2019沪科版高中物理选修3-2第3章《电能的输送与变压器》测试试题含答案

绝密★启用前
2019沪科版高中物理选修3-2第3章《电能的输送与变压器》测
试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)
1.如图所示，甲、乙两个交流电路中，电源的输出电压、输出电流均相等．若理想变压器原、副线圈的匝数为n1、n2，则负载电阻R1与R2的比值为()
A．n1∶n2
B．n2∶n1
C．n∶n
D．n∶n
2.如图甲所示的电路中，S为单刀双掷开关，电表为理想电表，Rt为热敏电阻(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交流电，则()
A．变压器原线圈中交流电压u的表达式u＝110·sin 100πt(V)
B． S接在a端，Rt温度升高时，变压器的输入功率变小
C． S接在a端，Rt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，Rt消耗的功率变大
3.如图所示的四个电路，能够实现升压的是()
A．B．C．D．
4.如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V；M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V．现把C、D接4 V交流，P、Q接4 V直流，下面可表示A、B间和M、N间的电压的是()
A． 10 V10 V
B． 10 V 4 V
C． 4 V10 V
D． 10 V0
5.一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V．已知变压器原线圈匝
数为800，则副线圈匝数为()
A． 200
B． 400
C． 1 600
D． 3 200
6.图甲所示的变压器原、副线圈匝数比为3∶1，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图象，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表．以下说法正确的是()
A．ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝27sin 100πt(V)
B．ab输入端输入功率Pab＝18 W
C．电流表的示数为2 A，且四只灯泡均能正常发光
D．断开K，电压表V读数将变小
7.如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，原线圈接正弦交变电流，副线圈接电动机，电动机线圈电阻为R.当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一质量为m的重物以速度v匀速上升．若电动机因摩擦造成的能量损失不计，则图中电压表的读数为()
A． 4IR＋
B．
C． 4IR
D．IR＋
8.图为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变，且n1∶n2＝n4∶n3.当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是()
A．用户的总电阻增大
B．用户的电压U4增大
C．U1∶U2＝U4∶U3
D．用户消耗的功率等于发电机的输出功率
9.如图所示，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新绕了5匝线圈，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
10.如图所示，为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用白炽灯泡相同，且都是“220 V,40 W”，当灯泡所消耗的功率都调于20 W时，哪种台灯消耗的功率最小()
A．B．C．D．
11.如图所示，理想变压器原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R和两个小灯泡L1、L2，最初电键S是断开的，现闭合电键S，则()
A．副线圈两端电压变大
B．灯泡L1变亮
C．电流表A1示数变大
D．电阻R中的电流变小
12.在图甲所示的电路中，理想变压器原线圈两端的正弦交变电压变化规律如图乙所示．已知变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中电流表A1的示数为1 A，下列说法正确的是()
A．电压表V的示数为200V
B．变压器的输出功率为200 W
C．变压器输出端交流电的频率为100 Hz
D．电流表A2的示数为0.1 A
13.如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)．对整个送电过程，下列说法正确的是()
A．输电线上的损失功率为300 W
B．升压变压器的匝数比为1∶100
C．输电线上的电流为100 A
D．降压变压器的输入电压为4 700 V
14.发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损耗的电压可表示为()
A．U1
B．U1－IR
C．IR
D．U2
15.如图为某款电吹风的电路图，a、b、c、d为四个固定触点．可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点．触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风等不同的工作状态．n1和n2分别是理想变压器的两个线圈的匝数．该电吹风的各项参数如表所示．下列说法正确的有()
A．吹热风时触片P与触点b、c接触
B．可由表格中数据计算出小风扇的内阻为60 Ω
C．变压器两线圈的匝数比n1∶n2＝13∶15
D．换用更长的电热丝(材料、粗细均不变)，则吹的热风温度更低
16.理想变压器连接电路如图甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则()
A．电压表读数为282 V
B．电压表读数为28.2 V
C．输入功率为56.4 W
D．输入功率为40 W
17.图甲所示的变压器原、副线圈匝数比为3∶1，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图象，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，下说法正确的是()
A．ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝27sin 100πt(V)
B．电流表的示数为2 A，且四只灯泡均能正常发光
C．流过灯L2的电流每秒钟方向改变50次
D．ab输入端输入功率Pab＝18 W
18.如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻．原、副线圈匝数之比为2∶1.电流表、电压表均为理想电表，下列说法中正确的是()
A．原线圈中电流表的读数为1 A
B．原线圈中的输入功率为220W
C．副线圈中电压表的读数为110V
D．副线圈中输出交流电的周期为50 s
19.如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝U m sinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电流表，示数分别用I 1和I2表示．下列说法正确的是()
A．I1和I2表示电流的瞬时值
B．U1和U2表示电压的最大值
C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大
D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小
20.如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n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝U m sinωt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． ()
B． ()
C． 4r()2()2
D． 4r()2()2
第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
21.如图所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中n1接到220 V的交流电源上，n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路．已知通过电阻R3的电流I3＝2 A，电阻R2＝110 Ω，求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.
22.如图甲是一理想变压器的电路连接图，图乙是原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图象，已知原、副线圈的匝数比为10∶1，电流表A2的示数为2 A，开关S断开，求：
(1)变压器的输入功率和电压表的示数；
(2)将开关S闭合，定性分析电路中三只电表的示数变化情况；
(3)若将电流表A2换成一只具有单向导电性的二极管，电压表示数为多少？
23.某小型水力发电站的发电机输出功率为24.5 kW，输出电压为350 V，输电线总电阻为4 Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处设升压变压器，用户所需电压为220 V，所以在用户处需安装降压变压器，输电电路图如图所示，求：
(1)输电线上的电流；
(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比；
(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．
24.一台交流发电机额定输出功率为P＝4.0×103kW，以400 V的电压接到升压变压器后向远方输电．若输电线的总电阻为10 Ω，允许输电线损失的功率为10%，使用得升压变压器、降压变压器都是理想变压器，求：
(1)升压变压器原、副线圈的匝数之比和输出电流．
(2)为了使远方的用户负载能获得220 V工作电压，则降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？实际输送到用户的总功率是多少？
答案
1.【答案】C
【解析】设电源的电压为U1，则R1消耗的功率P1＝，根据电压与匝数成正比得U2＝U1，则R2消耗的功率P2＝，因为P1＝P2，所以＝，故选C.
2.【答案】A
【解析】由交变电流图象，可知电压最大值为110V，周期为0.02 s，所以ω＝100π rad/s，A项正确；副线圈输出电压由变压器匝数比和输入电压决定，故温度升高时，Rt电阻阻值减小，两端电压不变，C项错；由P＝可知，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，Rt电阻不变，由P＝知，消耗功率减小，D项错．
3.【答案】D
【解析】变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故A、B错误，由于电压与线圈匝数成正比，所以D能实现升压．
4.【答案】B
【解析】题图甲是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边电压之比等于匝数之比，当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流时，A、B间将得到10 V交流．题图乙是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比．但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流，两端也就没有电势差，即M、P两点的电势相等．所以当P、Q接4 V直流时，M、N两端的电压也是4 V，B正确．
5.【答案】B
【解析】根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系＝，得n2＝＝＝400，选项B正确．
6.【答案】C
【解析】由输入端交变电压u的图象，可知其最大值为27V，有效值是27 V，副线圈电压为：U′＝×U1＝×27＝9 V，所以副线圈三只灯泡均能正常发光．灯泡的额定电流：I0＝＝A＝A，电流表读数为I2＝3×A＝2 A，原线圈电流为I1＝×I2＝×2＝A，所以原线圈的灯泡也能正常发光，ab输入端电压为Uab＝U＋U2＝9＋27＝36 V，输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝36sin 100πt(V)，A错误，C正确．四个灯泡都正常发光，所以ab输入端输入功率Pab＝4×6＝24 W，故B错误；若将K断开，则副线圈上的输出电流将减小，所以原线圈的输入电流减小，则流过灯泡L1的电流减小，L1上消耗的电压减小，所以原线圈上的电压将增大，即电压表V读数将变大，故D错误．
7.【答案】A
【解析】n1∶n2＝2∶1，则副线圈电流为2I，因为理想变压器原、副线圈功率相等，即UI＝(2I)2R ＋mg·v，U＝4IR＋，A正确．
8.【答案】C
【解析】对两个变压器，＝，＝，所以＝，选项C正确；由能量守恒定律可知，
发电机的输出功率等于用户消耗的功率和输电导线消耗的功率之和，选项D错误；输出电压U1一定，U2也一定，当用户消耗的功率P出增大时，负载增多，并联支路增加，用户的总电阻减小，P
＝I R负载，降压变压器的输出电流I4增大，由＝知，降压变压器的输入电流I3增大，即I2增出
大，则U3＝U2－I2r减小，用户的电压U4减小，选项A、B错误．
9.【答案】B
【解析】由U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3，可得n1＝n3＝1 100匝，n2＝n1＝180匝，B选项正确．10.【答案】C
【解析】C图为理想变压器调节，而理想变压器不消耗能量，A、B、D三图中均利用电阻来调节灯泡上的电压，故一定消耗能量．
11.【答案】C
【解析】理想变压器原、副线圈电压比等于匝数比，即＝，原线圈电源不变，原副线圈匝数不变，所以副线圈电压不变，选项A错．副线圈中，电键闭合后，总电阻变小，总电流变大，即通过电阻R中的电流变大，选项D错．即电流表A2示数变大，根据＝知I1变大，选项C 对．副线圈两端电压不变，而电阻两端电压变大，则L1两端电压变小，灯泡L1变暗，选项B错．
12.【答案】B
【解析】电表测量的是有效值，电压表V测量原线圈两端交变电压的有效值，所以其示数为U1＝＝200 V，A错误；变压器的输出功率等于输入功率，即P出＝P入＝U1I1＝200 W，B正确；变压器不改变输入交流电的频率，变压器输出端交流电的频率为50 Hz，C错误；电流表A2的示数为I2＝＝10 A，D错误．
13.【答案】A
【解析】输电线上的损失功率为0.6%×50 kW＝300 W，选项A正确．由I2R＝300 W可得输电线上电流I＝10 A，升压变压器副线圈电压为5 000 V，升压变压器的匝数比为1∶10，选项B、C错误．输电线损失电压为IR＝30 V，降压变压器的输入电压为4 970 V，选项D
错误．
14.【答案】C
【解析】输电线上损耗的电压ΔU＝U1－U2＝IR，B错误，C正确，U1为输出电压，U2为用户得到的电压，A、D错误，故选C.
15.【答案】D
【解析】触片P与触点b、c接触时，电热丝没有接通，不能吹热风，选项A错误；冷风状态下，只有小风扇工作，由于输入功率为60 W，额定电压为60 V，则当小风扇被卡住不转时有：r＝
＝Ω＝60 Ω，选项B错误；变压器两线圈的匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝60∶220＝3∶11，选项C 错误；根据公式P＝可知，电源电压不变，电阻越大，电功率越小，所以换用更长的电热丝(材料、粗细均不变)，电阻变大，电吹风吹热风时的功率将变小，温度降低．故D正确．
16.【答案】D
【解析】由题图乙可知，U m＝282 V，则输入电压的有效值U1＝≈200 V．根据＝知，U2＝20 V，再根据＝知，I1＝0.2 A，输入功率P＝U1I1＝40 W，故A、B、C错，D正确．
17.【答案】B
【解析】由题知，cd的电压瞬时值表达式为Ucd＝27sin 100πt V，有效值为U1＝27 V，由＝
得副线圈U2＝9 V，则L2、L3、L4均能正常发光，每只灯泡的电流I′＝＝A＝A，副线圈电流I2＝3×A＝2 A，由＝得原线圈的电流I1＝A，L1也能正常发光，ab输入电压的表达式为Uab ＝36sin 100πt V，A错，B对；由图象知交流电的周期为0.02 s，交流电的频率为50 Hz，流过灯L2的电流每秒钟方向改变100次，C错；ab输入端输入功率Pab＝36×W＝24 W，D错，所以本题选择B.
18.【答案】A
【解析】原线圈电压的有效值为220 V，根据匝数比可得副线圈的电压的有效值为110 V，根据负载电阻的大小可知副线圈中输出电流为2 A，根据原、副线圈的输入功率和输出功率相等可知原线圈中输入功率为220 W，电流为1 A．副线圈中输出交流电的周期与原线圈相同为0.02 s.
19.【答案】C
【解析】交流电表测量的是交变电流、电压的有效值，故A、B错误；由于理想变压器的输出电压U2＝U1，与负载无关，即滑片P下滑时U2不变，故D错误；由I1U1＝知R减小时I1变大，故C正确．
20.【答案】C
【解析】原线圈电压的有效值：U1＝，根据＝可得U2＝()，又因为是理想变压器，所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P，所以输电线上的电流I＝，输电线上损失的电功率为P′＝I22r＝4r()2()2，所以C正确，A、B、D错误．
21.【答案】1 A0.7 A
【解析】由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R2上的电压
U2＝U1＝×220 V＝110 V
通过电阻R2的电流I2＝＝A＝1 A
加在R3上的电压
U3＝U1＝×220 V＝22 V
输出功率等于输入功率：U1I1＝U2I2＋U3I3
代入数据解得：I1＝0.7 A.
22.【答案】(1)40 W20 V (2)A1示数增大A2示数增大V示数不变(3)141.4 V
【解析】(1)由题图乙可知输入电压的有效值
U1＝200 V
由＝得U2＝＝20 V
变压器的输入功率P1等于输出功率P2，
故P1＝P2＝U2I2＝20×2 W＝40 W
(2)将S闭合，U2不变，即电压表示数保持20 V不变；由于负载增多，负载总电阻减小，电流表A2的示数增大；副线圈的输出功率增加，原线圈的输入功率增加，电流表A1的示数增大．
(3)换成二极管后，电压表两端的u－t图象如图所示
设电压表示数为U，则·＝T
解得U≈141.4 V.
23.【答案】(1)17.5 A(2)1∶4(3)133∶22
【解析】(1)输电线上功率损失
P损＝5%P1＝5%×24.5 kW＝1 225 W.
又因为P损＝I R线，
所以，输电线上的电流为
I2＝＝A＝17.5 A.
(2)升压变压器原线圈上的电流
I1＝＝＝70 A，
升压变压器原、副线圈的匝数之比为
n1∶n2＝I2∶I1＝17.5∶70＝1∶4.
(3)输电线上电压损失ΔU＝I2R线＝U2－U3，
则降压变压器输入电压
U3＝U2－ΔU＝U1－I2R线
＝(4×350－17.5×4) V＝1 330 V.
降压变压器原、副线圈的匝数之比为
n3∶n4＝U3∶U用＝1 330∶220＝133∶22.
24.【答案】(1)1∶50200 A(2)n3∶n4＝82∶1 3.6×103kW 【解析】(1)允许输电线损失的功率为10%，
有P损＝I2R，得电流为I＝200 A，升压变压器的输出电压为：
U2＝＝V＝2×104V，根据变压器匝数与电压成正比，有：＝＝＝
(2)降压变压器的初级电压为：U3＝U2－IR＝18 000 V
则＝＝≈
实际输送到用户的总功率为P′＝P－P损＝4.0×103kW－4.0×102kW＝3.6×103kW.。