高考物理复习112变压器 电能的输送.docx
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高考物理复习112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6分,共60分。
其中1~6为单选,7~10为多选)
1.[2017·安徽六校联考]如图所示,L1和L2是不计电阻的输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器。
若已知甲的变压比为500∶1,乙的变流比为200∶1,并且已知加在电压表两端的电压为220V,通过电流表的电流为5A,则输电线的输送功率为( )
A.1.1×108WB.1.1×106W
C.1.1×104WD.1.1×102W
答案 A
解析 已知变压比为500∶1,电压表示数为220V,故输送电压为U=220×500V=1.1×105V;已知变流比为200∶1,电流表示数为5A,故传输电流为I=5×200A=1000A;故电功率为P=UI=1.1×105V×1000A=1.1×108W,故选项A正确。
2.[2017·石家庄质检]如图甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,原线圈接入图乙所示的不完整的正弦交流电,副线圈接入火灾报警系统(报警器未画出),电压表和电流表均为理想电表,R1和R2为定值电阻,R为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小。
下列说法中正确的是( )
A.R处出现火警时电压表示数增大
B.R处出现火警时电流表示数增大
C.图乙中电压的有效值为220V
D.电压表的示数为22V
答案 B
解析 设电压的最大值为Um,电压的有效值为U,将此电压加在阻值为R的电阻上,
·
=
·T,代入数据得图乙中电压的有效值为110
V,选项C错误;变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比,所以变压器原、副线圈中的电压之比是10∶1,所以电压表的示数为11
V,选项D错误;R处温度升高时,电压表示数不变,负载总阻值减小,副线圈电流增大,而输出功率和输入功率相等,所以原线圈电流增大,即电流表示数增大,选项A错误,选项B正确。
3.[2017·河南省适应性考试]一仓库的火警报警系统原理如图所示。
R2为置于仓库内的热敏电阻,其阻值随温度升高而变小,R1、R3均为定值电阻,a、b间接正弦交流电源,M为自耦变压器。
若在值班室内安装一电表,当有火情发生时,电表的示数增大,触发报警系统,可以用做报警的电表为( )
A.电流表
B.电压表
C.电压表
D.电压表
答案 D
解析 当有火情发生时,温度升高,R2阻值减小,副线圈输出电压不变,电流增大,所以电阻R3两端的电压增大,电压表V3示数增大,电压表V2示数减小,电流表A1示数减小,电压表V1示数为变压器原线圈两端电压保持不变,所以示数增大的电表只有V3,A、B、C错误,D正确。
4.[2017·山东省期末]如图所示,边长为L、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′以角速度ω匀速转动,轴OO′垂直于磁感线,形成一台交流发电机。
它与理想变压器的原线圈连接,变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2,二极管的正向电阻为零,反向电阻无穷大。
从正方形线圈处于图示位置开始计时,下列判断正确的是( )
A.交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBωL2sinωt
B.变压器的输入功率与输出功率之比为2∶1
C.电压表V示数为NBωL2
D.若将滑动变阻器的滑片向下滑动,电流表和电压表示数均减小
答案 C
解析 线圈从处于图示位置开始计时,此时线圈平面与磁场方向平行,线圈产生的感应电动势最大,故交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式e=NBωL2cosωt,选项A错误;变压器的输入功率等于其输出功率,选项B错误;根据理想变压器的变压比等于匝数比,副线圈两端的电压为
NBωL2,设电压表的读数为U,则
×
T=
·T,解得U=NBωL2,选项C正确;滑动变阻器的滑片向下滑时,变阻器接入电路的阻值变大,而两端电压不变,电流减小,故变压器的原线圈的电流减小,电流表示数减小,选项D错误。
5.如图为学校配电房向各个教室的供电示意图,T为理想变压器,V1、A1为监控市电供电端的电压表和电流表,V2、A2为监控校内变压器的输出端的电压表和电流表,R1、R2为教室的负载电阻,V3、A3为教室内的监控电压表和电流表,配电房和教室间有相当长的一段距离,则当开关S闭合时( )
A.电流表A1、A2和A3的示数都变大
B.只有电流表A1的示数变大
C.电压表V3的示数变小
D.电压表V2和V3的示数都变小
答案 C
解析 S闭合,电源电压不变,变压器变比不变,即V1、V2示数不变;S闭合,R总变小,U2不变,所以A2示数变大,那么A1示数也变大,输电线电阻r不变,所以Ur变大,由U2-Ur=U3,V3示数变小,R1不变A3示数变小。
6.[2017·河南中原名校三联]如图所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器),R表示输电线的电阻,则( )
A.用电器增加时,变压器输出电压增大
B.要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑
C.用电器增加时,输电线的热损耗减小
D.用电器增加时,变压器的输入功率减小
答案 B
解析 由于变压器原、副线圈的匝数不变,而且输入电压不变,因此增加负载不会影响变压器的输出电压,故A错误;根据变压器原理可知输出电压U2=
U1,当滑动触头P向上滑时,n2增大,所以输出电压增大,用户用电器两端电压增大,故B正确;由于用电器是并联的,因此用电器增加时总电阻变小,输出电压不变,总电流增大,故输电线的热损耗增大,输出功率增大,所以输入功率也增大,故C、D错误。
7.[2016·全国卷Ⅲ]如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b,当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。
下列说法正确的是( )
A.原、副线圈匝数比为9∶1
B.原、副线圈匝数比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶9
答案 AD
解析 因为两灯泡额定电压相同且均正常发光,且输入电压为灯泡额定电压的10倍,所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1,由理想变压器变压规律可知,原、副线圈的匝数比为9∶1,A项正确,B项错误;由理想变压器变流规律可知,原、副线圈的电流比为1∶9,由电功率P=UI可知,a和b的电功率之比为1∶9,C项错误,D项正确。
8.如图所示,a、b间输入电压有效值为220V、频率为50Hz的正弦式交流电,两灯泡额定电压相等,变压器为理想变压器,电流表和电压表均为理想交流电表,闭合电键后,两灯泡均正常发光,电流表的示数为1A,电压表示数为22V,由此可知( )
A.变压器原、副线圈的匝数比为9∶1
B.正常发光时,灯泡L1的电阻是L2的3倍
C.原线圈电流为
A
D.副线圈交变电流的频率为5Hz
答案 AC
解析 因为两灯泡额定电压相等,闭合电键后,两灯泡均正常发光,所以原线圈两端电压为220V-22V=198V,原、副线圈匝数比
=
=
=
,A正确;根据
=
=
,原线圈电流I1=
A,根据I1RL1=I2RL2,可知RL1=9RL2,B错误,C正确;变压器不改变交流电的频率,D错误。
9.[2016·豫南九校联考]如图所示,a、b间接入正弦交流电,理想变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图,R2为热敏电阻,随着温度升高其电阻变小,所有电表均为理想电表,电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻。
当R2所在处出现火情时,以下说法中正确的是( )
A.V1的示数减小,V2的示数减小
B.V1的示数不变,V2的示数减小
C.A1的示数增大,A2的示数减小
D.A1的示数减小,A2的示数减小
答案 BC
解析 由于电源的电压不变,原、副线圈的电压也不变,所以V1的示数不变,由于R2所在处出现火情时,R2的电阻减小,导致电路的总电阻减小,所以副线圈中电流增大(原线圈中电流表A1也增大)、R3两端的电压变大,所以V2的示数要减小,即R1两端的电压要减小,所以A2的示数要减小,所以B、C选项正确。
10.[2017·山西太原市模拟]如图所示,图a是远距离输电线路的示意图,图b是用户得到的电压随时间变化的图象。
已知降压变压器的匝数比为10∶1,不考虑降压变压器与用户间导线的电阻,则( )
A.发电机输出交流电的频率是50Hz
B.升压变压器的输出电压为2200V
C.输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小
答案 AD
解析 由图可知f=
=
=50Hz,A正确;输电线上的电阻不可忽略,会分得部分电压,故升压变压器的输出电压大于2200V,B错误;由理想变压器的原理知,输电线上的电流不仅与匝数有关,还与负载的阻值有关,C错误;当用户用电器的总电阻增大时,降压变压器副线圈中电流减小,则输电线中的电流I减小,由P=I2R线可知输电线上损失的功率减小,D正确。
二、非选择题(本题共2小题,共40分)
11.(20分)一个次级有两个不同副线圈的理想变压器,如图甲所示。
如图乙,将两盏标有“6V 0.9W”和一盏标有“3V 0.9W”的三盏灯泡全部接入变压器的次级线圈,且能够正常发光。
已知U1=220V,匝数如图。
(1)请在次级线圈中画出如何连接的示意图;
(2)计算灯泡正常发光时变压器初级线圈中的电流大小。
答案
(1)见解析图
(2)0.012A
解析
(1)由电压和匝数的关系知:
=
,
=
。
代入数据得:
U2=2V,U3=7V。
由U2、U3的结果知仅用两个副线圈中的任一个都不能使三盏灯正常发光。
若将两线圈的端点2与3连接,端点1、4作为输出,由于U2、U3绕向相反会抵消一部分电压,则有:
=
,解得U14=5V,不能使3个灯泡同时正常发光,不符合题目要求。
若将两线圈的端点2与4连接,则有:
=
,解得U13=9V。
由以上所求数据可知,当如图乙所示的电路接入U13时恰正常发光。
所以在次级线圈中的连接示意图如图所示。
(2)利用P入=P出得I1U1=0.9×3W,则I1=
=
A≈0.012A。
12.(20分)某水电站发电机的输出功率为100kW,发电机的电压为250V。
通过升压变压器升高电压向远处输电,输电线总电阻为8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220V。
要求在输电线上损失的功率控制为5kW(即用户得到的功率为95kW)。
请你设计两个变压器的匝数比。
为此,请你计算。
(1)降压变压器输出的电流是多少?
输电线上通过的电流是多少?
(2)输电线上损失的电压是多少?
升压变压器输出的电压是多少?
(3)两个变压器上的匝数比各应等于多少?
答案
(1)4.32×102A 25A
(2)200V 4×103V (3)
解析 如图为输送电路图。
(1)降压变压器输出电流I4,也就是用户得到的电流I4=
=
A≈4.32×102A,输电线上通过的电流为I2。
因为P线=I
R,所以I2=
=
A=25A。
(2)输电线上损失的电压U线,U线=I2R=25×8V=200V,因为升压变压器为理想变压器,输入功率等于输出功率,所以P2=I2U2=P1,U2=
=
V=4×103V。
(3)升压变压器的匝数比:
=
=
=
,降压变压器的匝数比:
=
=
=
=
。
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