2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点39 变压器　电能的输送

这是一份2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点39 变压器　电能的输送，共18页。试卷主要包含了基础与经典，真题与模拟等内容，欢迎下载使用。
考点细研究：考试说明将本考点的要求由Ⅰ调为Ⅱ，对本考点要求有所提高，主要考查内容是：(1)理想变压器；(2)远距离输电等。其中考查到的如：2016年全国卷Ⅰ第16题、2016年全国卷Ⅲ第19题、2016年天津高考第5题、2016年四川高考第2题、2016年江苏高考第4题、2015年全国卷Ⅰ第16题、2015年江苏高考第1题、2015年海南高考第10题、2015年安徽高考16题、2015年天津高考第6题、2015年广东高考第15题、2015年福建高考第15题等。
备考正能量：本考点以选择题的形式考查，命题热点是变压器的电压、电流和功率关系的分析计算、变压器和交变电流的综合考查、变压器和动态电路的综合考查，远距离输电的计算。预计今后高考考查形式不会变化，仍将围绕理想变压器的电压、电流和功率关系展开命题。
一、基础与经典
1. (多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1。电池和交变电源的电动势都为6 V，内阻均不计。下列说法正确的是( )
A．S与a接通的瞬间，R中无感应电流
B．S与a接通稳定后，R两端的电压为0
C．S与b接通稳定后，R两端的电压为3 V
D．S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2∶1
答案 BC
解析 由理想变压器的原理可知，当S与a接通电流稳定时，由于通过原线圈与副线圈中的磁通量不发生变化，故在副线圈中无感应电流，但在刚接通瞬间，副线圈两端的电压不为零，R中有感应电流，故A错误，B正确；当S与b接通稳定后，原线圈中接有交变电流，由变压器的变压比可得副线圈两端电压为3 V，C正确；变压器并不改变交变电流的频率，D错误。
2．如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率10 W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40 Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是( )
A．变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝220eq \r(2)sinπt(V)
B．电压表的示数为220 V
C．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1
D．变压器的输入功率为110 W
答案 C
解析 由题图乙可知ω＝eq \f(2π,T)＝100π rad/s，则变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝220eq \r(2)sin100πt(V)，A错误。小灯泡的额定功率P＝10 W，由P＝eq \f(U2,R)可得小灯泡的额定电压U＝20 V，小灯泡恰好正常发光，电压表的示数为20 V，B错误。根据变压器变压公式U1∶U2＝n1∶n2，可得eq \f(n1,n2)＝eq \f(220,20)＝eq \f(11,1)，C正确。根据额定功率10 W的小灯泡恰好正常发光，理想变压器的输入功率等于输出功率也为10 W，D错误。
3．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如图所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是( )
答案 A
解析 电流互感器是测电流的，应串联在火线上，故B、D选项错误；同时，由I1n1＝I2n2知要使I2n1，故A选项正确，C选项错误。
4．如图所示，理想变压器原线圈两端的电压不变，电流表为理想电流表，副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关S断开。当S接通时，以下说法正确的是( )
A．副线圈两端MN输出电压减小
B．副线圈输电线等效电阻R上的电压减小
C．通过灯泡L1的电流减小
D．原线圈中电流表的示数减小
答案 C
解析 当S接通时，电路中总电阻减小，交流电源不变，线圈匝数不变，故副线圈两端MN输出电压不变，输电线上电流增大，副线圈输电线等效电阻R上的电压增大，灯泡L1两端电压减小，通过灯泡L1的电流减小，选项A、B错误，选项C正确；当S接通时，副线圈输出功率增大，原线圈输入功率增大，电流表的示数增大，选项D错误。
5．理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为( )
A．1∶2 B．2∶1
C．2∶3 D．3∶2
答案 B
解析 由于三个灯泡相同且均正常发光，设正常发光时的电流为I，则原线圈中电流为I，副线圈中电流为2I，根据变压器工作原理得eq \f(n1,n2)＝eq \f(2I,I)＝eq \f(2,1)，B项正确。
6．有一正弦交流电源u＝120eq \r(2)sin100πt(V)向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0＝60eq \r(2) V，则在一个小时内，霓虹灯发光时间为( )
A．3600 s B．1800 s
C．2400 s D．1200 s
答案 C
解析 如图所示，画出一个周期内交流电的u­t图象，其中阴影部分对应的时间表示霓虹灯不能发光的时间，由图且根据对称性可知，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，当u＝U0＝60eq \r(2) V时可求得t1＝eq \f(1,600) s。一个周期内能发光的时间：t＝T－4t1＝eq \f(1,75) s，再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t总＝eq \f(3600,0.02)×eq \f(1,75) s＝2400 s，即选项C正确。
7．通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和eq \f(P2,P1)分别为( )
A.eq \f(PR,kU)，eq \f(1,n) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,kU)))2R，eq \f(1,n)
C.eq \f(PR,kU)，eq \f(1,n2) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,kU)))2R，eq \f(1,n2)
答案 D
解析 当副线圈与原线圈的匝数比为k，U2＝kU，此时电线上的电流I＝eq \f(P,kU)，线路损耗的功率P1＝I2R＝eq \f(P2R,kU2)，当匝数比为nk时，线路损耗功率P2＝eq \f(P2R,nkU2)，eq \f(P2,P1)＝eq \f(1,n2)，D正确。
8. (多选)如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为4∶1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值R＝11R0，是理想电压表。现将负载电阻的阻值减小为R＝5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为5.0 V，则( )
A．此时原线圈两端电压的最大值约为34 V
B．此时原线圈两端电压的最大值约为24 V
C．原线圈两端原来的电压有效值约为68 V
D．原线圈两端原来的电压有效值约为48 V
答案 AD
解析 当负载电阻的阻值减小为R＝5R0时，根据串并联电路规律，R两端电压为R0两端电压的5倍，因为电压表测量R两端的电压，所以UR0＝eq \f(1,5)×5 V＝1 V，故副线圈两端电压为U2＝6 V，根据公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可得此时原线圈两端电压的有效值为U1＝24 V，所以此时原线圈两端电压的最大值约为24eq \r(2) V≈34 V，A正确，B错误；因为变化过程中变压器的输入电流不变，所以对于副线圈中变化前后电流也不变，则变化后电压U2＝IR0＋5IR0＝6IR0，变化前，U2′＝IR0＋11IR0＝12IR0，所以U2′＝2U2＝12 V，根据公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可得原线圈两端原来的电压有效值约为48 V，D正确，C错误。
9．图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表的示数增大了0.2 A，电流表的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是( )
A．电压表示数增大
B．电压表、示数均增大
C．该变压器起升压作用
D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
答案 D
解析 由于变压器原线圈的电压不变，因此电压表、的读数均不变，选项A、B均错误。由电流表的示数增大了0.2 A，电流表的示数增大了0.8 A，可知，该变压器起降压作用，选项C错误。由于副线圈的电压不变，电流表的示数增大，根据欧姆定律可知负载的电阻变小，所以滑动变阻器连入电路的阻值变小，选项D正确。
10. (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( )
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
答案 BD
解析 a、b端的电压为正弦式交变电压，故电压表测得的电压Uab＝eq \f(U1m,\r(2))。副线圈两端电压也为正弦式交变电压，但由于二极管的单向导电特性，从而使c、d两端的电压成为脉动直流电，由有效值定义可得eq \f(U\\al(2,cd),R)T＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(U2m,\r(2))))2,R)×eq \f(T,2)，即Ucd＝eq \f(U2m,2)，故Uab∶Ucd＝eq \f(\r(2)U1m,U2m)＝eq \r(2)n1∶n2，A错误。因R增大时消耗的功率P＝eq \f(U\\al(2,cd),R)减小，原线圈输入功率减小，故U1不变时I1减小，B正确。由Uab∶Ucd＝eq \r(2)n1∶n2可知Ucd与负载的阻值无关，C错误。将二极管短路时R两端电压成为正弦式交变电压，其有效值Ucd′＝eq \f(U2m,\r(2))，故此时R消耗的功率P′＝eq \f(U′\\al(2,cd),R)为原来的2倍，原线圈中的电流也变为原来的2倍，故D正确。
二、真题与模拟
11．2016·全国卷Ⅰ]一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为( )
A．2 B．3
C．4 D．5
答案 B
解析 设原、副线圈匝数比为n，根据能量守恒，当S断开时，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；当S闭合时，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，联立解得n＝3，所以B正确。
12．2016·全国卷Ⅲ](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，两灯均能正常发光，下列说法正确的是( )
A．原、副线圈匝数比为9∶1
B．原、副线圈匝数比为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
答案 AD
解析 由题意知U＝10U灯，a、b均正常发光，则变压器输入电压U1＝9U灯，而输出电压U2＝U灯，所以原、副线圈匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝9∶1；而I1∶I2＝n2∶n1＝1∶9，所以两灯功率之比Pa∶Pb＝U灯I1∶U灯I2＝1∶9，选项A、D正确。
13．2016·天津高考]如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大
答案 B
解析 由于原、副线圈两端电压不变，当滑动变阻器滑动触头P向上滑动时，连入电路的电阻变大，所在电路总电阻变大，副线圈中电流减小，R1中电流减小，R1消耗的功率减小，A项错误；R1中电流减小，则R1两端电压减小，而副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数变大，B项正确；副线圈中电流减小，原线圈中电流随之减小，故C项错误；若闭合开关S，负载电路的总电阻减小，副线圈中电流增大，R1中电流增大，则R1两端电压升高，R2两端电压减小，A2示数变小，D项错误。
14. 2016·四川高考]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
答案 B
解析 设原、副线圈减少的匝数均为n，则根据变压比有，eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(U1,U2′)＝eq \f(n1－n,n2－n)，由于U2′＝eq \f(n2－n,n1－n)U1，U2＝eq \f(n2,n1)U1，因此U2′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。
15．2016·江苏高考]如图所示，一自耦变压器环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中( )
A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．U2