可能不变,D正确。
7.D 解析 只断开S2后,负载电阻变为原来的2倍,副线圈电压不变,则副线圈的功率变小,即原线圈的输入功率变小,A错误;由题图乙知周期T=0.02 s,ω=2π0.02 rad/s=100π rad/s,所以输入电压u的表达式应为u=202sin 100πt(V),B错误;若S1换接到2,由U1U2=n1n2=51,U1=2022=20 V,得电阻R电压有效值为4 V,R消耗的电功率为P2=U22R=4220 W=0.8 W,而变压器两端的功率相等,则输入功率也为0.8 W,C错误,D正确。
8.B 解析 由题图可知①接在火线和零线之间,为电压表,②接在同一条线上,测得的是电流,为电流表,故A错误;由于输电线上损失电压,所以U2>U3,故B正确;仅将滑片Q下移,则输电电压U2增大,R不变,所以输电电流I2增大,而输电线损耗功率为ΔP=I22r,所以输电线损耗功率增大,故C错误;凌晨时分,降压变压器的输出端用电量减少,电路中的电流减小,则输电线上的损失电压减小,则降压变压器的输入电压增大,用户得到的电压变大,用户家的灯将变得更亮,故D错误。
9.B 解析 当发电机线圈转速减小时,根据Em=nBSω,可得升压变压器的输入电压U1减小,而负载不变,因此升压变压器的输入电流I1减小,故发电机的输出功率减小,故D错误;根据变压器的工作原理可得I1I2=n2n1 ,由此可得I1减小时,I2也减小,即通过R的电流减小,故A错误;由于I2=I3,因此I3减小,根据变压器的工作原理可得I3I4=n4n3,可知I4减小,根据U4=I4RL,P=I42RL,可知灯泡L消耗的功率减小,U4减小,根据U3U4=n3n4,可知U3减小,故B正确,C错误。
10.D 解析 导体棒切割磁感线产生感应电动势,由法拉第电磁感应定律可得E=BLv,代入数据得E=2sin 10πt(V)。则原线圈输入电压的有效值为U1=Em2=2 V,原、副线圈的电压与匝数成正比,则U1U2=n1n2,解得U2=22 V,选项B错误;由欧姆定律可得副线圈回路中的电流为I2=U2R1+R2=225+15 A=210 A,则定值电阻R1的电功率为P1=I22R1=2102×5 W =0.1 W,选项A错误;由导体棒的速度公式可知导体棒的运动为往复运动,则外力不可能为恒力,选项C错误;由以上计算可知,感应电动势的最大值为Em=2 V,则由法拉第电磁感应定律E=nΔΦΔt,得磁通量变化率最大值为ΔΦΔt=Emn1=250 Wb/s=0.04 Wb/s,选项D正确。