山东省2012届高三物理复习 10.2 变压器、电能的输送课堂练习 新人教版选修3-2

用心 爱心 专心 1 第十章第十章 第第 2 2 节节 变压器 电能的输送变压器 电能的输送 例 1 2011 淄博模拟 12 分 如图所示 理想变压器 B 的原线圈跟副线圈的匝数比 n1 n2 2 1 交流电源电压 U 311sin100 t V F 为熔断电流为 I0 1 0 A 的保险丝 负载 为一可变电阻 1 当电阻 R 100 时 保险丝能否被熔断 2 要使保险丝不被熔断 电阻 R 的阻值应不小于多少 变压器输出的电功率不能超过多少 答案 1 保险丝不会熔断 2 电阻 R 的阻值不能小于 55 电功率不能大于 220 W 详解 原线圈电压的有效值为 U1 V 220 V 由 得副线圈两端的电压 U2 U1 220 V 110 V 1 当 R 100 时 副线圈中电流 I2 A 1 10 A 3 分 由 U1I1 U2I2 得原线圈中的电流为 I1 I2 1 10 A 0 55 A 由于 I1 I0 熔断电流 故保险丝不会熔断 2 分 2 设电阻 R 取某一值 R0 时 原线圈中的电流 I1 刚好到达熔断电流 I0 即 I1 1 0 A 则副 线圈中的电流为 I2 I1 I1 2 1 0 A 2 0 A 变阻器阻值为 R0 55 3 分 此时变压器的输出功率为 P2 I2 U2 2 0 110 W 220 W 2 分 可见 要使保险丝 F 不被熔断 电阻 R 的阻值不能小于 55 输出的电功率不能大于 220 W 2 分 例 2 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为 10 1 b 是原线圈的中心抽头 电压 表 V 和电流表 A 均为理想交流电表 从某时刻开始在原线圈 c d 两端加上交变电压 其瞬 时值表达式 u1 220sin100 t V 则 用心 爱心 专心 2 A 当单刀双掷开关与 a 连接时 电压表的示数为 22 V B 当 t s 时 c d 间的电压瞬时值为 110V C 单刀双掷开关与 a 连接 在滑动变阻器触头 P 向上移动的过程中 电压表和电流表的示数 均变小 D 当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时 电压表和电流表的示数均变小 答案 选 A 详解 由正弦交流电的最大值与有效值的关系 可以确定原线圈电压有效值为 220 V 电 压表所测电压值也是有效值 由于变压器原 副线圈电压比等于匝数比 所以电压表示数为 22 V A 正确 将 t s 代入瞬时值表达式计算得 u 110V B 错 对于理想变压器 副 线圈电压只与原线圈电压和原 副线圈匝数比有关 所以滑动变阻器触头 P 向上移动的过程 中 电压表示数不变 所以 C 错 开关由 a 扳向 b 原 副线圈匝数比变小 所以副线圈电 压变大 电流变大 所以 D 错 例 3 14 分 某学校有一台应急备用发电机 内阻为 r 1 升压变压器的匝数比为 1 4 降压变压器的匝数比为 4 1 输电线的总电阻为 R 4 全校 22 个教室 每个教室用 220 V 40 W 的灯泡 6 盏 要求所有灯都正常发光 则 1 输电线上损耗的电功率多大 2 发电机的输出功率多大 3 发电机的电动势多大 答案 1 144 W 2 5 424 W 3 250 V 详解 1 根据题意 画出从发电机到教室灯泡之间的传输过程 如图所示 所有灯都正常工作的总功率为 P 2 22 6 40 W 5 280 W 1 分 用电器都正常工作时的总电流为 I 2 A 24 A 1 分 两个变压器之间输电线上的电流为 IR I2 6 A 1 分 故输电线上损耗的电功率 PR R 144 W 2 分 2 升压变压器的输出功率为 P1 PR P2 5 424 W 2 分 用心 爱心 专心 3 而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率 P 出 P1 P1 5 424 W 1 分 3 降压变压器上的输入电压 U2 4U2 880 V 1 分 输电线上的电压损失为 UR IRR 24 V 因此升压变压器的输出电压为 U1 UR U2 904 V 1 分 升压变压器的输入电压为 U1 226 V 1 分 升压变压器的输入电流为 I1 4IR 24 A 1 分 发电机的电动势 E U1 I1r 226 V 24 1 V 250 V 2 分 巩固练习 1 2011 新课标全国卷 T17 如图 一理想变压器原副线圈的匝数比为 1 2 副线圈电 路中接有灯泡 灯泡的额定电压为 220V 额定功 率为 22W 原线圈电路中接有电压表和电流表 现闭合开关 灯泡正常发光 若用 U 和 I 分别表 示此时电压表和电流表的读数 则 A U 110V I 0 2A B U 110V I 0 05 A C U 110V I 0 2A 2 D U 110V I 0 2A 22 答案 选 A 详解 在副线圈电路中 I2 0 1A 再根据 及 得 U1 110V I1 0 2A 故 P U U1 U2 n1 n2 I2 I1 n1 n2 B C D 错 A 正确 2 2011 山东高考 T20 为保证用户电压稳定在 220V 变电所需适时进行调压 图甲为 调压变压器示意图 保持输入电压 1 u 不变 当滑动接头 P 上下移动时可改变输出电压 某此 检测得到用户电压 2 u 随时间 t 变化的曲线如图乙所示 以下正确的是 A Vtu 50sin 2190 B Vtu 100sin 2190 C 为使用户电压稳定在 220V 应将 P 适当下移 D 为使用户电压稳定在 220V 应将 P 适当上移 答案 选 B D 详解 由图像可知 正弦式交变电压的最大值为 V2190 其周期为 0 02S 可得其表达式 为 B 选项正确 又在 1 u 2 n 不变的前提下通过改变 1 n 来使 2 u 增大 由 2 1 2 1 n n u u 可得应使 1 n 减小 故应将 P 适当上移 D 选项正确 用心 爱心 专心 4 3 2011 浙江理综 T16 如图所示 在铁芯上 下分别绕有匝数 n1 800 和 n2 200 的两 个线圈 上线圈两端与 u 51sin314tV 的交流电源相连 将下线圈两端接交流电压表 则交 流电压表的读数可能是 A 2 0V B 9 0V C 12 7V D 144 0V 答案 选 A 详解 根据上线圈所加电压的表达式可得 最大值为 51 V 所以有效值 V36 2 1 1 m U U 若变压器为理想变压器 2 1 2 1 n n U U 可得 U2 9 0 V 但由于铁心不闭合 考虑到磁漏的存在 应有 U2 9 0 V 所以 A 正确 4 2011 海南物理 T11 如图 理想变压器原线圈与 10V 的交流电源相连 副线圈并联 两个小灯泡 a 和 b 小灯泡 a 的额定功率为 0 3w 正常发光时电阻为 30 已知两灯泡均正 常发光 流过原线圈的电流为 0 09A 可计算出原 副线圈的匝数比为 流过灯泡 b 的电流为 A 答案 3 10 0 2 详解 10 1 U V 根据小灯泡正常发光 则 3 2 PRU V 1 0 2 R U Ia A 根据 3 10 2 1 2 1 U U n n 2 1 1 2 n n I I 所以 3 0 1 2 1 2 I n n I A 2 0 2 ab III A 5 2011 江苏物理 T13 1 图为一理想变压器 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 u t 图象如题 13 2 图所示 若只在 ce 间接 一只 ce R 400 的电阻 或只在 de 间接一只 de R 225 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 ab U 的表达式 2 求只在 ce 间接 400 的电阻时 原线圈中的电流 I1 3 求 ce 和 de 间线圈的匝数比 ce de n n 用心 爱心 专心 5 答案 1 400sin200 ab t u 2 0 28A 3 4 3 详解 1 有题 13 2 图知 200 rad s 电压瞬时值 400sin200 ab t u V 2 电压有效值 1 2 mU U 200 2 V 理想变压器 12 pp 原线圈中的电流 1 1 1 P I U 0 28A 2 设 ab 间匝数为 1 n 根据变压器规律有 1 abce ce uu nn 1 abde de uu nn 由题意有 22 cede cede uu RR 联立可得 4 3 ce de n n 6 2010 全国卷 2 19 图中为一理想变压器 其原线圈与一电压有效值不变的交流电源 相连 P 为滑动头 现令 P 从均匀密绕的副线圈最底端开始 沿副线圈匀速上滑 直至白炽 灯 L 两端的电压等于其额定电压为止 用 1 I 表示流过原线圈的电流 2 I 表示流过灯泡的电流 2 U 表示灯泡两端的电压 2 N 表示灯泡消耗的电功率 这里的电流 电压均指有效值 电功 率指平均值 下列 4 个图中 能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 答案 BC 解析 副线圈是均匀密绕的且滑动头匀速上滑 说明副线圈的匝数在均匀增大 由变压器的 用心 爱心 专心 6 变压比 22 11 Un Un 得 2 1 U Ukt n 均匀增大 k 为单位时间增加的匝数 C 正确 灯泡两端的 电压由零增大时其电阻增大 描绘的伏安特曲线为 B 灯泡的功率先增大的快 电阻小 后 增大的慢 电阻大 D 错误 原线圈功率等于灯泡功率是增大的 所以原线圈电流一定增大 A 错误 命题意图与考点定位 考查理想变压器和灯泡的伏安特曲线知识 7 2010 天津卷 7 为探究理想变压器原 副线圈电压 电流的关系 将原线圈接到电压 有效值不变的正弦交流电源上 副线圈连接相同的灯泡 L1 L2 电路中分别接了理想交流电 压表 V1 V2 和理想交流电流表 A1 A2 导线电阻不计 如图所示 当开关 S 闭合后 A A1 示数变大 A1 与 A2 示数的比值不变 B A1 示数变大 A1 与 A2 示数的比值变大 C V2 示数变小 V1 与 V2 示数的比值变大 D V2 示数不变 V1 与 V2 示数的比值不变 答案 AD 8 2010 重庆卷 17 输入电压为 220V 输出电压为 36V 的变压器副线圆烧坏 为获知此 变压器原 副线圈匝数 某同学拆下烧坏的副线圈 用绝缘导线在铁芯上新绕了 5 匝线圈 如题 17 图所示 然后将原线圈接到 220V 交流电源上 测得新绕线圈的端电压为 1V 按理想 变压器分析 该变压器烧坏前的原 副线圈匝数分别为 A 1100 360 B 1100 180 C 2200 180 D 220 360 答案 B 解析 对新绕线的理想变压器 根据变压比公式得 1100 1 2205 3 13 1 U Un n 变压器烧坏前 同理 180 220 361100 1 21 2 U Un n B 正确 9 2010 江苏卷 7 在如图多事的远距离输电电路图中 升压变压器和降压变压器均为 理想变压器 发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变 随着发电厂输出功率的增大 下列 用心 爱心 专心 7 说法中正确的有 A 升压变压器的输出电压增大 B 降压变压器的输出电压增大 C 输电线上损耗的功率增大 D 输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 解析 逐项判断 A 应不变 A 错误 B U P I IR 损 U 损 U UU 23 因 P 变大 I 变大 所以 U 损变大 所以降压 变压器初级电压 U3 变小 B 错误 C R U P 2 损 P 因 P 变大 所以 P 损变大 C 正确 D U PR P R U P P P 2 损 因 P 变大 所以比值变大 D 正确 本题选 CD 本题考查电能的输送 通常考查电压的变化引起其它变化 本题考查考查功率的 变化引起其它变化 有新意 本题难度 中等 10 2010 福建卷 13 中国已投产运行的 1000kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输 电工程 假设甲 乙两地原采用 500kV 的超高压输电 输电线上损耗的电功率为 P 在保持 输送电功率和输电线电阻都不变的条件下 现改用 1000kV 特高压输电 若不考虑其他因素 的影响 则输电线上损耗的电功率将变为 A P 4 B P 2 C 2P D 4P 答案 A 解析 由P UI 可知当输出电压由 500kv 升高到 1000kv 时 电路中的电流将减为原来的一 半 由 2 I RP 损线 可知电路中损耗的功率变为原来的 1 4 命题特点 本题以高压输电这一生活情境为背景 相应了 两会 提出的节能减排的建议 考查了用远程高压输电减小能耗的知识点 具有实际意义 启示 高考复习中应注重物理问题联系生活实际 11 2010 山东卷 19 一理想变压器原 副线圈的匝数比为 10 1 原线圈输入电压的变 化规律如图甲所示 副线圈所接电路如图乙所示 P 为滑动变阻器的触头 用心 爱心 专心 8 A 副线圈输出电压的频率为 50Hz B 副线圈输出电压的有效值为 31V C P 向右移动时 原 副线圈的电流比减小 D P 向右移动时 变压器的输出功率增加 答案 AD 解析 A 周期 2 2 10Ts 频率 50fHz A 正确 B 原线圈输入电压的有效值为 310 220 2 V 所以 副线圈输出电压的有效值为 220 22 10 V B 错误 C 根据 1 122 U IU I 所以 122 211 IUn IUn 不变 C 错误 D 变压器的输出功率 2 2 U p R P 向右移动时 电阻变小 变压器的输出功率增加 D 正确 本题选 AD 本题考查变压器原理和交流电图象 难度 容易 12 2010 浙江卷 17 某水电站 用总电阻为 2 5 的输电线输电给 500km 外的用户 其 输出电功率是 3 106KW 现用 500kV 电压输电 则下列说法正确的是 A 输电线上输送的电流大小为 2 105A B 输电线上由电阻造成的损失电压为 15kV C 若改用 5kV 电压输电 则输电线上损失的功率为 9 108KW D 输电线上损失的功率为AP U2 r U 为输电电压 r 为输电线的电阻 答案 B 13 09 广东物理 9 图为远距离高压输电的示意图 关于远距离输电 下列表述正确的 是 ABD A 增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B 高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C 在输送电压一定时 输送的电功率越大 输电过程中的电能损失越小 用心 爱心 专心 9 D 高压输电必须综合考虑各种因素 不一定是电压越高越好 解析 依据输电原理 电路中的功率损耗 线 RIP 2 而 S L R 线 增大输电线的横截面积 减小输电线的电阻 则能够减小输电线上的功率损耗 A 正确 由 P UI 来看在输送功率一定 的情况下 输送电压 U 越大 则输电电流越小 则功率损耗越小 B 正确 若输电电压一定 输送功率越大 则电流 I 越大 电路中损耗的电功率越大 C 错误 输电电压并不是电压越 高越好 因为电压越高 对于安全和技术的要求越高 因此并不是输电电压越高越好 D 正 确 考点模拟演练 1 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为 11 2 原线圈两端的输入电压 u 220sin 100 t V 电表均为理想电表 滑动变阻器 R 接入电路部分的阻值为 10 2 下列叙述中正确的是 A 该交流电的频率为 50 Hz B 电压表的读数为 42 V 2 C 电流表的读数为 4 A D 若滑动变阻器的滑片 P 向 a 端移动 电流表的读数变大 答案 AC 详解 根据原线圈两端输入电压的表达式可知 交流电的频率 f Hz 50 2 100 2 Hz A 正确 变压器原线圈电压的有效值为 U1 220 V 利用变压器的变压比 U1 U2 n1 n2 可求得 U2 40 V 电压表的读数为 40 V B 错误 电流表的读数为 I 4 A C 正确 若滑动变阻器的滑片 P 向 a 端移动 接入电路的电阻增大 而 U2 不变 U2 R 电流表示数变小 D 错误 2 图甲是线圈绕垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电图象 把该 交流电压加在图乙中变压器的 A B 两端 已知理想变压器原线圈 和副线圈 的匝数比为 5 1 交流电流表和交流电压表均为理想电表 电阻 R 1 其他各处电阻不计 以下说 法正确的是 A 在 t 0 1 s 0 5 s 时 穿过线圈的磁通量最大 B 线圈转动的角速度为 10 rad s C 电压表的示数为 V 2 D 电流表的示数为 0 40 A 答案 D 详解 t 0 1 s 0 5 s 时 电压达最大值 此时线圈平面与磁场平行 A 错误 由图知 T 0 4 s 所以角速度 w 5 rad s B 错误 由 得输出电压的最大值 2 T 2 0 4 s U1 U2 n1 n2 为 2 V 所以电压表示数应为 2 V C 错误 R 中电流 IR 2 A 由变压器的电流与 2 2 V 1 用心 爱心 专心 10 匝数关系知电流表示数为 0 40 A D 正确 正确答案 D 3 如图所示 T 为理想变压器 副线圈回路中的输电线 ab 和 cd 的电阻不可忽略 其余输电 线电阻可不计 则当开关 S 闭合时 答案 B 详解 在理想变压器中 因为 U 不变 故示数不变 闭合 S 时 负载电阻变小 副线圈 中电流 I2 增大 示数增大 由 P 入 P 出可知示数增大 因 ab 和 cd 导线的电阻不可忽 略 所以 U3 减小 示数变小 由 I3 U3 R1 得 流过 R1 处的电流 I3 变小 示数变小 故 B 对 4 2011 华南师大附中模拟 在变电站里 经常要用交流电表去监测电网上的强电流 所用的 器材叫电流互感器 如下所示的四个图中 能正确反映其工作原理的是 答案 选 A 详解 电流互感器应是测电流的 应串联在火线上 故 B D 选项错误 同时 由 I1n1 I2n2 知要使 I2 I1 须 n2 n1 故 A 选项正确 C 选项错误 5 如图甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为 10 1 R1 20 R2 30 C 为电 容器 已知通过 R1 的正弦交流电如图乙所示 则 A 交流电的频率为 0 02 Hz B 原线圈输入电压的最大值为 200V C 电阻 R2 的电功率约为 6 67 W D 通过 R3 的电流始终为零 答案 选 C 详解 根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期 频率相同 周期为 0 02 s 频率为 50 Hz A 错 由图乙可知通过 R1 的电流最大值为 Im 1 A 根据欧姆定律可知其最大电压 用心 爱心 专心 11 为 Um 20 V 再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为 200 V B 错 因为电容器有通交流 阻直流的作用 则有电流通过 R3 和电容器 D 错 根据正 弦交流电的峰值和有效值关系及并联电路特点可知电阻 R2 的电流有效值为 I 电 压有效值为 U Um V 电阻 R2 的电功率为 P2 UI W C 对 6 如图所示 为一理想变压器 K 为单刀双掷开关 P 为滑动变阻器的滑动触头 U1 为加在 原线圈两端的电压 I1 为原线圈中的电流强度 则 A 保持 U1 及 P 的位置不变 K 由 a 合到 b 时 I1 将增大 B 保持 U1 及 P 的位置不变 K 由 b 合到 a 时 R 消耗的功率减小 C 保持 U1 不变 K 合在 a 处 使 P 上滑 I1 将增大 D 保持 P 的位置不变 K 合在 a 处 若 U1 增大 I1 将增大 答案 选 A B D 详解 K 由 a 合到 b 时 n1 减小 由 U1 U2 n1 n2 可知 U2 增大 P2 R 随之增大 而 P1 P2 又 P1 I1U1 从而 I1 增大 A 正确 K 由 b 合到 a 时 与上述情况相反 P2 将减 小 B 正确 P 上滑时 R 增大 P2 R 减小 又 P1 P2 P1 I1U1 从而 I1 减小 C 错误 U1 增大 由 U1 U2 n1 n2 可知 U2 增大 I2 U2 R 随之增大 由 I1 I2 n2 n1 可知 I1 也增 大 D 正确 故选项 A B D 正确 7 如图所示 理想变压器原副线圈匝数之比为 4 1 原线圈接入一电压为 u U0sin t 的交 流电源 副线圈接一个 R 27 5 的负载电阻 若 U0 220 V 100 rad s 则下 2 述结论正确的是 A 副线圈中电压表的读数为 55 V B 副线圈中输出交流电的周期为 s 1 100 C 原线圈中电流表的读数为 0 5 A D 原线圈中的输入功率为 110 W 2 答案 AC 详解 原线圈电压有效值 U1 220 V 由电压比等于匝数比可得副线圈电压 U2 55 V A 对 电阻 R 上的电流为 2 A 由原副线圈电流比等于匝数的反比 可得电流表示数为 0 5 用心 爱心 专心 12 A C 对 输入功率为 P 220 0 5 W 110 W D 错 周期 T 0 02 s B 错 2 8 在远距离输电时 输送的电功率为 P 输电电压为 U 所用导线电阻率为 横截面积为 S 总长度为 L 输电线损失的电功率为 P 用户得到的电功率为 P 用 则 P P 用的关 系式正确的是 A P B P U2S L P2 L U2S C P 用 P D P 用 P 1 U2S L P L U2S 答案 BD 详解 输电线电阻 R 输电电流为 I L S P U 故输电线上损失的电功率为 P I2R 2 P U L S P2 L U2S 用户得到的电功率为 P 用 P P P 1 故 B D 正确 P L U2S 9 理想变压器连接电路如图甲所示 已知原副线圈匝数比为 10 1 当输入电压波形如图乙 时 电流表读数 2 A 则 A 电压表读数 282 V B 电压表读数 28 2 V C 输入功率为 56 4 W D 输入功率为 40 W 答案 D 详解 由图乙可知 Um 282 V 则输入电压有效值 U1 200 V 根据 Um 2 U2 20 V 再根据 I1 0 2 A 输入功率 P U1I1 40 W 故 A B C 错 U1 U2 n1 n2 I1 I2 n2 n1 D 正确 10 如图 20 所示是霓虹灯的供电电路 电路中的变压器可视为理想变压器 已知变压器原 线圈与副线圈匝数比 加在原线圈的电压为 u1 311 sin100 t V 霓虹灯正常工 n1 n2 1 20 作的电阻 R 440 k I1 I2 表示原 副线圈中的电流 下列判断正确的是 A 副线圈两端电压 6220 V 副线圈中的电流 14 1 mA 用心 爱心 专心 13 B 副线圈两端电压 4400 V 副线圈中的电流 10 0 mA C I1I2 答案 BD 详解 原线圈电压的有效值为 220 V 由 解得副线圈电压 U2 4400 V 由 I2 U1 U2 n1 n2 得 I2 10 0 mA 选项 B 对 根据 n1I2 选项