2015届高三物理第一轮知识点特训习题7

一轮特训49变压器远距离输电一、概念规律题组1．理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈两端接通交流电源，则()A．原、副线圈中电流频率之比f1∶f2＝10∶1B．原、副线圈两端电压之比为U1∶U2＝10∶1C．原、副线圈内交变电流之比I1∶I2＝1∶10D．变压器输入和输出功率之比P1∶P2＝10∶12．远距离输电时，在输送电功率不变的条件下()A．只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率B．提高输电电压，能减小电流，提高输电效率C．提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流图13．如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220V，60W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()A．电流表的示数为eq\f(3\r(2),220)AB．电源输出功率为1200WC．电流表的示数为eq\f(3,220)AD．原线圈端电压为11V二、思想方法题组4．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是()A．输电线上的电流I＝eq\f(U,R)B．输电线上的电流I＝eq\f(P0,U)C．输电线上损失的功率P＝(eq\f(P0,U))2RD．输电线上损失的功率P＝eq\f(U2,R)图25．如图2所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中正确的是()A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大一、理想变压器原、副线圈基本量的关系基本关系功率关系P入＝P出电压关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流关系只有一个副线圈时，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)；多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中交流电的频率相等制约关系电压副线圈的电压U2由原线圈的电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定【例1】(2011·广东·19)图3(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55Ω，、为理想电流表和理想电压表，若原线圈接入如图3(b)所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是()(a)(b)图3A．电流表的示数为2B．原、副线圈匝数比为1∶2C．电压表的示数为电压的有效值D．原线圈中交变电压的频率为100Hz[规范思维]二、变压器的动态分析问题此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)、输入功率、输出功率随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各物理量随负载电阻变化而变化的情况．根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系，这是处理此类问题的关键．动态分析问题的思路程序可表示为：【例2】如图4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()图4A．交流电压表V2和V3的示数一定都变小B．交流电压表V3的示数变小C．交流电流表A1、A2和A3的示数一定变大D．只有A1的示数变大[规范思维]三、输电电路的基本分析图51．如图5所示，发电站的输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P′，电压为U′，则输电电流为I＝eq\f(P,U)＝eq\f(U－U′,R线)＝eq\f(U线,R线).2．输电导线损失的电压：U线＝U－U′＝IR线．3．输电导线上损失的电功率ΔP＝P－P′＝I2R线＝(eq\f(P,U))2R线＝eq\f(U线2,R线).4．减少电能损失的基本途径：根据公式ΔP＝I2R线＝(eq\f(P,U))2R线．可知有两个基本途径：①减小输电线电阻，如加大输电导线的横截面积，采用电阻率小的材料等；②高压输电，在输送功率一定的条件下，提高电压，减小输送电流．【例3】(2010·浙江理综·17)某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW，现用500kV的电压输电，A．输电线上输送的电流大小为2.0×10B．输电线上由电阻造成的电压损失为15kVC．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻[规范思维]四、远距离高压输电问题的分析1．远距离高压输电的几个基本关系(以图6为例)图6(1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3(2)电压、电流关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)＝eq\f(I4,I3)U2＝U线＋U3I2＝I3＝I线(3)输电电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U2－U3,R线)(4)输电导线上损失的电功率P线＝U线I线＝Ieq\o\al(2,线)R线＝(eq\f(P2,U2))2R线2．关于远距离输电问题的处理思路常见问题有两类：一类是按发电机→升压→输电线→降压→用电器的顺序分析或按用电器到发电机的顺序分析；还有一类常见的是从中间突破的题目，即由输电线上的功率损失求出输电线上的电流，也就是流过升压变压器副线圈和降压变压器原线圈的电流，再由理想变压器的工作原理推断发电和用电的问题．【例4】某小型发电站的发电机输出交流电压为500V，输出电功率为50kW，如果用电阻为3Ω的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？[规范思维][针对训练](2009·山东理综·19)某小型水电站的电能输送示意图如图7所示，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220V的用电器正常工作，则()图7A.eq\f(n2,n1)>eq\f(n3,n4)B.eq\f(n2,n1)<eq\f(n3,n4)C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率【基础演练】图81．如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1.原线圈接电压u＝220sin100πtV的交流电源，副线圈接两个阻值均为R＝22Ω的负载电阻，电表均为理想电表．则下述结论中正确的是()A．开关S断开时，电流表A的示数为0.1B．开关S断开时，电压表V的示数为11eq\r(2)VC．开关S闭合时，电流表A的示数为0.05D．开关S闭合时，电压表V的示数为22V2．(2011·山东·20)为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图9甲为调压变压器示意图．保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压．某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示．以下正确的是()甲乙图9A．u1＝190eq\r(2)sin(50πt)VB．u2＝190eq\r(2)sin(100πt)VC．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3．(2010·江苏单科·7)在如图10所示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，下列说法中正确的有()图10A．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图114．(2010·山东潍坊一模)如图11所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，原线圈两端接电压有效值恒定的交变电流，则能使原线圈的输入功率变大的是()A．保持P的位置不变，S由b切换到aB．保持P的位置不变，S由a切换到bC．S掷于b位置不动，P向上滑动D．S掷于b位置不动，P向下滑动5．(2010·天津理综·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12所示．当开关S闭合后()图12A．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6．如图13所示，图13理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的电阻B阻值相等，a、b两端加一定的交变电压U后两电阻消耗的功率之比PA∶PB为()A．4∶1B．1∶4C．16∶1D．1【能力提升】7．(2009·广东单科·9)如图14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()图14A．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，输送电功率越大，输电过程中的电能损失越小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题号1234567答案8.(2011·湖南长沙模拟)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝eq\f(\r(2),π)T．用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220V，11kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如图15所示．求：图15(1)发电机的输出电压；(2)变压器原、副线圈的匝数比；(3)与变压器原线圈串联的电流表的示数．9．三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，建成后将是中国规模最大的水利工程，枢纽控制流域面积1×106km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均水流量Q＝4.51×1011m3.水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面，在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量(26台发电机组同时工作时的总发电功率)P＝1.82×107kW，年平均发电约W＝8.40×1010kW·h，该工程将于2009年全部竣工，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面，阅读上述资料，解答下列问题．(水的密度ρ＝1.0×103(1)若三峡电站上下游水位差按H＝100m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式，(2)若26台发电机组全部建成并发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？(3)将该电站的电能输送到华中地区，送电功率P1＝4.5×106kW；采用超高压输电，输电电压U＝500kV，而发电机输出的电压约U0＝18kV，要使输电线上损耗的功率等于输送电功率5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻．一轮特训49变压器远距离输电【课前双基回扣】1．BC[根据变压器的电压比eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)和电流比eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知选项B、C是正确的；对于理想变压器，不改变频率且输入与输出的功率应相等，即P1＝P2，所以选项A、D是错误的．]2．B[在输出功率一定时，由P＝UI知，当U增大时，I减小，输电导线损耗的功率P损＝I2R将变小．]3．C[因为灯泡正常发光所以副线圈中的电流：I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(60,220)A＝eq\f(3,11)A根据公式eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)得I1＝eq\f(n2,n1)I2＝eq\f(1,20)×eq\f(3,11)A＝eq\f(3,220)A，即电流表的示数应为eq\f(3,220)A，故A错，C对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入＝P出可得电源的输出功率为60W，故B选项错误；根据公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，得U1＝eq\f(n1,n2)U2＝eq\f(20,1)×220V＝4400V，故D选项错误．]4．BC[输电线上的电流I线＝eq\f(P0,U)＝eq\f(U线,R)，故A错误，B正确；输电线上的功率损失P＝Ieq\o\al(2,线)R＝(eq\f(P0,U))2R＝eq\f(U\o\al(2,线),R)，故C正确，D错误．]5．BCD[由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变．并联灯泡L2，负载总电阻变小，由欧姆定律I＝eq\f(U,R)知，流过R的电流增大，电阻R上的电压UR＝IR增大．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得，I2增大，则原线圈输入电流I1也增大．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小．]思维提升1．变压器的工作原理是电磁感应，工作基础是互感现象，变压器只能变电压，不能变频率．2．输电线上的功率损失P损＝I2R线＝eq\f(P2,U2)R线＝U损I.减少输电线功率损失的两种方法：(1)减小R线；(2)减小电流，提高输电电压．3．理想变压器的基本关系式：(1)P入＝P出，(2)eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)，(3)I1n1＝I2n2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)(只有一个副线圈)．【核心考点突破】例1AC[由I＝eq\f(U,R)得，I＝eq\f(110,55)A＝2A，A正确．理想变压器中eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，所以eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(\f(Um,\r(2)),U2)＝eq\f(220,110)＝eq\f(2,1)，B错误．测量交流电时电表示数均为有效值，C正确，由题图(b)知T＝0.02s，由f＝eq\f(1,T)得，f＝50Hz，D错误．][规范思维]熟练掌握变压器的工作原理，记住以下几条：①变压器不改变交流电的频率与功率．②两线圈上电压比等于匝数比．③单副线圈变压器，电流比等于匝数反比．④对电压，副线圈随原线圈改变；对电流，原线圈随副线圈而改变．例2B[因为U不变，由eq\f(U,U2)＝eq\f(n1,n2)可得U2不变；当S闭合后副线圈所在电路电阻R减小，由I2＝eq\f(U2,R)可知电流I2增大，而电阻R1两端电压U3＝U2－I2R线，故U3变小，I3＝eq\f(U3,R1)变小；由UI1＝U2I2得I2＝eq\f(U2I2,U)，故I1增大．综上所述，I1、I2增大，I3减小，U2不变，U3减小，故只有B项正确．][规范思维]处理此类问题的关键是要深刻理解变压器的工作原理，辨清原、副线圈中的变量与不变量，明确各个变量间的制约关系(电压制约：原制约副；电流制约：副制约原；功率制约：副制约原)．例3B[输电线上输送的电流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(3×106kW,500kV)＝6000A，A错；输电线上损失的电压为ΔU＝Ir＝6000×2.5V＝1.5×104V＝15kV，B对；若改用5kV的电压输电，则输电线上输送的电流I′＝eq\f(P,U′)＝eq\f(3×106kW,5kV)＝6×105A，输电线上损失的功率ΔP＝I′2r＝(6×105)2×2.5W＝9×108kW>3×106kW，表明电能将在线路上损耗完，则输电线上损失的功率为3×106kW，C错；D项中输电线上损失的功率ΔP＝U2/r，U应为输电线上损耗的电压，而不是输电电压，D错．][规范思维]解此类题目，要注意公式中各量的一一对应，如输电线上功率损失ΔP＝I2R＝eq\f(P2,U2)R中，U为输送电压，ΔP＝eq\f(ΔU2,R)中，ΔU为线路上损失的电压；对于本题还要考虑实际情况．例4200V2×104W1∶10497∶22解析用500V电压送电时示意图如图所示，输电线上的电流I0＝P/U0＝50×103/500A＝用户获得电压U1＝U0－I0R＝(500－100×3)V＝200V；用户获得的电功率P1＝I0U1＝2×104W.改用高压输送时，示意图如下图所示，要求P损＝0.6%P，即P损＝50×103×0.6%W＝300W.输电电流I＝eq\r(P损/R)＝eq\r(300/3)A＝10A.发电站升压后输电电压U＝eq\f(P,I)＝eq\f(50×103,10)V＝5000V，升压变压器匝数比n1/n2＝U0/U＝500/5000＝1/10.输电线上损失的电压U′＝I·R＝10×3V＝30V，降压变压器的输入电压U2＝U－U′＝(5000－30)V＝4970V，降压变压器的匝数比eq\f(n3,n4)＝eq\f(U2,U3)＝eq\f(4970,220)＝eq\f(497,22).[规范思维]分析此类问题，先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立的闭合回路，应用串、并联电路的特点及电功、电功率有关公式分析各个回路的电流、电压和功率关系．各独立回路之间可通过变压器的eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(I2,I1)及功率P入＝P出等联系起来．[针对训练]AD思想方法总结1．对于理想变压器记住四点(1)原线圈的输入功率由副线圈的输出功率决定．(2)电压表、电流表的读数均为交流电的有效值．(3)原、副线圈上交流电的周期与频率是相同的．(4)原、副线圈的电压、电流与原、副线圈匝数有比例关系．2．关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：①负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比的变化而变化；②匝数比不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化．无论哪种情况，处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系．3．(1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图，并画出示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上．(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系，特别注意升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系．(3)注意输电线路上的功率损失与电压损失，知道升压变压器的副线圈与降压变压器的原线圈上各量的不同．【课时效果检测】1．B2.BD3.CD4.AC5.AD6．D[设电路中通过A、B的电流分别为IA、IB有IA∶IB＝n2∶n1＝1∶4故PA∶PB＝eq\f(I\o\al(2,A)R,I\o\al(2,B)R)＝1∶16]7．ABD[输电线中损失的功率ΔP＝I2·R线＝(eq\f(P送,U))2ρeq\f(L,S)，可见，增加输电线的横截面积或提