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1A．该交变电流的频率为10 HzB．该电动势的有效值为10 2 VC．外接电阻R所消耗的电功率为10 WD．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 m2＝1022V＝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＝ω2π＝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2A．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 AD．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＝2πT＝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 mR cos ωt,因此线圈转过60°时感应电流为I＝10π5cos 60°＝π A,选项C错误；电压的有效值为U＝E m2＝52π V,电功率为P＝U2R＝10π2 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 VB．原线圈中电流的频率是100 HzC．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 m2＝22022V＝220 V,根据U1U2＝n1n2,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3A．输电线上的损失功率为300 WB．升压变压器的匝数比为1∶100C．输电线上的电流为100 AD．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4A．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5A．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()图6A．图乙所示电压的瞬时值表达式为u＝51sin 50πt (V)B．变压器原、副线圈中的电流之比为1︰4C．变压器输入、输出功率之比为1︰4D．R T处温度升高时,电压表和电流表的示数均变大答案 B解析题图乙所示电压的瞬时值表达式为u＝51sin 100πt (V),故A选项错误；根据理想变压器的原理可知,原、副线圈中的电流之比与匝数成反比,输入、输出功率相等,所以B选项正确,C选项错误；R T处温度升高时,电压表示数不变,电流表示数变大,所以D选项错误．8．如图7所示,电路中理想变压器原、副线圈接入电路的匝数可通过单刀双掷开关改变,为交流电流表．在变压器原线圈a、b两端加上一峰值不变的正弦交变电压．下列分析正确的是()图7A．只将S1从1拨向2时,电流表示数变小B．只将S2从3拨向4时,电流表示数变大C．只将R的滑片上移,R2的电功率变大D．只将R的滑片上移,R2的电功率减小答案 D解析只将S1从1拨向2时,输出电压升高,输出功率增大,电流表示数变大,选项A错误．只将S2从3拨向4时,输出电压降低,输出功率减小,电流表示数变小,选项B错误．只将R的滑片上移,R2中电流减小,R2的电功率减小,选项C错误,D正确．9．一台理想变压器,开始时开关S接1,此时原、副线圈的匝数比是11∶1,原线圈接入电压为220 V的正弦交流电．一只理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上,如图8所示．则下列判断正确的是()图8A．原、副线圈中的功率之比为11∶1B．若滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω,则1 min内滑动变阻器产生的热量为1 200 JC．若只将S从1拨到2,电流表示数增大D．若只将滑动变阻器的滑片向下滑动,则两电表示数均减小答案 B解析根据变压器功率关系可知,原、副线圈中的功率之比为1∶1,选项A错误．根据焦耳定律,若滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω,由于二极管的单向导电性,1 min内滑动变阻器产生的热量为1 200 J,选项B正确．若只将S从1拨到2,输出电压降低,输出功率减小,电流表示数减小,选项C错误．若只将滑动变阻器的滑片向下滑动,电压表示数不变,电流表示数减小,选项D错误．二、多项选择题10．如图9所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光．要使灯泡变亮,可以采取的方法有()图9A．向下滑动PB．增大交流电源的电压C．增大交流电源的频率D．减小电容器C的电容答案BC解析滑片P向下滑动,副线圈匝数减小,变压器输出电压减小,灯泡变暗,则A 项错误；增大原线圈的输入电压,输出电压增大,小灯泡变亮,B项正确；增大交流电源的频率,电容器对交流电的阻碍减小,因此灯泡变亮,C项正确；减小电容器的电容,电容器对交流电的阻碍会增大,灯泡会变暗,因此D项错误．11．将一个R＝36 Ω的电阻接在一正弦交流发电机的输出端,该电阻两端的u－t图象如图10所示,下列说法正确的是()图10A．该电阻消耗的功率是72 WB．该交流发电机的转速是50 r/sC．图中交流电压的瞬时值表达式为u＝362sin 100πt (V)D．并联在该电阻两端的理想交流电压表的示数是36 2 V答案BC解析由题图可知发电机输出电压最大值U m＝36 2 V,有效值U＝36 V,电阻消耗的功率P＝U2R＝36 W,选项A错误；交流电周期T＝0.02 s,转速n＝1T＝50 r/s,选项B正确；ω＝2πT＝100π rad/s,所以交流电压的瞬时值表达式u＝362sin100πt (V),选项C正确；交流电压表示数为有效值36 V,选项D错误．12．如图11所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比是10∶1,原线圈输入交变电压u＝141.4sin 50πt(V),O点是副线圈上、下匝数比为1∶4处抽出的线头,R1＝2 Ω,R2＝8 Ω,则()图11A．开关S断开时,电流表的示数为0.1 AB．开关S闭合时,电流表的示数为0.1 AC．开关S断开时,两电阻总的电功率为20 WD．开关S闭合时,两电阻总的电功率为10 W答案ABD解析输入电压的有效值为100 V,由理想变压器的变压比公式可知,开关S断开时,输出电压的有效值为10 V,输出电流的有效值为1 A,输出功率为10 W,输入功率与输出功率相等,故输入功率为10 W,即输入电流为10 W100 V＝0.1 A,A正确,C错误；开关闭合时,R1、R2两端的电压分别为2 V和8 V,根据P＝U2R得两电阻消耗的功率分别为2 W和8 W,故两电阻的总功率为10 W,D正确；输入功率等于输出功率也为10 W,由P＝UI得输入电流的有效值为0.1 A,B正确．13．在如图12所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1,四个灯泡完全相同,其额定电压为U,若已知灯泡L3和L4恰能正常工作,那么()图12A．L1和L2都能正常工作B．L1和L2都不能正常工作C．交流电源电压为2UD．交流电源电压为4U答案AD解析根据灯泡L3和L4恰能正常工作,变压器原线圈输入电压为灯泡L3和L4额定电压U的2倍,输入电流为灯泡L3和L4的额定电流．所以L1和L2都能正常工作,交流电源电压为4U,选项A、D正确,B、C错误．。