2020版高考物理(山东版)总复习：第十二章 第2讲 变压器 远距离输电

第2讲变压器远距离输电
(实验:探究变压器电压与线圈匝数的关系)
A组基础过关
1.(2018河北定州中学模拟)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上,副线圈接入“3 V 6 W”灯泡一只,且灯泡正常发光。

则()
A.原线圈两端电压为3 V
B.电源输出功率为120 W
C.电流表的示数为0.1 A
D.电流表的示数为40 A
答案C根据电压与匝数成正比可知,原线圈两端电压为60 V,故A错误;理想变压器的输入功率和输出功率大小相等,在副线圈中只有一只6 W的灯泡正常发光,所以输入功率和输
出功率的大小都为6 W,故B错误;根据理想变压器输入功率为6 W,则原线圈的电流I=P
U =6 60
A=0.1 A,故选项C正确,选项D错误。

2.如图所示,理想变压器的原线圈接入u=11 000√2sin 100πt(V)的交变电压,副线圈通过电阻r=6 Ω的导线对“220 V880 W”的电动机M供电,该电动机正常工作。

由此可知()
A.原、副线圈的匝数比为50∶1
B.交变电压的频率为100 Hz
C.副线圈中电流的有效值为4 A
D.变压器的输入功率为880 W
答案C由题可知,副线圈输出电压U2=220 V+U r,n1
n2=U1
U2
=11000V
220V+U r
<50
1
,故A错误;f=50 Hz,故B
错误;I2=880
220
A=4 A,故C正确;由于理想变压器P入=P出=I22r+880 W>880 W,故D错误。

3.我国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。

假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P。

在保持输送电功率和输电线
电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV 特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率将变为( ) A.P
4
B.P
2
C.2P
D.4P
答案 A 由P=UI 知,远距离输电问题中,若输送电功率不变,则输电电压与输电电流成反比,所以用1 000 kV 特高压输电时,输电电流变为原来输电电流的一半,由P=I 2R 知,输电线上损耗的电功率与输电电流的平方成正比,所以输电线上损耗的电功率变为原来输电线上损耗的电功率的1
4,即P
4,A 正确。

4.(2016四川理综,2,6分)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 由U 1U 2
=n 1n 2
得U 2=n
2n 1
U 1①
由U 1U 2
'=n 1-Δn
n 2
-Δn 得
U 2'=n 2-Δn
n 1
-Δn U 1②
由②/①得:U 2'U 2
=(n 2-Δn)n 1(n 1
-Δn)n 2
=n 2n 1-Δnn 1n 2n 1
-Δnn 2
,因为n 2<n 1,所以U 2'
U 2
<1,即U 2'<U 2,故小灯泡变暗,B 正确,A
错。

由以上分析过程可以看出,C 错。

由I 1I 2
=n 2n 1
和I 1'I 2
'=n 2-Δn
n 1
-Δn 可见,D 错。

5.(多选)(2019湖北恩施一中期末)如图,矩形线圈abcd 与理想变压器原线圈组成闭合电路,线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc 边匀速转动,磁场只分布在bc 边的左侧,磁感应强度大小为B,线圈面积为S,转动角速度为ω,匝数为N,线圈电阻不计。

下列说法正确的是( )
A.将原线圈触头P 向上滑动时,灯泡变暗
B.电容器的电容C 变大时,灯泡变暗
C.图示位置时,矩形线圈中瞬时感应电动势最大
D.若线圈abcd 转动的角速度变为2ω,则变压器原线圈电压的有效值为NBSω
答案 AD 将原线圈触头P 向上滑动时,原线圈匝数变多,根据变压比公式U 1U 2
=n
1n 2
,输出电压减
小,故灯泡会变暗,故A 正确;电容器的电容C 变大时,容抗减小,故电流增大,灯泡变亮,故B 错误;线圈处于图示位置时,是中性面位置,感应电动势的瞬时值为零,故C 错误;根据电动势最大值公式E m =NBSω知,若线圈转动的角速度变为2ω,则最大值变为原来的2倍,则有
(
NBS ·2ω√2
)2
R
·T 2=U 2R
·T,解得电压有效值U=NBSω,故D 正确。

6.如图甲所示为一自耦变压器,变压器的原线圈AB 端输入电压如图乙所示,副线圈电路中定值电阻R 0=11 Ω,电容器C 的击穿电压为22 V,移动滑片P 使电容器刚好不会被击穿,所有电表均为理想电表,下列说法正确的是( )
A.电压表的示数为220 V
B.原、副线圈的匝数比为10∶1
C.电流表的示数等于通过电阻R 0的电流
D.原线圈AB 端输入电压的变化规律为u=311 sin πt V
答案 A 由题图乙知,原线圈输入电压的有效值即电压表的示数为
√2
=220 V,A 正确;由题
意知,电容器的击穿电压等于副线圈输出电压的最大值,则有效值为√
2 V=11√2 V,所以原、副线圈的匝数比为311∶22,B 错误;电容器通交流电,所以电流表的示数大于通过电阻R 0的电流,C 错误;由题图乙知交流电的周期T=0.02 s,所以ω=100π rad/s,则原线圈AB 端输入电压的变化规律为u=311 sin 100πt V,D 错误。

7.如图所示,电路中理想变压器原线圈匝数n 1=1 000,两个副线圈匝数分别为n 2=500、n 3=200,分别接一个阻值为R=55 Ω的电阻,在原线圈上接入U 1=220 V 的交流电源。

则两副线圈输出电功率之比P
2P 3
和原线圈中的电流I 1分别是( )
A.5
2,2.8 A
B.2
5,2.8 A C.254,1.16 A
D.4
25,1.16 A
答案 C
对两个副线圈,有U 1U 2=n 1n 2,U 1U 3=n
1n 3,所以
U 2=110 V,U 3=44 V,又
P=U 2R ,所以P 2P 3=U 22U 32
=254
;由欧姆定律得I 2=U
2R =2 A,I 3=U
3R =0.8 A,对有两个副线圈的理想变压器有n 1I 1=n 2I 2+n 3I 3,得I 1=1.16 A,C 正确。

8.(2018河北定州中学模拟)如图,利用理想变压器进行远距离输电,发电厂的输出电压恒定,输电线路的电阻不变,当用电高峰到来时( )
A.输电线上损耗的功率减小
B.电压表V 1的示数减小,电流表A 1的示数增大
C.电压表V 2的示数增大,电流表A 2的示数减小
D.用户功率与发电厂输出功率的比值减小
答案 D 当用电高峰到来时,用户消耗的功率变大,则电流表A 2的示数变大,输电线上的电流变大,输电线上损耗的功率变大,选项A 错误;电流表A 1的示数增大,因为发电厂的输出电压恒定,则升压变压器的次级线圈电压不变,即电压表V 1的示数不变,选项B 错误;输电线上的电压损失变大,故降压变压器的初级线圈电压减小,降压变压器次级线圈电压也减小,即电压表V 2的示数减小,选项C 错误;用户功率占发电厂输出功率的比例为
P -P 损
P =1-I 2R U 1I =1-ΔU
U 1
,因为输电
线上的电流增大,则电压损失ΔU 增大,U 1不变,所以用户功率占发电厂输出功率的比例减小,故D 正确。

9.(多选)(2018福建福州模拟)如图甲所示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,其输入电压变化规律如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100 Ω。

降压变压器副线圈电路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为用半导体热敏材料制成的传感器,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)。

未出现火警时,升压变压器的输入功率为750 kW。

下列说法中正确的有()
甲
乙
A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 Hz
B.远距离输电线路损耗的功率为180 kW
C.当传感器R2所在处出现火警时,电压表V的示数变大
D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变大
答案AD由题图乙知,交流电的周期为T=0.02 s,所以频率为f=1
=50 Hz,A正确;由题图乙
T
知,升压变压器输入端电压有效值为250 V,根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比知,升压变压器副线圈电压为25 000 V,所以输电线中的电流I=P
=30 A,输电线损失的电压
U
ΔU=IR线=30×100 V=3 000 V,输电线路损耗的功率ΔP=ΔU·I=90 kW,B错误;当传感器R2所在处出现火警时,其阻值减小,升压变压器副线圈两端电压不变,输电线路中电流增大,降压变压器副线圈中电流增大,定值电阻所分电压增大,而降压变压器副线圈两端电压减小,所以电压表V的示数变小,C错误,D正确。

10.(多选)钳形电流表的外形和结构如图甲所示。

图甲中电流表的读数为0.9 A,图乙中用同一电缆线绕了3匝,则()
A.这种电流表能测出交变电流的有效值
B.这种电流表既能测直流电流,又能测交变电流
C.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为0.3 A
D.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为2.7 A
答案 AD 这种电流表只能测交变电流,而且测量的是交变电流的有效值,故A 正确,B 错误;根据输入功率和输出功率的关系有P 1=P 2,即U 1I 1=U 2I 2,所以:I 1I 2
=n
2n 1
,由题意可知:当n 1=1
匝,I 2=0.9 A 时,有I 1
0.9A =n 21,当n 1=3匝时,有I 1I 2
'=n
23,解得I 2'=2.7 A,故C 错误,D 正确。

11.(多选)(2018广西南宁二中等三校联考)如图所示,一理想变压器原线圈匝数n 1=1 100匝,副线圈匝数n 2=200匝,原线圈接交变电源,电压u=220√2 sin 100πt(V)。

副线圈接电动机,电动机内阻为5 Ω,电流表A 2示数为2 A,电表对电路的影响忽略不计。

则( )
A.此交流电的频率为100 Hz
B.电压表示数为220 V
C.此电动机输出功率为60 W
D.电流表A 1示数为10 A
答案 BC 此交流电的频率为f=ω
2π=50 Hz,所以A 错误;电压表的示数为电路的有效电压值,其大小为U 1=
√2
√2
V=220 V,选项B 正确;副线圈两端电压U 2=n 2n 1
U 1=200
1100×220 V=40 V,则电动
机的总功率P 总=U 2I 2=80 W,电动机输出功率P 出=P 总-I 22r=60 W,选项C 正确;电流表A 1示数为I 1=n 2n 1
I 2=2001100×2 A=4
11 A,选项D 错误。

B 组 能力提升
12.如图甲所示的电路中,S 为单刀双掷开关,电表为理想电表,R t 为热敏电阻(其阻值随温度的升高而减小),理想变压器原线圈接图乙所示的正弦式交流电,则( )
A.变压器原线圈中交流电压u 的表达式u=110√2· sin 100πt (V)
B.S 接在a 端,R t 温度升高时,变压器的输入功率变小
C.S 接在a 端,R t 温度升高时,电压表和电流表的示数均变大
D.S由a切换到b,R t消耗的功率变大
答案A由题图乙所示的交变电流图像,可知电压最大值为110√2V,周期为0.02 s,所以ω=100π rad/s,交流电压u的表达式为u=110√2sin 100πt (V),A项正确;副线圈两端的电压由变压器匝数比和输入电压决定,故温度升高时,R t电阻值减小,但其两端电压不变,电压表示数
不变,C项错;由P=U 2
R
可知,副线圈两端电压不变,负载电阻减小时,变压器输出功率增大,故其输入功率也随之增大,B项错;S由a切换到b,副线圈匝数减小,故输出电压减小,R t电阻不变,
由P=U 2
R
知,消耗的功率减小,D项错。

13.(2018湖南长沙长郡中学模拟)为了浴室用电安全,某同学用理想变压器降压给浴室供电;如图所示,理想变压器原线圈输入交变电压u=311 sin 100πt(V),变压器原、副线圈匝数比为5∶1,已知照明灯额定功率为66 W,排气扇电动机内阻为1 Ω,电流表示数为3 A,各用电器均正常工作,电表均为理想电表,则()
A.电压表示数为62 V
B.变压器的输入功率为186 W
C.排气扇输出功率为63.75 W
D.保险丝熔断电流不得低于3 A
答案C变压器输入交变电压u=311 sin 100πt(V),有效值U=220 V,变压器原、副线圈匝数比为5∶1,所以副线圈两端电压U2=44 V,故A错误;电流表示数为3 A,所以输出功率P=44×3
W=132 W,所以变压器的输入功率为132 W,故B错误;照明灯的电流I L=66
44
A=1.5 A,则排气扇的电流I M=3 A-1.5 A=1.5 A,则排气扇输出功率P出=I M U2-I M2r=1.5×44 W-1.52×1 W=63.75 W,
选项C正确;变压器的初级电流I1=1
5I2=3
5
A=0.6 A,故保险丝熔断电流不得低于0.6 A,选项D
错误。

14.有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同),线圈外部还可以绕线。

(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的a、b位置,由此可推断线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。

(2)如果把它看做理想变压器,现要测量A线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源,请完成实验步骤的填空:
①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;
②将(选填“A”或“B”)线圈与低压交流电源相连接;
③用多用电表的挡分别测量A线圈的输入电压U A和绕制线圈的输出电压U。

④则A线圈的匝数为。

答案(1)24A(2)②A③交流电压④nU A
U
解析(1)多用电表欧姆挡读数=指针指示值×倍率。

A的读数为24,倍率为×1,所以电阻为24 Ω,根据电阻定律,导线越长,电阻越大,因为A的电阻比B大,所以A线圈匝数多。

(2)因为要测量A线圈匝数,所以要把A线圈与低压交流电源相连接。

变压器输入、输出电压都是交流电,所以要用交流电压挡测输入和输出电压。

根据变压器电压比等于匝数比,有
U A U =n A
n
,所以n A=nU A
U。