高中物理【变压器 远距离输电】典型题(带解析)

高中物理【变压器 远距离输电】典型题 1．如图所示，半径为L ＝1 m 的金属圆环，其半径Oa 是铜棒，两者电阻均不计且接触良好．今让Oa 以圆心O 为轴，以角速度ω＝10 rad/s 匀速转动，圆环处于垂直于环面、磁感应强度为B ＝2 T 的匀强磁场中．从圆心O 引出导线，从圆环上接出导线，并接到匝数比为n 1∶n 2＝1∶4的理想变压器原线圈两端．则接在副线圈两端的理想电压表的示数为( )A ．40 VB ．20 VC ．80 VD ．0解析：选D ．由于Oa 以圆心O 为轴，以角速度ω＝10 rad/s 匀速转动，产生恒定的感应电动势，变压器铁芯中磁通量不变，接在副线圈两端的理想电压表的示数为0，选项D 正确．2.在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝22∶1，原线圈接u 1＝2202sin 100πt (V)的交变电流，电阻R ＝10 Ω，电流表、电压表均为理想电表，则( )A ．电压表的读数为10 2 VB ．电流表的读数为22 AC ．电阻R 消耗的功率为10 2 WD ．变压器的输入功率为10 W解析：选D ．输入电压的有效值为U 1＝E m 2＝220 V ，根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝10 V ，故选项A 错误；电流表的示数为I 2＝U 2R＝1 A ，故选项B 错误；电阻消耗的功率为P 2＝U 2I 2＝10 W ，故选项C 错误；理想变压器的输入电功率等于副线圈回路负载消耗功率，故选项D 正确．3.如图所示，理想变压器原、副线圈中分别接有电阻R 1、R 2，R 1＝R 2＝10 Ω，原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝2∶1，R 2两端电压为10 V ，则R 1两端的电压为( )A ．5 VB ．10 VC ．15 VD ．20 V解析：选A ．设R 1两端的电压为U R 1，原、副线圈回路中电流分别为I 1、I 2，由理想变压器的电流关系I 1∶I 2＝n 2∶n 1，而I 1＝U R 1R 1，I 2＝U 2R 2，联立以上三式并代入数据得U R 1＝5 V ，所以选项A 正确．4.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分．一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调．已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V 的交流电源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R 上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为I 1，负载两端电压的有效值为U 2，且变压器是理想的，则U 2和I 1分别约为( )A ．380 V 和5.3 AB ．380 V 和9.1 AC ．240 V 和5.3 AD ．240 V 和9.1 A解析：选B ．当变压器输出电压调至最大时，由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝1 9001 100×220 V ＝380 V ，由P 1＝P 2，P 1＝U 1I 1，P 2＝U 2I 2，得I 1＝P 2U 1＝2 000220A ＝9.1 A ，选项B 正确． 5．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n 1、n 2，在T 的原线圈两端接入一电压u ＝U m sin ωt 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 ．⎝⎛⎭⎫n 1n 2U 2m 4rB ．⎝⎛⎭⎫n 2n 1U 2m 4r C ．4⎝⎛⎭⎫n 1n 22⎝⎛⎭⎫P U m 2r D ．4⎝⎛⎭⎫n 2n 12⎝⎛⎭⎫P U m 2r解析：选C ．升压变压器T 的原线圈两端电压的有效值为U 1＝U m 2；由变压关系可得U 1U 2＝n 1n 2，则U 2＝n 2U m 2n 1；因为输送电功率为P ，输电线中的电流为I 2＝P U 2＝2n 1P n 2U m ，则输电线上损失的电功率为ΔP ＝I 22(2r )＝4n 21P 2rn 22U 2m，故选项C 正确． 6.如图所示，理想变压器的原线圈接在u ＝2202·sin 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．下列说法正确的是( )A ．原线圈的输入功率为220 2 WB ．电流表的读数为1 AC ．电压表的读数为110 2 VD ．副线圈输出交流电的周期为50 s解析：选B ．由交流电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为220 2 V ，故有效值为U 1＝220 V ，由U 1U 2＝n 1n 2，故副线圈电压的有效值为U 2＝110 V ，故输出功率P 2＝U 22R＝220 W ，再由输入功率等于输出功率知，P 1＝P 2＝220 W ，A 项错误；根据欧姆定律知，I 2＝U 2R ＝2 A ，由I 1I 2＝n 2n 1，得I 1＝1 A ，故电流表读数为1 A ，所以B 项正确；电压表的读数为有效值，即U 2＝110 V ，C 项错误；由交流电压的表达式可知，ω＝100π rad/s ，又T ＝2πω，解得T ＝0.02 s ，所以D 项错误．7．(多选)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，图中电表均为理想电表，R 为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L 1和L 2是两个完全相同的灯泡．原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u ，下列说法正确的是( )A ．交流电压的频率为50 HzB ．电压表的示数为11 VC ．当照射R 的光强增大时，电流表的示数变大D ．若L 1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小解析：ABC ．由题图乙可知交流电压周期T ＝0.02 s ，所以频率为f ＝1T＝50 Hz ，故A 正确；原线圈接入电压的最大值是220 2 V ，所以原线圈接入电压的有效值是U ＝220 V ，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，所以副线圈两端电压是11 V ，所以电压表的示数为11 V ，故B 正确；R 阻值随光强增大而减小，根据I ＝U R知副线圈电流增加，副线圈输出功率增加，根据能量守恒定律，可知原线圈输入功率也增加，原线圈电流增加，所以电流表的示数变大，故C 正确；当L 1的灯丝烧断后，变压器的输入电压不变，根据变压比公式，输出电压也不变，故电压表读数不变，故D 错误．8．如图甲所示电路中，L 1、L 2、L 3为三只“6 V 3 W ”的灯泡，变压器为理想变压器．各电表均为理想电表．当ab 端接如图乙所示的交变电压时，三只灯泡均正常发光．下列说法正确的是( )A ．变压器原副线圈的匝数比为1∶2B ．副线圈两端输出的交流电频率为50 HzC ．电流表的示数为0.5 AD ．电压表的示数为18 V解析：选B ．灯泡正常发光时的电流I 0＝36A ＝0.5 A ，则副线圈中电流I 2＝2I 0，而原线圈中电流I 1＝I 0，则变压器原副线圈的匝数比n 1∶n 2＝I 2∶I 1＝2∶1，选项A 错误；由乙图可知交流电的周期T ＝0.02 s ，则频率f ＝1T＝50 Hz ，变压器不改变交流电的频率，选项B 正确；电流表的示数I A ＝I 2＝2I 0＝1 A ，选项C 错误；因灯泡正常发光，则副线圈的两端电压U 2＝6 V ，则原线圈两端电压U 1＝n 1n 2U 2＝12 V ，电压表示数为12 V ，选项D 错误． 9．如图甲所示，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，输出交流电的电动势图象如图乙所示，经原、副线圈的匝数比为1∶10的理想变压器给一个灯泡供电如图丙所示，副线圈电路中灯泡额定功率为22 W ．现闭合开关，灯泡正常发光．则( )A ．t ＝0.01 s 时刻穿过线框回路的磁通量为零B ．交流发电机的转速为100 r/sC ．变压器原线圈中电流表示数为1 AD ．灯泡的额定电压为220 2 V解析：选C ．由图乙可知，当t ＝0.01 s 时，感应电动势为零，则此时穿过线框回路的磁通量最大，故选项A 错误；由图乙可知，交流电的周期为0.02 s ，则转速为n ＝1T＝50 r/s ，故选项B 错误；原线圈输入电压有效值为22 V ，则副线圈的电压为22×10 V ＝220 V ；由P＝UI 可知，副线圈电流I 2＝P U ＝22220 A ＝0.1 A ，则由I 1I 2＝n 2n 1求得I 1＝1 A ，故选项C 正确；灯泡正常发光，故额定电压为220 V ，故选项D 错误．10. (多选)如图所示，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 ．将原线圈抽头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NBS ω解析：选AD ．在图中将原线圈抽头P 向上滑动时，原线圈的匝数变大，故输出的电压变小，灯泡变暗，选项A 正确；电容器的电容C 变大时，电容器对电流的阻碍作用变小，故灯泡变亮，选项B 错误；图示位置时，线圈位于中性面位置，故矩形线圈中瞬时感应电动势最小，选项C 错误；若线圈abcd 转动的角速度变为2ω，且线圈转动一周只有半周产生感应电压，在这半周中，电压的最大值是2NBS ω，设变压器原线圈电压的有效值为U ，则(2NBS ω)2R ·T 2＝U 2R·T ，即U ＝NBS ω，选项D 正确．11．(多选)国家电网公司推进智能电网推广项目建设，拟新建智能变电站1 400座．变电站起变换电压作用的设备是变压器，如图所示，理想变压器原线圈输入电压u ＝2002·sin (100πt )V ，电压表、电流表都为理想电表．下列判断正确的是( )A ．输入电压有效值为200 V ，电流频率为50 HzB ．S 打到a 处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电压表的示数都增大C ．S 打到a 处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电流表的示数都减小D ．若变阻器的滑片不动，S 由a 处打到b 处，电压表V 2和电流表A 1的示数都减小解析：选AD ．输入电压的最大值U 1m ＝200 2 V ，有效值U 1＝20022V ＝200 V ，由瞬时值表达式知，角速度ω＝100π rad/s ，频率f ＝ω2π＝100π2πHz ＝50 Hz ，故A 正确；S 打到a 处，滑片向下滑动，原线圈电压不变，原、副线圈匝数比不变，副线圈电压不变，副线圈电阻减小，电流增大，电流表A 2示数增大，故B 、C 错误；若变阻器的滑片不动，S 由a 处打到b 处，副线圈匝数减少，输入电压不变，输出电压减小，电压表V 2示数减小，输出功率P 2＝U 22R减小，根据输入功率等于输出功率，P 1＝U 1I 1减小，U 1不变，则I 1减小，即电流表A 1的示数减小，故D 正确．12．教学用发电机能够产生正弦式交变电流．利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R 供电，电路如图所示，理想交流电流表A 、理想交流电压表V 的读数分别为I 、U ，R 消耗的功率为P .若发电机线圈的转速变为原来的12，则( )A ．R 消耗的功率变为12P B ．电压表V 的读数变为12U C ．电流表A 的读数变为2ID ．通过R 的交变电流频率不变解析：选B ．发电机线圈的转速变为原来的12时，电动势的最大值、有效值均变为原来的12，所以电压表的读数变为原来的12，B 正确；R 两端的电压变为原来的12，根据P ＝U 2R 可知，R 消耗的功率变为原来的14，A 错误；由于输出功率变为原来的14，电压减小到一半，根据P ＝UI 可知，电流变为原来的12，电流表的读数变为原来的12，C 错误；由于转速变为原来的12，则交变电流的频率变为原来的12，D 错误． 13．如图所示，为了浴室用电安全，某同学用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入交变电压u ＝311sin (100πt ) V ．已知照明灯额定功率为44 W ，排气扇电动机内阻为1 Ω，电流表示数为2 A ，各用电器均正常工作，电表均为理想表．则( )A ．电压表示数为62 VB ．变压器的输入功率为186 WC ．排气扇输出功率为43 WD ．保险丝熔断电流不得低于2 A解析：选C ．原线圈输入电压最大值为U m ＝311 V ，原线圈输入电压为U 1＝220 V ，根据变压器变压公式，U 1∶U 2＝5∶1，可知副线圈输出电压U 2＝44 V ，选项A 错误；变压器的输出功率为P 出＝U 2I 2＝44×2 W ＝88 W ，根据变压器输入功率等于输出功率，可知变压器输入功率为P 入＝88 W ，选项B 错误；由P 出＝P 灯＋P ＝44 W ＋P ＝88 W 可得，P ＝44 W ，照明灯中电流I 灯＝P 灯U 2＝1 A ，排气扇中电流I ＝I 2－I 灯＝1 A ，排气扇内阻发热功率为P 内＝I 2r ＝1 W ，由P ＝P 内＋P 出′可得排气扇输出功率为P 出′＝43 W ，选项C 正确；由P 入＝U 1I 1，解得保险丝中电流I 1＝0.4 A ，即保险丝熔断电流不得低于0.4 A ，选项D 错误．14．(多选)如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2.原线圈通过一理想电流表A 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R 的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大．用交流电压表测得a 、b 端和c 、d 端的电压分别为U a b 和U c d ，则( )A ．U a b ∶U c d ＝n 1∶n 2B ．增大负载电阻的阻值R ，电流表的读数变小C ．负载电阻的阻值越小，cd 间的电压U c d 越大D ．将二极管短路，电流表的读数加倍解析：选BD ．变压器的变压比U 1U 2＝n 1n 2，其中U 1、U 2是变压器原、副线圈两端的电压．U 1＝U a b ，由于二极管的单向导电特性，U c d ≠U 2，选项A 错误；增大负载电阻R 的阻值，负载的电功率减小，由于P 入＝P 出，且P 入＝I 1U a b ，所以原线圈上的电流I 1减小，即电流表的读数变小， 选项B 正确； c 、d 端的电压由输入电压U a b 决定，负载电阻R 的阻值变小时，U c d 不变，选项C 错误； 根据变压器上的能量关系有E 输入＝E 输出，在一个周期T 的时间内，二极管未短路时有U a b I 1T ＝U 2R ·T 2＋0(U 为副线圈两端的电压)，二极管短路时有U a b I 2T ＝U 2RT ，由以上两式得I 2＝2I 1，选项D 正确．。