物理第10章 第2讲《变压器》《电能的输送》(人教版) Word版含解析

第2讲变压器电能的输送1．如图1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 ( )．图1A．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0C．S与b接通稳定后，R两端的电压为3 VD．S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2∶1解析S与a接通的瞬间，副线圈有瞬间的感应电流，A错误；S与a接通稳定后，理想变压器的原线圈电流稳定不变，副线圈电压为零，B正确；S与b接通稳定后，根据U1∶U2＝n1∶n2，可得R两端的电压为3 V，C正确；原、副线圈的频率相同，D错误．答案BC2．如图2所示为一种变压器的实物图，根据其铭牌上所提供的信息，以下判断正确的是( )．图2A．这是一个升压变压器B．原线圈的匝数比副线圈的匝数多C．当原线圈输入交流电压220 V时，副线圈输出直流电压12 VD．当原线圈输入交流电压220 V、副线圈接负载时，副线圈中电流比原线圈中电流小解析根据铭牌上所提供的信息可知：变压器的输入电压为220 V，输出电压为12 V，该变压器为降压变压器，故选项A错误，选项B正确；变压器的工作原理是电磁感应，故变压器的原、副线圈上的电压都为交流电压，选项C错误；由理想变压器的输出功率等于输入功率，且原线圈的电压大于副线圈的电压，故副线圈接负载时，副线圈中电流比原线圈中电流大，选项D错误．答案 B3．图甲是某燃气炉点火装置的原理图．转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2，○V 为交流电压表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于 5 000 V 时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体．以下判断正确的是( )图3A ．电压表的示数等于5 VB ．电压表的示数等于52 VC ．实现点火的条件是n 2n 1>1 000 D ．实现点火的条件是n 2n 1<1 000解析 交流电压表测的是交流电的有效值，对正弦交流电，其电压有效值U ＝U m2，所以B 正确、A 错误；根据题意，副线圈电压峰值大于5 000 V 时就可以点燃气体，对理想变压器n 2n 1＝U 2m U 1m >5 0005＝1 000，C 正确、D 错误． 答案 BC4．如图4所示，有一台交流发电机E ，通过理想升压变压器T 1和理想降压变压器T 2向远处用户供电，输电线的总电阻为R .T 1的输入电压和输入功率分别为U 1和P 1，它的输出电压和输出功率分别为U 2和P 2；T 2的输入电压和输入功率分别为U 3和P 3，它的输出电压和输出功率分别为U 4和P 4.设T 1的输入电压U 1一定，当用户消耗的电功率变大时，有( )．图4A ．U 2减小，U 4变大B ．U 2不变，U 3变小C ．P 1变小，P 2变小D ．P 2变大，P 3变大解析 当用户消耗的电功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P 1增大，输入电压U 1为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压U 2不变，由于P 1增大，由P 1＝U 1I 1＝P 2＝U 2I 2可得，I 1增加，P 2、I 2增加，由闭合电路欧姆定律得：U 3＝U 2－I 2R ，故U 3减小，降压变压器原、副线圈匝数不变，所以随U 3减小，U 4减小，A 错误，B 正确；由于用户消耗的电功率增加，即P 4增加，理想变压器无功率损耗可得：P 3＝P 4，功率P 3也增加，故C 错误，D 正确． 答案 BD5．一个不计电阻的矩形线圈绕在其平面内并且垂直于匀强磁场的轴匀速转动，产生的感应电动势图象如图5所示，并且接在原、副线圈匝数比为n 1n 2＝13的理想变压器原线圈两端，则( )．图5A ．变压器副线圈两端的电压为U 2＝108 VB ．感应电动势的瞬时值表达式为e ＝362sin 10πt VC ．t ＝0.2 s 时穿过线圈平面的磁通量变化率最大D ．t ＝0.1 s 时穿过线圈平面的磁通量最大解析 由题图象可知感应电动势的最大值为E m ＝36 2 V ，感应电动势的有效值为E ＝E m2＝36 V ，根据n 1n 2＝13可计算得U 2＝108 V ，A 对；由图象可知周期T ＝0.4 s ，ω＝2πT＝5 π，B 错；由图象可知t ＝0.1 s 时线圈平面和磁场方向平行，穿过线圈平面的磁通量最小为零，D 错；t ＝0.2 s 时线圈的感应电动势为零，穿过线圈平面的磁通量变化率最小，C 错． 答案 A6．图6甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝5∶1，电阻R ＝20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图乙所示．现将S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光．下列说法正确的是( )图6A ．输入电压u 的表达式u ＝202sin (50πt ) VB ．只断开S 2后，L 1、L 2均正常发光C ．只断开S 2后，原线圈的输入功率增大D ．若S 1换接到2后，R 消耗的电功率为0.8 W解析 由图象可知U m ＝20 2 V ，T ＝0.02 s ，故ω＝2πT＝100π rad/s ，即输入电压u 的表达式u ＝202sin (100πt )V ，所以A 项错误．断开S 2后两灯泡串联，总电压仍为4 V ，所以L 1、L 2均不能正常发光，B 项错误．根据P 入＝P 出＝U 2R可知断开S 2后R 增大，P 入变小，C 项错误．若S 1接2，由P ＝U 2R 可得P ＝4220W ＝0.8 W ，故答案为D.答案 D7．如图7所示，图(a)中的变压器是一理想变压器，其输出端输出电压信号如图(b)所示(图线为正弦曲线)，电路中电阻R ＝55 Ω，图中交流电流表、交流电压表为理想电表，其中电流表A 1与电流表A 2的读数之比为1∶4，下列说法中正确的是 ( )．图7A ．电压表V 1的示数为880 VB ．电压表V 2的示数为220 2 VC ．原线圈输入功率为220 WD ．原线圈中交变电压的频率为100 Hz解析 由题图(b)可知交流电的有效值为220 V ，电压表V 2测副线圈两端电压，故示数为220 V ，B 错；交流电的周期为0.02 s ，频率为50 Hz ，D 错；根据U 1I 1＝U 2I 2得：U 1＝880 V ，A 对；副线圈的输出功率为U 22R＝880 W ，等于原线圈的输入功率，故C 错．答案 A8．如图8所示，T 为理想变压器，A 1、A 2为理想交流电流表，V 1、V 2为理想交流电压表，R 1、R 2为定值电阻，R 3为光敏电阻(光照增强，电阻减小)，原线圈两端接恒压正弦交流电源，当光照增强时( )．图8A ．电压表V 1示数变小B ．电压表V 2示数变大C ．电流表A 1示数变大D ．电流表A 2示数变大解析 变压器的输入电压一定，则输出电压不变，电压表V 1的示数不变，A 选项错；当入射光增强时，光敏电阻R 3的阻值迅速减小，变压器的负载总阻值减小，则由P 出＝U 2R 总＝I 22R总知，变压器的输出功率增加了，电流表A 2的示数变大了，D 选项对；再由P 入＝UI 1＝P出知，电流表A 1的示数变大，C 选项对；变压器的输出电压不变，而R 1两端的电压增加了，则电压表V 2的示数变小，B 选项错． 答案 CD9．2011年9月28日，中国第二条特高压交流电项目获批，国家电网副总经理舒印彪表示：该公司第二条特高压交流电项目已获得发改委批准，投资规模、线路长度和输电容量都比之前项目大一倍以上．如图9所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U 1＝250 V ，输出功率P 1＝100 kW ，输电线电阻R ＝8 Ω.则进行远距离输电时，下列说法中正确的是( )图9A ．若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小B ．若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大C ．输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数比n 1n 2＝116D ．用10 000 V 高压输电，输电线损耗功率为8 000 W解析 由U 1U 2＝n 1n 2知U 1不变时，U 2也不变，故B 错误；由U 3＝U 2－P 1U 2R 知，电站的输出功率突然增大，U 3减小，又U 3U 4＝n 3n 4，故U 4也减小，A 正确；I 1＝P 1U 1＝400 A ，I 2＝ΔPR＝25 A ，I 2I 1＝n 1n 2＝25400＝116，所以C 正确；用10 000 V 高压输电，即U 2′＝10 000 V ，I 2′＝P 1U 2′＝10 A ，ΔP ′＝I 2′2R ＝8×102W ，所以D 错误． 答案 AC10．如图10所示，50匝矩形闭合导线框ABCD 处于磁感应强度大小B ＝210T 的水平匀强磁场中，线框面积S ＝0.5 m 2，线框电阻不计．线框绕垂直于磁场的轴OO ′以角速度ω＝200 rad/s 匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220 V,60 W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10 A ，下列说法正确的是 ( )．图10A ．图示位置穿过线框的磁通量变化率不为零B ．线框中产生交变电压的表达式为u ＝5002sin (200t ) VC ．变压器原、副线圈匝数之比为50∶11D ．允许变压器输出的最大功率为2 200 W解析 图示位置穿过线框的磁通量最大，但由于没有边切割磁感线，所以无感应电动势，磁通量的变化率为零，A 选项错误；线框中交变电压u ＝NBS ωsin ωt ＝5002sin (200t )V ，B 选项正确；变压器原、副线圈匝数之比n 1n 2＝U 1U 2＝500220＝2511，C 选项错误；变压器输出的最大功率等于输入的最大功率P ＝UI ＝500×10 W＝5 000 W ，D 选项错误． 答案 B11．某同学自制变压器，原线圈为n 1匝，在做副线圈时，将导线ab 对折后并在一起，在铁芯上绕n 2圈，从导线对折处引出一个接头c ，连成如图11所示电路．S 为单刀双掷开关，线圈电阻不计，原线圈接u 1＝U m sin ωt (V)的交流电源．下列说法正确的是 ( )．图11A ．S 接b 时，电压表示数为2n 2U mn 1B ．S 接c 时，电压表示数为2n 2U m2n 1C ．S 接c 时，滑动触头P 向下移动，变压器输入功率变大D ．S 接c 时，滑动触头P 向上移动，变压器输入电流变大解析 S 接b 时，副线圈属于双线绕法，不论原线圈中交流电源如何变化，副线圈中都不会产生感应电动势，所以电压表示数为零，选项A 错误；S 接c 时，根据理想变压器的电压比关系U 1∶n 1＝U 2∶n 2，且U 1＝U m2，解得U 2＝2n 2U m2n 1，选项B 正确；S 接c 时，滑动触头P 向下移动，连入电路的有效电阻增大，P 入＝P 出＝U 22R减小，选项C 错误；滑动触头P 向上移动，连入电路的有效电阻减小，副线圈中的电流I 2＝U 2R增大，因U 2I 2＝U 1I 1，所以变压器输入电流I 1变大，选项D 正确． 答案 BD12．在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有一个小型发电站，输送的电功率为P ＝500 kW ，当使用U ＝5 kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h.求： (1)输电效率η和输电线的总电阻r ；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？解析 (1)输送功率P ＝500 kW ，一昼夜输送电能E ＝Pt ＝12 000 kW·h 输电线上损失的电能ΔE ＝4 800 kW·h 终点得到的电能E ′＝E －ΔE ＝7 200 kW·h， 所以输电效率η＝E ′E ＝60% 输电线上的电流I ＝P U＝100 A输电线损耗功率P r ＝I 2r ，其中P r ＝ΔE t＝200 kW得r ＝20 Ω.(2)输电线上损耗功率P r ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U2r ∝1U2原来P r ＝200 kW ，现在要求P r ′＝10 kW ， 解得输电电压应调节为U ′＝22.4 kV. 答案 (1)60% 20 Ω (2)22.4 kV。