2012年高考物理第二轮复习 专题高效升级卷七 交流、变压器和远距离输电

专题高效升级卷七交流、变压器和远距离输电
（时间：60分钟满分：100分）
一、选择题（本题共10小题，每小题6分，共60分。

在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。

全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分）
1．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法中正确的是（）。

A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，交流电动势最小
D．该线圈相应的交流电动势图象如图乙所示
2．一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏。

为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上绕了5匝线圈，如图所示，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为（）。

A．1 100，360 B．1 100，180
C．2 200，180 D．2 200，360
3．我国“西电东送”采用高压直流输电，继三峡至常州500 kV直流输电工程后，又实现了三峡至广东的500 kV直流输电工程。

图示为其输电示意图。

关于高压直流输电，下列说法正确的有（）。

A ．有利于减小输电电流，从而减少输电导线上的能量损失
B ．有利于变压器直接改变输电电压，从而实现电网同步输送
C ．有利于消除输电线路中感抗和容抗的影响
D ．有利于降低对输电线路绝缘性能的要求
4．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R 1＝20 Ω，R 2＝30 Ω，C 为电容器。

已知通过R 1的正弦交流电如图乙所示，则（ ）。

图甲 图乙 A ．交流电的频率为0.02 Hz
B ．原线圈输入电压的最大值为200 2 V
C ．电阻R 2的电功率约为6.67 W
D ．通过R 3的电流始终为零
5．（2011·山东临沂二模，21）某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个理想的小变压器给一个灯泡供电，电路如图。

当线圈以较大的转速n 匀速转动时，额定电压为U 0的灯泡正常发光，电压表示数是U 1。

已知线圈电阻是r ，灯泡电阻是R ，则有（ ）。

A ．变压器输入电压的瞬时值是u ＝U 1sin2πnt
B ．变压器的匝数比是U 1∶U 0
C ．电流表的示数是U 20
RU 1
D ．线圈中产生的电动势最大值是
E ＝2U 1
6．（2011·山东潍坊一模）图甲是一教学演示用发电机构造示意图，线圈转动产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙。

发电机线圈电阻为0.5 Ω，外接电阻为2.5 Ω，则（ ）。

A ．线圈转速为50 r/s
B ．电压表的示数为2.5 V
C ．电路中电流的最大值为 2 A
D ．若线圈转速变为原来的2倍，外接电阻消耗的功率也变为原来的2倍
7．（2011·广东六校联考）如图所示，原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时，以下说法不正确．．．
的是（ ）。

A ．原、副线圈磁通量之比为2∶1
B ．原、副线圈电流之比为1∶2
C ．输入功率和输出功率之比为1∶1
D ．原、副线圈磁通量变化率之比为1∶1
8．（2011·浙江宁波八校联考）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则（ ）。

A ．电流表的示数为3
220A
B ．电流表的示数为32
220 A
C ．电源输出功率为1 200 W
D ．原线圈端电压为11 V
9．（2011·广东广州一模）下图是远距离输电的示意图，下列说法正确的是（ ）。

A ．a 是升压变压器，b 是降压变压器
B ．a 是降压变压器，b 是升压变压器
C ．a 的输出电压等于b 的输入电压
D ．a 的输出电压等于输电线上损失的电压
10．图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，P 为滑动头。

现令P 从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯L 两端的电压等于其额定电压为止。

用I 1表示流过原线圈的电流，I 2表示流过灯泡的电流，U 2表示灯泡两端的电压，N 2表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。

下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是（ ）。

二、计算题（本题共2小题，共40分。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。

有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
11．（20分）如图所示，边长为a 的单匝正方形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以
OO ′边为轴匀速转动，角速度为ω，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R ，求：
（1）线圈从图示位置转过π
2
的过程中产生的热量Q 。

（2）线圈从图示位置转过π
2
的过程中通过线圈某截面的电荷量q 。

12．（20分）三峡水利工程中某一水电站发电机组设计为：水以v 1＝3 m/s 的速度流入水轮机后以v 2＝1 m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低10 m ，水流量为Q ＝10 m 3
/s 。

水轮机效率为75%，发电机效率为80%，试问：
（1）发电机的输出功率是多少？
（2）如果发电机输出电压为240 V ，用户所需电压为220 V ，输电线路中能量损耗为5%，输电线的电阻共为12 Ω，那么所需的升、降压变压器的原、副线圈匝数比分别是多少？
答案与解析
1．BC 解析：由Φ-t 图知，在t ＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e ＝0，故A 、D 两项错误；由题图知T ＝0.04 s ，在t ＝0.01 s 时，Φ＝0，ΔΦ
Δt 最大，e 最大，则B
项正确；在t ＝0.02 s 时，Φ最大，ΔΦ
Δt
＝0，e ＝0，则C 项对。

2．B 解析：设新绕匝数为n 3，其电压为U 3。

根据U 1U 3＝n 1n 3，有n 1＝U 1U 3n 3＝220
1×5＝1 100；
又U 1U 2＝n 1n 2，有n 2＝U 2U 1n 1＝36
220
×1 100＝180。

3．AC 解析：由题图可知，发电厂发出的交流电，先经高压输送，后整流为直流再向远处输送，这样既有利于减小输电电流，减少输电导线上的能量损失，又有利于消除输电线路中感抗和容抗的影响。

4．C 解析：变压器不改变交流电的周期和频率，据题图乙可知交流电的周期为0.02 s 、频率为50 Hz ，A 错。

由图乙可知通过R 1的电流最大值为I m ＝1 A ，根据欧姆定律可知其最大电压为U m ＝I 1m R 1＝20 V ，再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200 V ，B 错；因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过R 3和电容器，D 错；
根据并联电路特点，可知电阻R 2的电功率P 1＝UR 22R 2＝
U 1m /22
R 2
＝
20/2
2
30
W ＝6.67 W ，C
对。

5．BC 解析：电压表示数为有效值，则变压器输入电压的最大值为2U 1，选项A 错误；根据变压规律U 1U 2＝n 1n 2知，n 1n 2＝U 1U 0
，选项B 正确；流过灯泡的电流即流过副线圈的电流I 2＝U 0/R ，
根据变流规律I 1I 2＝n 2n 1有，I 1I 2＝n 2n 1＝U 0U 1，解得I 1＝U 20
RU 1，选项C 正确；线圈中产生的电动势最大值
E m ，根据闭合电路的欧姆定律可得E m ＝U 1＋I 1r ＝U 1＋U 20r
RU 1
，选项D 错误。

6．ABC 解析：由题图乙可知，交流电的周期为T ＝0.02 s ，由T ＝1
n
可得，转速n ＝50 r/s ；
交流电的有效值为E ＝E m
2
＝3 V ，电压表的示数U ＝
E
R ＋r
R ＝2.5 V ；电路中电流的最大值为I m
＝
E m
R ＋r ＝ 2 A ；外电阻消耗的功率为P R ＝(
E
R ＋r
)2
R ，若转速变为原来的2倍，由E m ＝nBSω，
E ＝
nBSω
2
得，电动势变为原来的2倍，外接电阻消耗的功率变为原来的4倍。

7．A 解析：由于原、副线圈共用一个铁芯，故通过原、副线圈磁通量之比和原、副线圈磁通量变化率之比均为1∶1，选项A 错误而D 正确；由I 1∶I 2＝n 2∶n 1得，I 1∶I 2＝1∶2，选项B 正确；由于理想变压器不考虑变压器自身的功率损失，故选项C 正确，本题选择不正
确的选项，故应选A 。

8．A 解析：由题意知流经副线圈的电流I 2＝60220 A ＝3
11
A ，则电流表的示数(有效值)为
I 1＝n 2I 2n 1＝3
220
A ，选项A 正确而
B 错误；因为是理想变压器，故电源输出的功率即灯泡消耗的
功率，选项C 错误；由U 1＝
n 1U 2
n 2
＝4 400 V 知，选项D 错误。

9．A 解析：远距离输电先升压，再降压，选项A 正确而B 错误；由于输电线有电压损失，故a 的输出电压等于b 的输入电压与损失的电压之和，选项C 、D 均错。

10．BC 解析：滑动头P 从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，说明副线圈的匝数在均匀增大。

根据理想变压器原理U 1U 2＝n 1
n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝U 1n 2
kt 均匀增大(k 为单位时间内增加的匝数)，选项C 正确。

灯泡两端电压由零开始增大时，灯泡的电阻也增大，所描绘的伏安特性曲线应该为B ，选项B 正确、A 错误。

灯泡的功率先增大得快(电阻小)后增大得慢(电阻大)，选项D 错误。

11．答案：(1)πB 2
ωa 4
4R (2)Ba
2
R
解析：线圈中产生的热量需要从转动过程中交流电的有效值考虑；通过线圈截面的电荷量需从交流电的平均值考虑。

(1)线圈转动中感应电动势的峰值E m ＝Bωa 2
，感应电流的有效值为
I ＝I m
2＝E m
2R ＝Bωa 2
2R
线圈转过π/2的时间t ＝T 4＝π
2ω
，所以在转动过程中产生的热量为
Q ＝I 2
Rt ＝(E m
2R
)2
·R ·π2ω＝πB 2ωa
4
4R 。

(2)线圈转过π/2过程中的感应电动势和感应电流的平均值分别为
E ＝ΔΦΔt ＝Ba 2
π/2ω＝2Ba 2
ω
π，I ＝E R ＝2Ba 2
ωπR
所以，在转动过程中流过导体截面的电荷量为q ＝I t ＝2Ba 2ωπR ·π2ω＝Ba 2
R 。

12．答案：(1)6.24×105
W (2)1∶51 53∶1 解析：(1)水轮机的输出功率即发电机的输入功率，为 P 1＝75%×mgh ＋mv 2
1/2－mv 22/2
t
＝(Qρgh ＋Qρv 21－v 2
22
)×75%＝7.8×105
W 。

发电机的输出功率为
P 0＝P 1×80%＝6.24×105 W 。

(2)输电示意图如图所示。

发电机输出的电流I 1＝P 0U 1＝6.24×105
240
A ＝2 600 A
输电导线中的热损耗P 耗＝P 0×5%＝3.12×104
W 输电线路中的电流I 2＝
P 耗
R ＝ 3.12×10
4
12
A ＝51 A 所以升压变压器T 1的原、副线圈匝数比n 1n 2＝I 2I 1＝1
51。

降压变压器T 2的输出功率P ＝P 0－P 耗＝5.928×105
W 。

T 2的输出电流I 3＝P U ＝5.928×105220
A ＝2.7×103
A ，
所以降压变压器T 2的原、副线圈匝数比
n 3n 4＝I 3I 2＝2.7×10351＝53
1。