专题12-2 变压器、电能的输送高效演练-2018领军高考物理真题透析 含解析 精品

1．如图所示，半径为L＝1 m的金属圆环，其半径Oa是铜棒，两者电阻均不计且接触良好．今让Oa以圆心O为轴，以角速度ω＝10 rad/s匀速转动，圆环处于垂直于环面、磁感应强度为B＝2 T的匀强磁场中．从圆心O引出导线，从圆环上接出导线，并接到匝数比为n1∶n2＝1∶4的理想变压器原线圈两端．则接在副线圈两端的理想电压表的示数为( )
A．40 V B．20 V
C．80 V D．0
【答案】D.
【解析】由于Oa以圆心O为轴，以角速度ω＝10 rad/s匀速转动，产生恒定的感应电动势，变压器铁芯中磁通量不变，接在副线圈两端的理想电压表的示数为0，选项D正确．
2．有一理想变压器，副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为规格相同的两只小灯泡．当S断开时，灯L1正常发光．S闭合后，下列说法正确的是( )
A．灯L1、L2都能正常发光
B．原线圈的输入功率减小
C．原、副线圈的电流比增大
D．电阻R消耗的功率增大
【答案】D.
3．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.
4．一自耦变压器如图所示，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＜U1，U2降低D．U2＜U1，U2升高
【答案】C.
【解析】由图可知，cd间的线圈为整个线圈的一部分，故其匝数比作为原线圈的整个线圈的匝数少，根据变压器的电压与匝数的关系可知，U2＜U1，当触头由M点顺时针旋转到N点的过程中，cd间的线圈的匝数减少，所以输出电压降低，选项C正确．
5．如图所示，变压器输入有效值恒定的电压，副线圈匝数可调，输出电压通过输电线输送给用户(电灯等用电器)，R表示输电线的电阻，则( )
A．用电器增加时，变压器输出电压增大
B．要提高用户的电压，滑动触头P应向上滑
C ．用电器增加时，输电线的热损耗减小
D ．用电器增加时，变压器的输入功率减小 【答案】B.
6．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，R 1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A 1示数变大
D ．若闭合开关S ，则电流表A 1示数变大，A 2示数变大 【答案】B.
【解析】由题知，U 1不变，n 1n 2
不变，故U 2不变．当P 向上滑动时，R 滑变大，R 总变大，R 两端电压即电压表示数变大，U R 1减小，I R 1减小，则P R 1减小，A 错误，B 正确．因为I R 1减小，n 1n 2
不变．由I 1＝n 2n 1I R 1知I 1减小，C 错误．若闭合开关S ，则总电阻减小，由I R 1＝U 2
R 总
知I R 1增大，U R 1增大，U R 2减小，电流表A 2的示数减小，D 错误．
7．图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T 的原、副线圈匝数分别为n 1、n 2，在T 的原线圈两端接入一电压u ＝U m sin ωt 的交流电源，若输送电功率为P ，输电线的总电阻为2r ，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )
A.⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 2U 2
m
4r
B.⎝ ⎛⎭⎪⎫n 2n 1U 2
m 4r
C ．4⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22⎝ ⎛⎭
⎪⎫P U m 2r D ．4⎝ ⎛⎭⎪⎫n 2n 12⎝ ⎛⎭
⎪⎫P U m 2r
【答案】C.
【解析】升压变压器T 的原线圈两端电压的有效值为U 1＝
U m
2
；由变压关系可得U 1U 2＝n 1
n 2，则U 2
＝
n 2U m 2n 1
；因为输送电功率为P ，输电线中的电流为I 2＝P U 2＝2n 1P
n 2U m ，则输电线上损失的电功率
为ΔP ＝I 2
2
(2r )＝4n 21P 2
r
n 22U 2m
，故选项C 正确．
8．一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示．发电机到安置区的距离是400 m ，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10
－4
Ω，安置区家用电器的总功率为44 kW ，当这些额定电压为220 V 的家用电器都正常工作
时( )
A.输电线路中的电流为B ．发电机的实际输出电压为300 V C ．在输电线路上损失的电功率为8 kW
D ．如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300 V 【答案】C.
9．(多选)交流发电机和理想变压器如图连接，灯泡的额定电压为U 0，灯泡与定值电阻的阻值均为R .当该发电机以转速n 匀速转动时，电压表示数为U ，灯泡恰能正常发光．设电表均为理想电表，图示位置时磁场恰与线圈平面垂直，则( )
A ．变压器原副线圈匝数比为2U 0∶U
B ．电流表的示数为2U 2
RU
C ．在图示位置时，发电机输出电压的瞬时值恰为零
D ．从图示位置开始计时，变压器输入电压的瞬时值表达式为e ＝U sin 2n πt 【答案】BC.
【解析】因灯泡正常发光，则其两端电压为额定电压U 0，又因灯泡与定值电阻的阻值相等，则定值电阻两端电压也为U 0，故副线圈两端电压为2U 0，因电压表测原线圈两端电压，则原线圈两端电压为U ，则U 1U 2＝n 1n 2可知，变压器原副线圈匝数比为n 1n 2＝
U 2U 0，由I 1I 2＝n 2n 1，可知I 1I 2＝2U 0
U
，又I 2＝U 0R ，所以电流表示数为I 1＝2U 2
RU
，B 正确；图中线框正处于中性面位置，产生的电压瞬时值
为零，所以C 正确；从图示位置开始计时，变压器的输入电压的瞬时值表达式为e ＝2U sin 2n πt ，所以D 错误．
10．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示．发电机的输出电压为220 V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原、副线圈匝数分别为n 1、n 2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n 3、
n 4，变压器均为理想变压器．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )
A.n 2n 1＞n 3n 4
B.n 2n 1＜n 3n 4
C ．要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比n 1n 2，同时减小降压变压器的匝数比n 3n 4
D ．要减小线路的损耗，应减小升压变压器的匝数比n 1n 2
，同时增大降压变压器的匝数比n 3n 4
【答案】AD.
11．(多选)如图所示，甲图是一理想变压器，原、副线圈的匝数比为100∶1.若向原线圈输入图乙所示的正弦交变电流，图中R t 为热敏电阻(阻值随温度升高而变小)，R 1为可变电阻，电
压表和电流表均为理想电表，下列说法中正确的是( )
A．在t＝0.005 s时，电压表的示数约为50.9 V
B．变压器原、副线圈中的电流之比为100∶1
C．R t温度降低时，适当增大R1可保持R t两端的电压不变
D．R t温度升高时，电压表的示数不变、电流表的示数变大
【答案】CD.
12．(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，原线圈接交流电源和交流电压表，副线圈接有“220 V440 W”的热水器、“220 V220 W”的抽油烟机．如果副线圈电压按图乙所示规律变化，则下列说法正确的是( )
A．副线圈两端电压的瞬时值为u＝2202sin 100πt(V)
B．交流电压表的示数为1 100 2 V
C．1 min内变压器输出的电能为3.96×104 J
D．热水器的发热功率是抽油烟机发热功率的2倍
【答案】AC.
13．图甲为一理想变压器，ab 为原线圈，ce 为副线圈，d 为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u －t 图象如图乙所示．若只在ce 间接一只R ce ＝400 Ω的电阻，或只在de 间接一只R de ＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为P ＝80 W.
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式；
(2)求只在ce 间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I 1；(3)求ce 和de 间线圈的匝数比n ce
n de
. 【答案】(1)u ab ＝400sin 200πt (V) (2)0.28 A ⎝ ⎛⎭
⎪⎫
或
25 A (3)43
【解析】(1)由题图乙知周期T ＝0.01 s ，u ab 最大值为U m ＝400 V ，所以角速度ω＝2π
T
＝200π
rad/s
电压瞬时值u ab ＝400sin 200πt (V) (2)电压有效值U 1＝
U m
2
＝200 2 V
理想变压器输入功率P 1＝P 原线圈中的电流I 1＝P 1U 1
解得I 1＝
2
5
A≈0.28 A (3)设ab 间匝数为n 1， 则U 1n 1＝
U ce n ce 同理U 1n 1＝U de
n de
由题意知U 2ce R ce ＝U 2de
R de
，
解得
n ce
n de ＝ R ce
R de 代入数据得n ce n de ＝43。