(新人教版)新版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 变压器的动态分析 远距离输电练习 沪科版选修3-2【提

微型专题5 变压器的动态分析 远距离输电
一、选择题
考点一 变压器电路的动态分析
1.如图1所示，理想变压器原线圈输入电压u ＝U m sin ωt ，副线圈电路中R 0为定值电阻，R 是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U 1和U 2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I 1和I 2表示.下列说法正确的是( )
图1
A.I 1和I 2表示电流的平均值
B.U 1和U 2表示电压的最大值
C.滑片P 向下滑动过程中，U 2不变、I 1变大
D.滑片P 向下滑动过程中，U 2变小、I 2变大 答案 C
解析 电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A 、B 错误.根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1
U 1，
U 1不变，U 2不变，滑片P 向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，由闭合回路欧姆定律知I 2变大，根据I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2
n 1
I 2，I 1变大，故C 正确，D 错误.
2.(多选)为保证用户电压稳定在220 V ，变电所需适时进行调压，图2甲为变压器示意图.保持输入电压u 1不变，当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压.某次检测得到用户电压u 2随时间t 变化的曲线如图乙所示.以下说法正确的是( )
图2
A.u 2＝1902sin (50πt ) V
B.u 2＝1902sin (100πt ) V
C.为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当下移
D.为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当上移 答案 BD
解析 由电压u 2随时间t 变化的曲线可知，用户电压的最大值是190 2 V ，周期是2×10－2
s ，所以u 2＝1902sin (100πt ) V ，A 错误，B 正确；根据n 1n 2＝U 1
U 2
，n 1减小，U 2增大，因此为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当上移，C 错误，D 正确.
3.如图3所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为
R 的输电线对用电器供电，设两个灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的滑片P
向N 移动，会出现的现象是( )
图3
A.电流表的示数变大，灯泡L 1、L 2均变暗
B.电流表的示数变小，灯泡L 1、L 2均变暗
C.电流表的示数变大，灯泡L 1变亮，L 2变暗
D.电流表的示数不变，灯泡L 1变暗，L 2变亮 答案 C
解析 副线圈输出电压不变，滑动变阻器的滑片P 向N 移动的过程中，并联部分电阻减小，副线圈中的电流增大，但因为灯泡L 2两端的电压减小，所以通过灯泡L 2的电流减小，又因为总电流增大，所以通过灯泡L 1的电流增大，即灯泡L 1变亮，灯泡L 2变暗.副线圈上的电流增大，根据I 1＝n 2n 1
I 2可知，输入电流变大，电流表的示数变大.
4.(多选)如图4所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线的等效电阻为R .开始时，开关S 断开.当开关S 接通时，以下说法中正确的是 ( )
图4
A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小
B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压增大
C.通过灯泡L 1的电流减小
D.原线圈中的电流增大 答案 BCD
解析 由于输入电压和原、副线圈匝数比不变，所以当S 接通时，理想变压器副线圈M 、N 两端输出电压不变，故A 项错误.
并联灯泡L 2，总电阻变小，由闭合电路欧姆定律知，流过R 的电流增大，副线圈输电线等效电阻上的电压U R ＝IR 增大，故B 项正确.
副线圈输出电流I 2增大，输入功率等于输出功率即，I 1U 1＝I 2U 2，则原线圈输入电流I 1也增大，故D 项正确.
U MN 不变，U R 变大，所以U L 1变小，流过灯泡L 1的电流减小，故C 项正确.
5.(多选)调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图5所示.线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上，CD 之间加上输入电压，转动滑动触头P 就可以调节输出电压，图中为交流电流表，
为交流电压表，R 1、R 2为定值电阻，R 3为滑动变阻器，CD 两端接恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，以下说法正确的是( )
图5
A.当滑动触头P 逆时针转动时，电流表读数变大，电压表读数变大
B.当滑动触头P 逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大
C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变小，电压表读数变大
D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变小 答案 AD
解析 当滑动触头P 逆时针转动时，相当于增加了副线圈的匝数，而原线圈匝数保持不变，根据U 1U 2＝n 1
n 2
可知，输出电压增大，其他因素不变时，电压表读数变大，电流表读数变大，故A 正确，B 错误；当线圈匝数不变而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时，输出电压不变，总电阻减小，则总电流增大，R 1两端电压增大，R 2两端电压减小，电压表读数变小，流过R 2的电流减小，因此，流过R 3的电流增大，电流表读数变大，故C 错误，D 正确. 考点二 远距离高压输电问题
6.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图6甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙所示.输电线的总电阻为r ，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2，降压变压器原、副线圈的匝数分别为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( )
图6
A.乙图中电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin 100πt (V)
B.乙图中电压的有效值和用电器的额定电压都是220 V ，所以n 1n 2＝n 4n 3
C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 答案 AD
解析 由于输电线上的电阻会损失电压、电功率，使得U 2>U 3，故P 2>P 3，选项D 正确；因为
n 1n 2
＝U 1U 2，n 4n 3＝U 4U 3，又由于U 1＝U 4＝220 V ，U 2>U 3，所以n 1n 2<n 4n 3
，选项B 错误；由交流电及变压器基础知识可知选项A 正确，C 错误.
7.(多选)下列关于远距离高压直流输电的说法中，正确的是( ) A.直流输电系统只在输电环节是直流，而在发电环节和用电环节是交流 B.直流输电系统只在发电环节和用电环节是直流，而在输电环节是交流 C.整流器将交流变直流，逆变器将直流变交流 D.逆变器将交流变直流，整流器将直流变交流 答案 AC
解析 直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成，在整流站通过整流器将交流电变换为直流电，在逆变站利用逆变器将直流电变换为交流电.因此选项A 、C 正确. 8.如图7所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则( )
图7
A.用户用电器上交流电的频率是100 Hz
B.发电机输出交流电的电压有效值是500 V
C.输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
D.当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小 答案 D
解析 由题图u －t 图像可知，交流电的周期T ＝0.02 s ，故频率f ＝1
T
＝50 Hz ，选项A 错误；
交流电的电压最大值U m ＝500 V ，故有效值U ＝
U m
2
＝250 2 V ，选项B 错误；输电线上的电流
由降压变压器副线圈上的电流和降压变压器原、副线圈的匝数比决定，选项C 错误；当用户用电器的总电阻增大时，降压变压器副线圈上的电流减小，根据变压器变流比，降压变压器原线圈(输电线)上的电流减小，根据P ＝I 2
R 得，输电线损失的功率减小，选项D 正确. 9.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图8所示，发电机通过升压变压器T 1和降压变压器T 2向用户供电.已知输电线的总电阻为R ，降压变压器T 2的原、副线圈匝数之比为4∶1，降压变压器副线圈两端交变电压u ＝2202sin (100πt ) V ，降压变压器的副线圈与阻值R 0＝11 Ω的电阻组成闭合电路.若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是( )
图8
A.通过R 0的电流有效值是20 A
B.降压变压器T 2原、副线圈的电压比为4∶1
C.升压变压器T 1的输出电压等于降压变压器T 2的输入电压
D.升压变压器T 1的输出功率大于降压变压器T 2的输入功率 答案 ABD
解析 降压变压器副线圈两端交变电压有效值为22022 V ＝220 V ，负载电阻为11 Ω，所以
通过R 0的电流的有效值是20 A ，故A 正确；因为降压变压器T 2的原、副线圈匝数之比为4∶1，所以降压变压器T 2原、副线圈的电压之比为4∶1，故B 正确；由于输电线有电阻导致降压变压器T 2的输入电压低于升压变压器T 1的输出电压，故C 错误；由于输电线上电阻消耗功率，所以升压变压器T 1的输出功率大于降压变压器T 2的输入功率，故D 正确.
10.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图9所示，发电机的输出电压为200 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( )
图9
A.n 2n 1>n 3
n 4 B.n 2n 1<n 3n 4
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 答案 AD
解析 由于输电线上的电压损失，故升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，故选项C 错误；由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D 正确；U 2U 1＝n 2n 1，U 3U 4＝n 3n 4，因为U 1＝200 V<U 4＝220 V ，U 2>U 3＝U 2－U 线，故n 2n 1>n 3n 4
，选项A 正确，B 错误.
11.(多选)图10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警报警系统原理图，其中R 1为一定值电阻，R 2为热敏电阻，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).未发生火情时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的是( )
图10
A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 Hz
B.未发生火情时，远距离输电线路损耗功率为180 kW
C.当R 2所在处发生火情时，电压表V 的示数变大
D.当R 2所在处发生火情时，输电线上的电流变大
答案 AD
解析 由题图乙知交流电的周期为0.02 s ，所以频率为50 Hz ，变压器不改变交流电的频率，A 正确；由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为250 V ，根据升压变压器变压规律知副线圈两端电压为25 000 V ，所以输电线中的电流为I ＝P
U
＝30 A ，输电线损失的电压为ΔU ＝IR ＝30×100 V＝3 000 V ，输电线路损耗功率为ΔP ＝I ΔU ＝90 kW ，B 错误；当R 2所在处发生火情时其阻值减小，副线圈中电流增大，根据降压变压器变流规律知输电线上的电流变大，D 正确；当R 2所在处出现火情时，输电线电流增大，分压增大，降压变压器两端的电压变小，根据串联分压，R 1两端电压增大，故电压表V 的示数变小，C 错误. 二、非选择题
12.某发电站通过燃烧煤来发电.发电站通过理想升压变压器、输电线和理想降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kW ，输出电压是240 V ，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶25，输电线的总电阻为10 Ω，用户需要的电压为220 V.则： (1)输电线上损失的电功率为多少？ (2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？ 答案 (1)4 000 W (2)290∶11 解析 画出输电线路图如图所示
(1)根据理想变压器的变压规律U 1U 2＝n 1n 2
得输电电压U 2＝n 2n 1U 1＝25
1×240 V＝6 000 V
输电电流I 2＝P U 2＝120×103
6 000
A ＝20 A
输电线上损失的电功率
ΔP ＝I 22
r ＝202
×10 W＝4 000 W. (2)输电线上损失的电压 ΔU ＝I 2r ＝20×10 V＝200 V
降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－ΔU ＝6 000 V －200 V ＝5 800 V 根据理想变压器的变压规律得
n 3n 4＝U 3U 4＝5 800 V 220 V ＝290
11
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