版一轮优化探究物理教科版练习第十一章 第2讲 变压器 电能的输送 含答案.docx
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版一轮优化探究物理教科版练习第十一章第2讲变压器电能的输送含答案
[课时作业] 单独成册 方便使用
[基础题组]
一、单项选择题
1.一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220V交变电压改变为110V.已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为( )
A.200 B.400
C.1600D.3200
解析:
根据变压器的变压规律=得,n2=n1=×800=400,选项B正确.
答案:
B
2.(2018·河北唐山模拟)一含有理想变压器的电路如图所示,变压器原副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是4Ω、2Ω和3Ω,U为有效值恒定的正弦交流电源.当开关S断开时,理想电流表的示数为I,当S闭合时,电流表的示数为( )
A.IB.I
C.ID.2I
解析:
设S闭合时,电流表示数为I1,对理想变压器有P入=P出,=,则开关闭合时有I1U-IR1=(2I1)2R2,开关断开时有IU-I2R1=(2I)2(R2+R3),两式联立解得I1=2I,故D项正确.
答案:
D
3.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R.变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )
A.=B.I2=
C.I1U1=IRD.I1U1=I2U2
解析:
根据变压器电流与匝数关系知=,A错误.U2不是电阻R两端的电压,故I2≠,B错误.IR仅是输电线上损失的功率,而I1U1是升压变压器的输入功率,二者并不相等,C错误.根据功率关系知I1U1=I2U2,D正确.
答案:
D
4.一理想降压变压器原、副线圈匝数比为K,原线圈与阻值为4R0的电阻串联后,接入有效值为25V的正弦交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为R0,当负载电阻的阻值R=5R0时,理想电压表的示数为5V.保持变压器输入电流不变,现将负载电阻的阻值增大到R′=11R0,此时输入电压有效值为U,则( )
A.K=,U=49V
B.K=,U=48V
C.K=4,U=49V
D.K=4,U=48V
解析:
变压器次级电流I2===,此时变压器初级电流为I1=;
变压器次级电压U2=×6R0=6V,
初级电压U1=KU2=6KV.
则U=U1+I1×4R0,即25V=6KV+,解得K=4.保持变压器输入电流不变,则次级电流也不变,将负载电阻的阻值增大到R′=11R0,则变压器次级电压为U2′=×(11R0+R0)=12V,初级电压U1′=KU2′=48V,故U′=U1′+I1·4R0=48V+×4R0=49V.故选项C正确,A、B、D错误.
答案:
C
5.由闭合电路欧姆定律及串并联关系可知,图甲中,A、B两点间接直流稳压电源,UAB=100V,R1=40Ω,滑动变阻器总电阻R=20Ω,滑片处于变阻器正中位置;图乙中,自耦变压器输入端a、b接交流稳压电源,其电压有效值Uab=100V,滑片处于线圈正中位置,R2=40Ω.若R1和R2的发热功率分别为P1和P2,则P1和P2的关系为( )
A.P1=P2B.=
C.=D.=
解析:
由闭合电路欧姆定律及串并联关系可知,图甲中,R1两端的电压为U1=80V,图乙中,R2两端的电压为U2=200V,所以==,选项C正确.
答案:
C
二、多项选择题
6.如图,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交流电源上.闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A.以下判断正确的是( )
A.变压器输入功率为484W
B.通过原线圈的电流的有效值为0.6A
C.通过副线圈的电流的最大值为2.2A
D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3
解析:
理想变压器的输入功率等于输出功率,所以有P1=U1I1=U2I2=60×2.2W=132W,选项A错误;原线圈电流I1==0.6A,选项B正确;副线圈电流最大值I2max=I2=2.2A,选项C错误;原、副线圈匝数比===,选项D正确.
答案:
BD
7.(2018·湖北宜昌调研)如图为远距离输电示意图,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,n1∶n2=1∶m,n3∶n4=n∶1(m、n都大于1).输电线的总电阻为2r,升压变压器T1原线圈的电压的有效值为U,T1的原线圈输入的电功率为P.下列说法正确的是( )
A.降压变压器T2副线圈的电压为
B.输电线上的电流为
C.用电设备的数目增多,降压变压器T2原线圈的电压变小
D.用电设备的数目减少,输电线上的电流减小
解析:
输电线上有电阻,所以降压变压器T2副线圈的电压小于,选项A错误;升压变压器T2副线圈的电压为mU,所以输电线上的电流为I=,选项B正确;用电设备的数目增多,输电线上的电压降变大,降压变压器T2原线圈的电压变小,选项C正确;用电设备的数目减少,输电的功率变小,输电线上的电流减小,选项D正确.
答案:
BCD
8.(2018·河南新乡、许昌、平顶山三市调研)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,阻值均为10Ω,S1为单刀双掷开关.原线圈接正弦式交流电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示.现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光.下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式为u=20sin50πtV
B.只断开S2后,L1、L2均正常发光
C.只断开S2后,原线圈的输入功率为0.8W
D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8W
解析:
由图乙可知T=0.02s,角速度ω==100πrad/s,输入电压u的表达式u=20sin100πtV,A错误;只断开S2,副线圈两端的总电压不变,L1、L2的电压均小于其额定电压,不会正常发光,B错误;由=可知,副线圈两端的电压为4V,只断开S2后,变压器的输出功率P出==0.8W,则原线圈的输入功率为0.8W,C正确;若S1换接到2后,R消耗的电功率为P′==0.8W,D正确.
答案:
CD
[能力题组]
一、选择题
9.(2018·河南六市联拟)如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,原线圈接入如图乙所示的正弦交流电,副线圈与二极管(正向电阻为零,相当于导线;反向电阻为无穷大,相当于断路)、定值电阻R0、热敏电阻Rt(阻值随温度的升高而减小)及报警器P(电流增加到一定值时报警器P将发出警报声)组成闭合电路,电压表、电流表均为理想电表.则以下判断正确的是( )
A.变压器线圈输出交流电的频率为25Hz
B.电压表的示数为22V
C.Rt处温度减小到一定值时,报警器P将会发出警报声
D.报警器报警时,变压器的输入功率比报警前小
解析:
由图乙可知f==50Hz,而理想变压器不改变交流电的频率,A项错误.由图乙可知原线圈输入电压的有效值U1=220V,则副线圈两端电压有效值U2=U1=44V,设电压表示数为U,由于二极管作用,副线圈回路在一个周期内只有半个周期的时间有电流,则由有效值定义有·=·T,解得U==22V,B项正确.由题给条件可知,Rt处温度升高到一定值时,报警器会发出警报声,C项错误.因报警器报警时回路中电流比报警前大,则报警时副线圈回路的总功率比报警前大,而输入功率与输出功率相等,D项错误.
答案:
B
10.有一种调压变压器的构造如图所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C、D之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压.图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C、D两端接正弦交流电源,变压器可视为理想变压器,则下列说法正确的是( )
A.当R3不变,滑动触头P顺时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小
B.当R3不变,滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小
C.当P不动,滑动变阻器滑动触头向上滑动时,电流表读数变小,电压表读数变小
D.当P不动,滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变大
解析:
当R3不变,P顺时针转动时,nMN减小,由=,知UMN减小,则电压表、电流表读数均减小,A项正确,同理知B项错误;当P不动时,匝数nMN不变,输出电压UMN不变,滑片向上滑动,根据串反并同,得电压表示数变大,电流表示数变小,C项错误,同理知D项也错误.
答案:
A
11.(多选)如图所示,发电机中线圈的匝数为N,线圈的面积为S,线圈做匀速圆周运动的角速度为ω,匀强磁场的磁感应强度为B.电流表和电压表为理想电表,定值电阻的阻值为R.当P在图示位置时,变压器的匝数比n1∶n2=1∶2.一开始线圈与磁场垂直,下列判断正确的是( )
A.电压表的读数为2NBSω
B.电流表的读数为
C.线圈由图示位置旋转四分之一周,通过电流表的电荷量为
D.P向上移动时,电压表的示数变小,电流表示数变大
解析:
感应电动势的最大值为Em=NBSω,有效值U1=,由=可得,电压表读数U2=NBSω,选项A错误;副线圈电流I2==,通过电流表的交变电流为,选项B正确;线圈由图示位置旋转四分之一圆周,通过电流表的电荷量为Q==,选项C正确;P向上移动时,副线圈匝数变少,电压表的示数变小,电流表示数也变小,选项D错误.
答案:
BC
二、非选择题
12.图甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的uabt图像如图乙所示.若只在ce间接一只Rce=400Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W.
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式;
(2)求只在ce间接400Ω电阻时,原线圈中的电流I1;
(3)求ce和de间线圈的匝数比.
解析:
(1)由题图乙知ω=200πrad/s,
电压瞬时值uab=400sin200πtV.
(2)电压有效值U1=200V,
理想变压器P1=P2=80W,
原线圈中的电流I1=,
解得I1≈0.28A(或A).
(3)设ab间匝数为n1,则=,
同理=.
由题意知=,解得=,
代入数据得=.
答案:
(1)uab=400sin200πtV
(2)0.28A或A (3)
13.某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9kW,输出电压为500V,输电线的总电阻为10Ω,允许线路损耗的功率为输出功率的4%.求:
(1)村民和村办小企业需要220V电压时,所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少?
(不计变压器的损耗)
(2)若不用变压器而由发电机直接输送,村民和村办小企业得到的电压和功率是多少?
解析:
(1)输电电路图如图所示,
由ΔP=4%P输出和ΔP=IR
得I2==6A
则U送==1500V
升压变压器原、副线圈匝数比
===
输电线上电压损失ΔU=I2R=60V
故降压变压器输入电压
U1=U送-ΔU=1440V
故降压变压器原、副线圈匝数比
===
(2)若不用变压器,则输电电流
I==18A
U=U0-IR=320V,P=P输出-I2R=5760W
答案:
(1)1∶3 72∶11
(2)320V 5760W
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