2022高考物理一轮复习课时作业三十二变压器电能的输送含解析新人教版

变压器电能的输送(建议用时40分钟)1．将输入电压为220V，输出电压为6V的理想变压器改绕成输出电压为30V的理想变压器。原线圈匝数不变，副线圈原来是30匝，那么副线圈新增匝数为()A．120匝B．150匝C．180匝D．220匝【解析】选A。由理想变压器的电压与匝数关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，起初原、副线圈匝数分别是1100匝和30匝，把输出电压等于30V代入公式eq\f(U1,U2′)＝eq\f(n1,n2′)可得n2′＝150匝，所以需要新增150匝－30匝＝120匝，选项A正确。2.如下图，理想变压器原线圈的两端a、b接正弦交流电源时，电压表V的示数为220V，电流表A1的示数为0.20A。负载电阻R＝44Ω，那么以下判断正确的选项是(电表均为理想交流电表)()A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1B．原线圈和副线圈的匝数比为5∶1C．电流表A2的示数为0.1AD．电流表A2的示数为0.4A【解析】选B。理想变压器的输入功率等于输出功率，那么U1I1＝Ieq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))R，解得I2＝eq\r(\f(U1I1,R))＝eq\r(\f,44))A＝1.0A，所以原线圈和副线圈的匝数比eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)＝eq\f,0.20)＝eq\f(5,1)，B正确，A、C、D错误。3．(创新题)电加热器是指利用电能到达加热效果的电器。采用智能控制模式，控温精度高，可与计算机联网。如图为智能加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器。原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，通过人工智能设备调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V，调节前后()A.副线圈中的电流比为1∶2B．副线圈输出功率比为2∶1C．副线圈的接入匝数比为2∶1D．原线圈输入功率比为1∶2【解析】选C。在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下，使输出电压U2有效值由220V降至110V，由eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)知，副线圈接入匝数应该减为原来的一半，故副线圈的接入匝数之比为2∶1，故C正确；副线圈电压减半，电阻不变，电流也随之减半，所以电流之比为2∶1，故A错误；由P＝UI知，输出功率之比为4∶1，故B错误；原线圈输入功率等于副线圈输出功率，所以原线圈输入功率之比为4∶1，故D错误。4.(多项选择)(2021·昆明模拟)如下图为一理想变压器,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交变电压,I1为原线圈中的电流,那么 ()1及P的位置不变,K由a扳向b时,I1将增大1及P的位置不变,K由b扳向a时,R消耗功率减小1不变,K接在a处,使P上滑,I1将增大D.保持P的位置不变,K接在a处,假设U1增大,I1将增大【解析】选A、B、D。保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,n1减小,增大,由U2=U1知U2变大,那么输出电流I2增大,输出功率增大,输入功率也增大,由P1=U1I1知,I1增大,A正确;同理,K假设由b扳向a,R消耗功率将减小,B正确;U1不变,K接在a处,使P上滑时,I2减小,I1也减小,故C错误;保持P的位置不变,K接在a处,假设U1增大,那么U2也增大,即I2=增大,那么P2增大,P1=P2,故I1也应增大,故D正确。5．(多项选择)输电线路中某处漏电时，输电线通过大地和电源构成的回路中就存在漏电电流。如下图为交流输电线路上安装的某漏电保护器工作原理图，图中M为电流互感器，原线圈为两根输电线双绕线，双线的绕线匝数为n1，副线圈的匝数为n2。当副线圈中的电流到达一定值时，就会触发开关断开电源供电电路(图中未画出)，以下说法正确的选项是()A.无论输电线路上有无漏电现象，副线圈中都会产生感应电流B．只有输电线路上有漏电现象时，副线圈中才会产生感应电流C．如图，人的一只手接触输电线上的P点时，电流会经人体传入大地，如果允许通过人体的平安电流为Im，那么开关的触发电流应小于ImD．如图，人的一只手接触输电线上的P点时，电流会经人体传入大地，如果允许通过人体的平安电流为Im，那么开关的触发电流应小于eq\f(n1,n2)Im【解析】选B、D。输电线路上没有漏电现象时，由于原线圈为输电线双绕线，两根导线中的电流始终大小相等、方向相反，线圈中磁通量为零且磁通量保持不变，所以副线圈中没有感应电流产生，A错误；当输电线上有漏电现象时，漏电点通过大地与电源构成回路，原线圈上两根双绕线中的电流大小不同，磁通量不为0且发生变化，所以副线圈中就会产生感应电流，B正确；当人体与线路中的P点接触时，平安流过人体的最大电流为Im，等效为流过原线圈的电流为Im，根据理想变压器变流比关系有eq\f(Im,I2)＝eq\f(n2,n1)，解得I2＝eq\f(n1,n2)Im，C错误，D正确。【题后反思】输电线有无漏电现象的条件(1)输电线路上无漏电现象时，线圈中磁通量为零，副线圈中没有感应电流产生；(2)输电线路上有漏电现象时，会产生感应电流；根据理想变压器匝数与电流关系分析触发电流。6．(2021·乌鲁木齐模拟)把图甲所示的正弦式交变电流接在图乙中理想变压器的A、B两端，电压表和电流表均为理想电表，Rt为热敏电阻(温度升高时其电阻减小)，R为定值电阻。以下说法正确的选项是()A．Rt处温度升高时，电流表的示数变大，变压器输入功率变大B．Rt处温度升高时，电压表V1、V2示数的比值不变C．在t＝1×10－2s时，穿过该矩形线圈的磁通量为零D．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36sin50πt(V)【解析】选A。Rt温度升高时，阻值减小，电流增大，而输出电压不变，所以变压器输出功率变大，而输入功率等于输出功率，那么输入功率变大，故A正确；Rt处温度升高时，电阻减小，电压表V2测量Rt的电压，那么电压表V2示数减小，V1示数不变，那么电压表V1示数与V2示数的比值变大，故B错误；在题图甲的t＝0.01s时刻，u＝0，那么磁通量最大，此时矩形线圈平面与磁场方向垂直，故C错误；根据题图甲可知，Em＝36eq\r(2)V，T＝0.02s，那么ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(2π,0.02)＝100πrad/s，变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36eq\r(2)sin100πt(V)，故D错误。应选A。7．(创新题)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数n1∶n2＝3∶1，原线圈电路中接有一量程为3A的理想交流电流表，副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及假设干“6V6W〞的相同灯泡。输入端交变电压u的图象如图乙所示。(1)求图甲中电压表的读数。(2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数。(3)为满足第(2)问中要求，求可变电阻R应调到的电阻值。【解析】(1)根据图象可得原线圈电压的最大值U1m＝27eq\r(2)V，其有效值为U1＝27V根据n1∶n2＝U1∶U2代入数据后可得U2＝9V此即为电压表的读数。(2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的电流为I2为使副线圈接入的灯泡最多，那么I1取允许通过的最大电流的有效值为3根据U1I1＝U2I2代入数据后可得I2＝9正常发光时每个灯泡中电流为IL＝eq\f(PL,UL)＝1A，所以允许接入的灯泡个数为n＝eq\f(I2,IL)＝9盏。(3)电阻两端电压为UR＝9V－6V＝3V电阻阻值为R＝eq\f(UR,I2)＝eq\f(1,3)Ω。答案：(1)9V(2)9(3)eq\f(1,3)Ω【题后反思】由图象可知原线圈两端电压和周期，根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，逐项分析即可得出结论。此题考查的是学生读图的能力，根据图象读出交流电压的最大值和周期，根据电压和匝数之间的关系即可求得。8．(多项选择)(2021·全国Ⅱ卷)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，那么()A．ΔP′＝eq\f(1,4)ΔPB．ΔP′＝eq\f(1,2)ΔPC．ΔU′＝eq\f(1,4)ΔUD．ΔU′＝eq\f(1,2)ΔU【解析】选A、D。由电功率公式得ΔP＝I2R,输电线上电压下降ΔU＝IR，输电电流为I＝eq\f(P,U)，在输送的电功率和输电线电阻都不变时，U变为原来的2倍，电流变为原来的eq\f(1,2)，那么ΔP′＝eq\f(1,4)ΔP，ΔU′＝eq\f(1,2)ΔU，选项A、D正确，B、C错误。9.理想变压器原、副线圈各接一个电阻R1和R2，原线圈中接有220V交流电源，此时两只电阻上的电压都是10V，设变压器原、副线圈的匝数比为n∶1，电阻R1和R2消耗的功率之比为k∶1，那么()A．n＝21，k＝eq\f(1,21)B．n＝21，k＝eq\f(1,576)C．n＝441，k＝eq\f(1,24)D．n＝441，k＝eq\f(1,576)【解析】选A。原线圈接220V的电压，而R1两端的电压为10V，所以理想变压器输入端的电压为U1＝210V，输出端的电压为U2＝10V，根据公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得n＝21，电阻R1和R2消耗的功率之比为k∶1，即eq\f(UR1I1,UR2I2)＝eq\f(k,1)，因为eq\f(UR1,UR2)＝1，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，故k＝eq\f(1,21)，A正确。10.(多项选择)如下图，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通入交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有三分之一通过另一个线圈，另三分之二通过中间的臂。线圈1、2的匝数比为2∶1，在不接负载的情况下，以下说法正确的选项是()A．当从线圈1输入的电压为180V时，从线圈2输出的电压为30VB．当从线圈1输入的电压为180V时，从线圈2输出的电压为60VC．当从线圈2输入的电压为120V时，从线圈1输出的电压为120VD．当从线圈2输入的电压为120V时，从线圈1输出的电压为80V【解析】选A、D。变压器的工作原理为互感现象，当线圈1输入的电压为180V时，线圈1中每匝产生的感应电动势为eq\f(180V,n1)，即线圈1中磁通量的变化率为eq\f(180V,n1)，而线圈2只通过了三分之一的磁通量，所以每匝产生的感应电动势为eq\f(60V,n1)，所以线圈2产生的感应电动势为eq\f(60V,n1)·n2＝30V，故A正确，B错误；当线圈2输入的电压为120V时，线圈2中每匝产生的感应电动势为eq\f(120V,n2)，即线圈2中磁通量的变化率为eq\f(120V,n2)，而线圈1中只有三分之一的磁通量通过，所以每匝产生的感应电动势为eq\f(40V,n2)，所以线圈1产生的感应电动势为eq\f(40V,n2)·n1＝80V，故C错误，D正确。11.(创新题)如下图，一理想变压器原线圈与每个副线圈的匝数比均为3∶1，原线圈与每个副线圈所连的电阻阻值均为R，原线圈接220V的正弦交流电，副线圈n2回路中电阻两端的电压为UR2，原线圈电阻与每个副线圈电阻消耗的功率的比值均为k。那么()A．UR2＝60Vk＝eq\f(4,9)B．UR2＝60Vk＝eq\f(2,3)C．UR2＝eq\f(220,3)Vk＝eq\f(4,9)D．UR2＝eq\f(220,3)Vk＝eq\f(2,3)【解析】选A。设原线圈电流为I1，那么根据n1I1＝2n2I2可得I2I1，由题意可知eq\f(Ieq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))R,I1〕2R)＝k，解得k＝eq\f(4,9)，设原线圈电阻R上的电压为UR1，那么eq\f(Ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(R1)),R)∶eq\f(Ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(R2)),R)＝k，即UR1＝eq\r(k)UR2，又eq\f(220V－UR1,n1)＝eq\f(UR2,n2)，解得UR2＝60V，A正确，B、C、D错误。12．某发电厂引进秸秆燃烧发电机设备，该发电机输出功率为40kW，输出电压为400V，用变压比(原、副线圈匝数比)为n1∶n2＝1∶5的变压器升压后向某小区供电，输电线的总电阻为r＝5Ω，电能到达该小区后再用变压器降为220V。(1)画出输电过程的电路示意图。(2)求输电线上损失的电功率。(3)求降压变压器的变压比n3∶n4。【解析】(1)输电过程，电路示意图如下图。(2)因为eq\f(U1,U2)＝eq