电流互感器大小 高考物理一轮复习知能演练 10.2 变压器与电能的输送 沪科

2013 届高考物理一轮复习知能演练 10.2 变压器与电能的输送 沪科 版1. (2011·高考新课标全国卷)如图 10－2－13, 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 220 V, 额定功率为 22 W; 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( )图 10－2－13A. U＝110 V, I＝0.2 A C. U＝110 2 V, I＝0.2 AB. U＝110 V, I＝0.05 A D. U＝110 2 V, I＝0.2 2 A解析: 选 A.由变压原理 ＝ 可得 U1＝110 V, 即电压表示数为 110 V. 由 P 入＝P 出, 灯泡正常 22 发光可得 P 入＝U1I1＝P 出＝22 W, I1＝ A＝0.2 A, 故 A 正确. 110 2. (2010·高考山东理综卷)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 10－2－14 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. 下列 说法正确的是( )n1 U1 n2 U2图 10－2－14A. 副线圈输出电压的频率为 50 Hz B. 副线圈输出电压的有效值为 31 V 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 －2 解析: 选 AD.由图像可知, 原线圈输入电压的最大值: Um＝310 V, T＝2×10 s, 则原线圈输 Um 1 1 U1 n1 入电压的有效值: U1＝ ＝220 V, f＝ ＝ ＝50 Hz, 选项 A 正确. 由 ＝ 可得: U2 －2 T 2×10 s U2 n2 2 ＝ U1＝22 V, B 错误. P 向右移动时, 副线圈的电阻减小, 副线圈输出电压不变, 所以副线 圈的电流增大, 原线圈的电流也增大, 而匝数比不变, 所以原、副线圈的电流比不变, 副线 圈输出电压不变, 所以变压器的输出功率增加, D 正确, C 错误.n2 n13. (2010·高考江苏单科卷)在如图 10－2－15 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 10－2－15A. 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: 选 CD.由于升压变压器的匝数比不变, 所以升压变压器的输出电压 U2 不变, 选项 A 错误; 随着发电厂输出功率的增大, 输电线电流增大, 则降压变压器的输入电流也增大, 即输电线 上的损耗功率和损耗电压都将增大, 则降压变压器的输入电压和输出电压都将减小 , 选项 B 错误, C 正确; 由于输送总功率 P 增大, 输电线损耗功率为 P 损＝? ? R 线, 所以 U? P ?2 ? 2?P损 P ＝ R 线, 故 P U2 2选项 D 正确. 4. 输电线的电阻共计为 r, 输送的电功率为 P, 用电压 U 送电, 则用户能得到的电功率为 ( ) A. P C. P－ B. P－ 2rP2 UU2 rD. 2rP2 U解析: 选 B.用户能得到的电功率为输送的电功率与输电线上损失的热功率之差, 所以 P 户＝P －? ? r, B 选项正确, A、C、D 选项均错误. 5. 某小型实验水电站输出功率是 20 kW, 输电线路总电阻是 6 Ω . (1)若采用 380 V 输电, 求输电线路损耗的功率. (2)若改用 5000 V 高压输电, 用户端利用 n1∶n2＝22∶1 的变压器降压, 求用户得到的电压. 解析: (1)输电线上的电流大小为 P 20×103 I＝ ＝ A＝52.63 A, U 380 输电线路损耗的功率为 P 损＝I2R＝(52.63)2×6 W≈16620 W＝16.62 kW. (2)改用高压输电后, 输电线上的电流大小变为 P 20×103 I′＝ ＝ A＝4 A U′ 5000 用户端在变压器降压前获得的电压 U1＝U′－I′R＝(5000－4×6)V＝4976 V?P?2 ?U?U1 n1 U2 n2 n2 1 U2＝ U1＝ ×4976 V＝226.18 V. n1 22根据 ＝ 用户得到的电压为 答案: (1)16.62 kW (2)226.18 V一、选择题 1. (2012·珠海市高三摸底考试)如图 10－2－16 为一理想变压器, 其原副线圈匝数比 n1∶n2＝ 1∶10, 副线圈与阻值 R＝20 Ω 的电阻相连。

原线圈两端所加的电压 u＝20 2 sin100π t(V), 则( )图 10－2－16 A. 交流电压表的示数为 20 2 V B. 副线圈输出交流电的频率为 50 Hz C. 电阻 R 上消耗的电功率为 2 kW D. 原线圈中电流的最大值为 100 A 解析: 选 BC.交流电表的示数是电流的有效值, 所以交流电压表的示数为 20 V, A 错误; 变压 器不改变频率, 所以 B 正确; 根据变压比, 副线圈输出的电压有效值为 200 V, 而电阻 R＝20 Ω , 所以副线圈中电流的有效值为 10 A, 电阻 R 上消耗的电功率为 2 kW, 根据变压比, 原线 圈中的电流的有效值为 100 A, 最大值为 100 2 A, C 正确 D 错误. 2. 如图 10－2－17 所示, 理想变压器原线圈输入交变电压 u＝141sin314t(V), 副线圈接有一 电流表和阻值为 100 Ω 的负载电阻 R, 测得电流表的示数为 0.10 A. 由此可知该变压器的原、 副线圈的匝数比为( )图 10－2－17A. 141∶1 C. 100∶1B. 14.1∶1 D. 10∶1141 n1 U1 解析: 选 D.副线圈电压 U2＝IR＝10 V, 原线圈的电压 U1＝ V＝100 V, 故匝数比 ＝ ＝ n2 U2 2 100 ＝10∶1. 10 3. (2011·高考浙江理综卷)如图 10－2－18 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＝51sin314t V 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( )图 10－2－18A. 2.0 V C. 12.7 VB. 9.0 V D. 144.0 V 51 2 ＝36 V, 按变压器的变压比解析: 选 A.若未考虑铁芯的漏磁因素, 上线圈电压有效值 U1＝U1 n1 n2 Δ Φ U1 U2 ＝ 得 U2＝ U1＝9.0 V, 而实际上副线圈磁通量 Φ 2＜Φ 1, 由 U＝n 得 ＞ , 则应选 A. U2 n2 n1 Δ t n1 n24. (2012·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. 如图 10－2－19 所示的四个图中, 能正确反映其工作原理的是( )图 10－2－19解析: 选 A.电流互感器是测电流的, 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. (2010·高考重庆理综卷)一输入电压为 220 V, 输出电压为 36 V 的变压器副线圈烧坏, 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, 如图 10－2－20 所示, 然后将原线圈接到 220 V 交流电源上, 测得新绕线圈的端电压 为 1 V. 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( )图 10－2－20A. 1100,360 C. 2200,180B. 1100,180 D. 2200,360 U1 n1 220 n1 220 n1 解析: 选 B.由 ＝ 得 ＝ , ＝ 解得 n1＝1100、n2＝180, 选项 B 正确. U2 n2 36 n2 1 5 6. 如图 10－2－21 所示为远距离高压输电的. 关于远距离输电, 下列表述正确的是 ( )图 10－2－21A. 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少电路的发热损耗的 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 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 2 解析: 选 ABD.根据 P＝I R 可知, 在电流 I 一定的情况下, 减小电阻 R 可以减少电路上的电能 损失, 而 R＝ρ , 所以增大输电线横截面积 S 有利于减少输电过程中的电能损失, A 对; 由l SP′2 公式 P＝I R 可得, 若设输送的电功率为 P′, 则 P 损＝ 2 R, 可见, 在输送电压 U 一定时, 输 U 送的电功率 P′越大, 输电过程中的电能损失越大, C 错误.27. (2012·马鞍山检测)随着社会经济的发展, 人们对能源的需求也日益扩大, 节能变得越来 越重要. 某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电 , 用户通过降压变压器用电, 若发电 厂输出电压为 U1, 输出功率为 P 输电导线总电阻为 R, 在某一时段用户需求的电功率为 P0, 用 户的用电器正常工作的电压为 U2.在满足用户正常用电的情况下, 下列说法正确的是( )P2 0R U2 2 2 PR B. 输电线上损耗的功率为 2 U1A. 输电线上损耗的功率为 C. 若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电 D. 采用更高的电压输电会降低输电的效率8. 某小型水电站的电能输送如图 10－2－22 所示, 发电机通过升压变压器 T1 和降压变 压器 T2 向用户供电. 已知输电线的总电阻为 R, 降压变压器 T2 的原、 副线圈匝数之比为 4∶1, 降压变压器副线圈两端交变电压 u＝220 2sin100π t V, 降压变压器的副线圈与阻值 R0＝11 Ω 的电阻组成闭合电路. 若将变压器视为理想变压器, 则下列说法中错误的是( )图 10－2－22A. 通过 R0 电流的有效值是 20 A B. 降压变压器 T2 原、副线圈的电压比为 4∶1 C. 升压变压器 T1 的输出电压等于降压变压器 T2 的输入电压D. 升压变压器 T1 的输出功率大于降压变压器 T2 的输入功率 解析: 选 C.降压变压器副线圈两端交变电压有效值为 220 V, 负载电阻为 11 Ω , 所以通过 R0 电流的有效值是 20 A, 选项 A 正确; 降压变压器 T2 的原、副线圈匝数之比为 4∶1, 所以降 压变压器 T2 原、副线圈的电压比为 4∶1, 选项 B 正确; 升压变压器 T1 的输出电压等于降压变 压器 T2 的输入电压加上输电线上损失的电压, 选项 C 错误; 升压变压器 T1 的输出功率等于降 压变压器 T2 的输入功率加上输电线上的功率, 选项 D 正确.图 10－2－23 9. (2012·黄山市高三七校联考)如图 10－2－23 所示, ab 间接电压恒定的交变电源, M 为理 想变压器, 如果 R1 的阻值增大, 则( ) A. 电压表示数增大 B. 电流表的示数增大 C. 灯泡 L 的亮度变暗 D. 电阻 R2 的热功率增大 解析: 选 A.R1 的阻值增大, 则输出电路总电阻增大, 总功率减小, 干路中电流减小, 所以电 阻 R2 的热功率减小, R2 两端电压减小, 而输出电压不变, 所以 L 和 R1 并联电路两端的电压增 大, 电压表示数增大, 灯泡 L 的亮度变亮, A 正确 C、D 错误; 输入功率等于输出功率, 所以 输入电路中功率减小, 电流表示数减小, B 错误. 10. 如图 10－2－24 所示, 两种情况下灯泡 L2、L3 的功率均为 P, 且 L1、L2、L3 为相同的灯泡, 匝数比为 n1∶n2＝3∶1, 则图(a)中 L1 的功率和图(b)中 L1 的功率分别为( )图 10－2－24A. P、P 4 C. P、9P 94 B. 9P、 P 9 9 D. P、9P 4解析: 选 B.图(a)中 L2 的功率为 P, 则 L2 上电压为 U2＝ PR, 原线圈中电压 U1＝3U2＝3 PR, L1 U2 9PR 1 两端电压与 U1 相等, 则 L1 所消耗功率 PL1＝ ＝ ＝9P.图(b)中 L2、 L3 功率相同, 变压器的输RR出功率为 2P, 原线圈电压 U1′＝3U2＝3 PR, 原线圈中电流 I1′＝2P , 灯 L1 上消耗功率为 U1′PL1′＝I1′2R＝4P 4 R＝ P, 故 B 正确. 9PR 92二、非选择题 11. 如图 10－2－25 所示, 理想变压器原线圈中输入电压 U1＝3300 V, 副线圈两端电压 U2 为 220 V, 输出端连有完全相同的两个灯泡 L1 和 L2, 绕过铁芯的导线所接的电压表 V 的示数 U＝2 V,图 10－2－25(1)原线圈 n1 等于多少匝？ (2)当开关 S 断开时, 表 A2 的示数 I2＝5 A, 则表 A1 的示数 I1 为多少？ (3)当开关 S 闭合时, 表 A1 的示数 I1′等于多少？ 解析: (1)由电压与变压器匝数的关系可得 ＝ 即 n1＝ n＝1650. (2)当开关 S 断开时,U1 n1 U nU1 UU2I2 ＝0.33 A. U1 (3)当开关 S 断开时, 有 RL＝U2/I2＝44 Ω 当开关 S 闭合时, 设副线圈总电阻为 R′ 有 R′＝RL/2＝22 Ω 副线圈中的总电流为 I2′ 则 I2′＝U2/R′＝10 A U2I2′ 由 U1I1′＝U2I2′可知 I1′＝ ＝0.67 A. U1由 U1I1＝U2I2 可知 I1＝ 答案: (1)1650 (2)0.33 A (3)0.67 A 4 12. 某电厂要将电能输送到较远的用户, 输送的总功率为 9.8×10 W, 电厂输出电压仅为 350 V, 为减少输送功率损失, 先用一升压变压器将电压升高再输出. 已知输电线路的总电阻为 4 Ω , 允许损失的功率为输送功率的 5%, 所需电压为 220 V, 求升压、降压变压器的原、副线 圈的匝数比各是多少？ 解析: 根据题意, 画出输电线路图如图所示.由电路中损失功率 P 损＝P 总×5%＝I22R 得输电线路中电流为 I2＝5%P总 ＝35 A.RP总 3 升压变压器输出电压 U2＝ ＝2.8×10 V I2 n1 U1 350 1 根据理想变压器电压比公式得, 升压变压器的原、副线圈匝数比为 ＝ ＝ 3＝ n2 U2 2.8×10 8 降压变压器输入功率为 P3＝P 总－P 损＝P 总－5%P 总＝95%P 总＝9.31×104 W所以降压变压器的初级电压为 U3＝ ＝2660 V 所以降压变压器的原、副线圈匝数比为P3 I3n3 U3 2660 12 ＝ ＝ ≈ . n4 U4 220 1答案: 1∶8 12∶1

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