高中物理--变压器 交流电与远距离输电练习

高中物理--变压器交流电与远距离输电练习

(限时：45分钟)

一、单项选择题

1．如图1所示,实验室一台手摇交流发电机,内阻r＝1.0 Ω,外接R＝9.0 Ω的电阻．闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e＝102sin 10πt (V),则()

图1

A．该交变电流的频率为10 Hz

B．该电动势的有效值为10 2 V

C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W

D．电路中理想交流电流表的示数为1.0 A

答案 D

解析由e＝102sin 10πt (V)知电动势的有效值E

有＝

E m

2

＝

102

2

V＝10 V,故B

选项错误；电路中的理想电流表示数为电流的有效值：I

有＝

E有

r＋R

＝1.0 A,故D

选项正确；电阻R消耗的电功率P＝I2

有

·R＝9.0 W,故C选项错误；交流电的角

速度ω＝10π rad/s,所以频率f＝ω

2π＝5 Hz,故A选项错误.

2．如图2甲所示,在匀强磁场中有一个匝数n＝10的矩形线圈匀速转动,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为5 Ω.从图甲所示位置开始计时,通过线圈平面的磁通量随时间变化的图象如图乙所示,那么

()

图2

A．在t＝0.2 s时,线圈中的感应电流改变方向

B．在t＝0.4 s时,线圈中的感应电动势为零

C．线圈转过60°时的感应电流为3π A

D．线圈转动过程中消耗的电功率为10π2 W

答案 D

解析当线圈与磁场方向平行时,磁通量为零,但感应电动势最大,当线圈与磁场方向垂直时,磁通量最大,但感应电动势为零,由此可知在t＝0.2 s时,线圈的磁通量为零,感应电动势最大,感应电流方向不改变,选项A错误；同理,在t＝0.4 s

时,感应电动势最大,选项B错误；线圈转动的角速度为ω＝2π

T＝5π rad/s,感应电

动势峰值为E m＝nBSω＝nωΦm＝10π V,感应电流瞬时值表达式为i＝E m

R cos ωt,

因此线圈转过60°时感应电流为I＝10π

5cos 60°＝π A,选项C错误；电压的有效

值为U＝E m

2

＝52π V,电功率为P＝

U2

R＝10π

2 W,选项D正确．

3．一般发电机组输出的电压在十千伏上下,不符合远距离输电的要求．要在发电站内用升压变压器,升压到几百千伏后再向远距离输电．到达几百千米甚至几千千米之外的用电区之后,再经“一次高压变电站”“二次变电站”降压．已知经低压变电站降压变压器(可视为理想变压器)后供给某小区居民的交流电u ＝2202sin 100πt V,该变压器原、副线圈匝数比为50∶1,则

()

A．原线圈上的电压为11 000 2 V

B．原线圈中电流的频率是100 Hz

C．原线圈使用的导线应该比副线圈的要粗

D．采用高压输电有利于减少输电线路中的损耗

答案 D

解析降压变压器副线圈电压的有效值U2＝U m

2

＝

2202

2

V＝220 V,根据

U1

U2＝

n1

n2,可得原线圈的电压为11 000 V,选项A错误；根据ω＝100π rad/s＝2πf,可得频率f＝50 Hz,选项B错误；原、副线圈的功率是相同的,原线圈电压大,副线圈电

压小,原线圈电流小,副线圈电流大,所以副线圈使用的导线应该比原线圈要粗,选项C错误；采用高压输电,可以减小输电线上的电流,根据P＝I2r可知,有利于减少输电线路中的损耗,选项D正确．

4．如图3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

()

图3

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

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．

5．如图4所示,一自耦变压器(可看做理想变压器)输入端AB间加一正弦式交流电压,在输出端CD间接灯泡和滑动变阻器．转动滑片P可以改变副线圈的匝数,移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值．则

()

图4

A．只将P逆时针转动,灯泡变亮

B．只将P顺时针转动,灯泡变亮

C．只将Q向上移动,灯泡变暗

D．只将Q向下移动,灯泡变亮

答案 A

解析只将P逆时针转动,输出端匝数增多,输出电压增大,灯泡变亮,选项A正确,B错误．只将Q向上或向下移动,输出电压不变,灯泡亮度不变,选项C、D错误．

6．如图5所示,理想变压器副线圈通过导线接两个相同的灯泡L1和L2.导线的等效电阻为R.现将开关S闭合,若变压器原线圈两端的交流电压保持不变,则下列说法中正确的是

()

图5

A．电阻R两端的电压变小

B．通过灯泡L1的电流增大

C．原线圈中的电流减小

D．变压器的输入功率变大

答案 D

解析原线圈输入电压不变,原、副线圈匝数比不变,则副线圈输出电压不变,开关闭合,总电阻变小,根据闭合电路欧姆定律得输出总电流变大,故R两端的电压变大,A错误；根据闭合电路欧姆定律得并联电路分得的电压变小,通过灯泡L1的电流减小,B错误；原线圈输入电流与副线圈输出电流成正比,故原线圈电流增大,C错误；由P＝UI得输入功率变大,D正确．

7．图6甲为理想变压器,其原、副线圈的匝数比为4︰1,原线圈接图乙所示的正弦交流电．图中R T为阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想电表．则下列说法正确的是

()