高考物理一轮课时作业【30】变压器、电能的输送(含答案)

【高考核动力】2016届高考物理一轮复习 课时作业30 变压器 电能的输送(时间：45分钟 满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后括号内)1.如图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( )A ．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】 B2.(2013·四川卷，2)用220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V ，通过负载的电流图象如图所示，则( )A ．变压器输入功率约为3.9 WB ．输出电压的最大值是110 VC ．变压器原、副线圈匝数比是1∶2D ．负载电流的函数表达式i ＝0.05 sin(100 πt ＋π2)A 【解析】 由图象知，副线圈电流的有效值I 2＝0.052A ，副线圈的输出功率是P 2＝U 2I 2＝3.9 W ，A 项正确；输出电压110 V 指的是有效值，B 项错误；根据理想变压器电压与匝数的关系得，n 1n 2＝U 1U 2＝220 V 110 V ＝21，C 项错误；由图象可得，交变电流的周期T ＝0.02 s ，角速度ω＝100π rad/s ，负载电流的函数表达式i ＝0.5sin 100πt A ，D 项错误．【答案】 A3．(2015·泉州高三月考)如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n 1＝800和n 2＝200的两个线圈，上线圈两端与u ＝51sin 314t V 的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )A ．2.0 VB ．9.0 VC ．12.7 VD ．144.0 V【解析】 若未考虑铁芯的漏磁因素，上线圈电压有效值U 1＝512＝36 V ，由变压器的变压比U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝9.0 V ，而实际上副线圈磁通量Φ2<Φ1，由U ＝n ΔΦΔt 得U 1n 1>U 2n 2，则应选A.【答案】 A4．如图，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．V 1和V 2是理想交流电压表，示数分别用U 1和U 2表示；A 1和A 2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( )A ．I 1和I 2表示电流的瞬时值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 1变小【解析】 交流电表的示数表示交流电的有效值，A 、B 两项错误；滑片P 向下滑动过程中，原、副线圈的匝数n 1、n 2不变，U 1不变，则U 2＝U 1n 2n 1不变；R 连入电路的电阻变小，则流过副线圈的电流I 2＝U 2R ＋R 0变大，根据U 1I 1＝U 2I 2，可知I 1变大，C 项正确，D 项错误．【答案】 C5．如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比n 1∶n 2＝3∶1，在原副线圈中电路分别接有阻值相同的电阻R 1，R 2.交变电压的大小为U ，则下列说法正确的是( )A ．电阻R 1，R 2两端的电压之比为3∶1B ．电阻R 1，R 2上消耗的电功率之比为1∶1C ．电阻R 1，R 2两端的电压均为U3D ．电阻R 1，R 2上消耗的电功率之比为1∶9【解析】 由变压器电压、电流、功率的比例关系可知：通过R 1、R 2的电流之比I 1∶I 2＝n 2∶n 1＝1∶3，故两电阻上电压之比U 1∶U 2＝I 1R ∶I 2R ＝1∶3；两电阻消耗的电功率之比P 1∶P 2＝U 1I 1∶U 2I 2＝I 21R ∶I 22R ＝1∶9.选项D 正确．【答案】 D6．(2015·丹东摸底)如图所示，两种情况下变压器灯泡L 2、L 3的功率均为P ，且L 1、L 2、L 3为相同的灯泡，匝数比为n 1∶n 2＝3∶1，则图甲中L 1的功率和图乙中L 1的功率分别为( )A ．P 、PB ．9P 、4P9C.4P 9、9P D.4P 9、P 【解析】 由题意可知，两种情况下变压器输出功率均为2P ，设灯泡L 2、L3的电压为U ，电流为I ，电阻为R ，两种情况下变压器输入电压为3U ，变压器输入电流为23I ；图甲中L 1的功率为P 1＝U 2R＝9P ；图乙中L 1的功率为P 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫23I 2R ＝4P9，选项B 正确．【答案】 B7．(2014·福建理综，16)如图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n 1＝n 4<n 2＝n 3，四根模拟输电线的电阻R 1、R 2、R 3、R 4的阻值均为R ，A 1、A 2为相同的理想交流电流表，L 1、L 2为相同的小灯泡，灯丝电阻R L >2R ，忽略灯丝电阻随温度的变化．当A 、B 端接入低压交流电源时( )A ．A 1、A 2两表的示数相同B ．L 1、L 2两灯泡的亮度相同C ．R 1消耗的功率大于R 3消耗的功率D ．R 2两端的电压小于R 4两端的电压【解析】 设A 、B 间的输入电压为U 1，根据输送电功率P ＝UI ，可得电流表A 2的示数为I A2＝P U 1，电流表A 1的示数为I A1＝P U 2，又因为U 2大于U 1，故I A1<I A2，所以A 错误；R 1、R 2的电流小，损耗的功率比R 3、R 4损耗的少，故L 1的电功率大于L 2的电功率，所以亮度不同，故B 错误；根据P ＝I 2R 知，R 1消耗的功率小于R 3消耗的功率，故C 错误；根据U ＝IR 可知R 2两端的电压小于R 4两端的电压，故D 正确．【答案】 D8．在远距离输电时，输送的电功率为P ，输电电压为U ，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为l ，输电线损失的电功率为P ′，用户得到的电功率为P 用，则下列关系式中正确的是( )A ．P ′＝U 2S ρlB ．P ′＝P 2ρlU 2SC ．P 用＝P －U 2S ρlD ．P 用＝P (1－P ρlU 2S)【解析】 输电线电阻R ＝ρlS ，输电电流I ＝P U故输电线上损失的电功率为P ′＝I 2R ＝(P U )2ρl S ＝P 2ρlU 2S用户得到的电功率为P 用＝P －P ′＝P (1－P ρlU 2S)． 【答案】 BD9.如图所示，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S 接通时，以下说法中正确的是( )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【解析】 由于输入电压不变，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，A 错误．并联灯泡L 2，总电阻变小，由欧姆定律知，流过R 的电流增大，电阻上的电压U R ＝IR 增大，B 正确．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I 1U 1＝I 2U 2得，I 2增大，原线圈输入电流I 1也增大，D 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，C 正确．【答案】 BCD10．(2015·广西南宁高三模拟)一台发电机最大输出功率为4 000 kW ，电压为4 000 V ，经变压器T 1升压后向远方输电．输电线路总电阻为R ＝1 k Ω.到目的地经变压器T 2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V,60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T 1和T 2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )A ．T 1原、副线圈电流分别为103A 和20 AB ．T 2原、副线圈电压分别为1.8×105V 和220 V C ．T 1和T 2的变压比分别为1∶50和40∶1D ．有6×104盏灯泡(220 V,60 W)正常发光 【解析】 远距离输电的模型如图所示．T 1原线圈的电流为I 1＝P 1U 1＝4 000×1034 000A ＝1×103 A ，输电线上损失的功率为P 损＝I 22R＝10%P 1，所以I 2＝ 10%P 1R＝4 000×103×0.11×103A ＝20 A ，选项A 正确；T 1的匝数比n 1n 2＝I 2I 1＝20103＝150；T 1上副线圈的电压为U 2＝50U 1＝2×105V ，T 2原线圈的电压为U 3＝U 2－I 2R ＝2×105V －20×103V ＝1.8×105V ，选项B 正确；T 2上原、副线圈的变压比为n 3n 4＝U 3U 4＝1.8×105220＝9×10311，选项C 错误；能正常发光的灯泡的盏数为：N ＝90%P 160＝6×104，选项D 正确．【答案】 ABD二、综合应用(本题共2小题，共30分，解答时应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)11．(15分)如图所示，MN 、PQ 是两条水平、平行放置的光滑金属导轨，导轨的右端接理想变压器的原线圈，变压器的副线圈与电阻R ＝20 Ω组成闭合回路，变压器的原副线圈匝数之比n 1∶n 2＝1∶10，导轨宽L ＝5 m ．质量m ＝2 kg 、电阻不计的导体棒ab 垂直MN 、PQ 放在导轨上，在水平外力F 作用下，从t ＝0时刻开始在图示的两虚线范围内做简谐运动，其速度随时间变化的规律是v ＝2sin 20πt (m/s)．垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度B ＝4 T ．导轨、导线和线圈电阻不计．求：(1)在ab 棒中产生的电动势的表达式，ab 棒中产生的是什么电流？ (2)电阻R 上的热功率P ； (3)从t ＝0到t 1＝0.025 s 的时间内，通过外力F 做功需要外界提供给该装置的能量E . 【解析】 (1)ab 棒的电动势为e ＝BLv ＝40sin 20πt (V) 故ab 棒中产生的是正弦交流电(2)设原线圈上电压的有效值为U 1，则U 1＝40/ 2 V ＝ 20 2 V设副线圈上电压的有效值为U 2，则U 1U 2＝n 1n 2解得U 2＝200 2 VP ＝U 22R＝4×103 W(3)该正弦交流电的周期T ＝2π/20π＝0.1 s ．从t ＝0到t 1＝0.025 s ，经历了四分之一个周期在这段时间内电阻R 上产生的热量Q 为Q ＝U 22Rt 1＝100 J在t 1＝0.025 s 时刻，ab 棒的速度为v ′，则 v ′＝2sin 20πt 1＝2 m/s 所以E ＝Q ＋12mv ′2＝104 J【答案】 (1)见解析 (2)4×103W (3)104 J12．(15分)一座小型水电站，利用流量Q ＝2 m 3/s 、落差h ＝5 m 的河水发电，若发电机的效率为50%，输出电压为U 1＝200 V ，已知发电站到用户架设的输电线总电阻为R 线＝120Ω，输电线上允许损耗的功率为输送功率的6%，用户所需电压为220 V ．g 取10 m/s 2.求：(1)画出输电的示意图；(2)求发电机的发电功率P 1；(3)所用升压理想变压器和降压理想变压器的原副线圈的匝数比． 【解析】 (1)输电的示意图(2)发电机的发电功率P 1＝50%mgh /t ，又m /t ＝Q ρ联立解得P 1＝5×104W(3)输电线上功率损失P 损＝I 2线R 线而P 损＝P 1×6%＝3×103W ，联立解得I 线＝5 A 由P 1＝I 1U 1，解得I 1＝250 A又升压变压器n 1∶n 2＝I 2∶I 1＝I 线∶I 1 解得n 1∶n 2＝1∶50降压变压器的输入功率P 3＝P 1－P 损 P 3＝I 线U 3联立解得U 3＝9 400 V 又用户得到电压U 4＝220 V故降压变压器n 3∶n 4＝U 3∶U 4＝470∶11【答案】 (1)见解析 (2)5×104W (3)1∶50 470∶11。