2020年高考物理 母题题源系列 专题12 变压器 远距离输电（含解析）

2020年高考物理 母题题源系列 专题12 变压器 远距离输电（含解析）

专题12 变压器 远距离输电 ‎ ‎【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）‎ ‎【母题原题】（2020·江苏卷）某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1：10，当输入电压增加20 V时，输出电压 A．降低2 V B．增加2 V C．降低200 V D．增加200 V ‎【答案】D ‎【解析】由理想变压器原、副线圈电压比等于匝数比即，得：，即副线圈两端电压与原线圈两端电压成正比，所以有：，当输入电压增加20V时，输出电压增大200V，故D正确。‎ ‎【命题意图】考查变压器的工作原理、欧姆定律、闭合电路欧姆定律和电功率等知识，意在考查考生的理解能力和综合分析能力。‎ ‎【考试方向】对理想变压器的动态分析的考查：一是负载不变，通过匝数变化求解原副线圈的各参量；二是匝数不变，负载变化，讨论各量的变化。‎ ‎【得分要点】1、电压器的几个常用关系：‎ ‎（1）电压关系：或者或者（多个副线圈时），即原副线圈两端电压之比等于线圈的匝数之比。‎ ‎（2）电流关系：根据P入=P出可求出，或者n1I1=n2I2或者n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+n5I5+…（有多个副线圈时）。‎ ‎（3）功率关系：P入＝P出，即I1U1＝I2U2（一个副线圈）或者I1U1＝I2U2+I3U3+I4U4+…（多个副线圈）。‎ ‎（4）各物理量之间的制约关系：输入电压U1决定输出电压U2；输出功率P出决定输入功率P入；输出电流I2决定输入电流I1。‎ 对于动态变化问题，求解思路是：通过某一电阻变化判断整体电阻变化，据闭合电路欧姆定律判断干路电流变化；再抓住“原线圈电压决定副线圈电压、副线圈电路决定原线圈电流、副线圈输出功率决定输入功率”这个结论。‎ ‎2、解远距离输电问题必备技巧 ‎（1）正确画出输电过程示意图，并在图上标出各物理量。‎ ‎（2）抓住变压器变压前、后各量间关系，求出输电线上的电流。‎ ‎（3）计算电路功率问题时常用关系式：，注意输电线上的功率损失和电压损失。‎ ‎（4）电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定。‎ ‎1．（2020·玉溪市第五中学期末）交流发电机线圈电阻r＝1 Ω，用电器电阻R＝9 Ω，电压表示数为9 V，如图所示，那么该交流发电机 A．电动势的峰值为10 V B．电动势的有效值为9 V C．交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 V D．交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为 ‎【答案】D ‎【解析】用电器电阻R＝9 Ω，电压表示数为9 V，则电路中的电流I＝1 A，所以，电路中的电动势E＝I（R＋r）＝1×（1＋9） V＝10 V。电压表的读数是交流电的有效值，所以10 V是电路中电动势的有效值，其最大值Em＝E＝10 V，故AB错误。由交流电的产生与变化的规律可知，交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值最小为零，故C错误；线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为，故D正确。‎ ‎2．（2020·四川高二期末）我国“西电东送”采用特高压远距离输电。在西部发电厂附近升压变压器将电压升高，通过输电线输送到东部某地，再用降压变压器降压到稳定的工作电压，为负载提供电压。变压器均为理想变压器，发电机输出电压及输电线的电阻均不变。则 A．增加负载，输电线上损失的功率增大 B．增加负载，升压变压器的原线圈中电流减小 C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 D．升压变压器的输出电压小于降压变压器的输入电压 ‎【答案】A ‎【解析】AB、由于负载增加，降压变压器输出的功率增加，负载线路电流变大，故高压输电线上的电流变大，，损失功率变大，因为输电线中电流变大，根据变压器原理可知，升压变压器中电流变大，A正确B错误。CD、因为输电线存在电阻，有电压损失，所以升压变压器输出电压大于降压变压器输入电压，CD错误。‎ ‎3．（2020·河南高三期中）‎ 图甲为小型交流发电机的原理图，发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，从t＝0时刻开始，通过矩形线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示，已知线圈的匝数n＝50，线圈的电阻r＝5 Ω，线圈与外电路连接的定值电阻R＝45 Ω，电压表为理想交流电表。则下列判断正确的是 A．线圈转动的周期为6.28 s B．t＝0时刻线圈平面与磁感线平行 C．线圈转动过程中产生的最大感应电动势为100 V D．电压表的示数为45 V ‎【答案】BD ‎【解析】A．由乙图可知，线圈转动的周期为，A项错误；B．由乙可知，时刻，磁通量为零，线圈平面与磁感线平行，B项正确；C．线圈中的最大电动势，C项错误；D．电压表的示数为，D项正确。‎ ‎4．（2020·广东湛江一中高二期末）如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是 A．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．线圈先后两次转速之比为2:3‎ C．交流电b的最大值为 V D．交流电a的瞬时值为u=10sin5πt（V）‎ ‎【答案】CD ‎【解析】时刻，两次时刻线圈平面均与中性面重合，磁通量最大，故A错误；由图可知，周期，，则线圈先后两次转速之比，故B错误；由电动势的最大值，则两个电压最大之值比，则交流电b电压的最大值为，故C正确；由图电压最大值，周期，，交流电压的瞬时值表达式为，故D正确。‎ ‎5．（2020·鄂尔多斯市第一中学期末）如图所示，先后用不同的交流电源给同一灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化，如图甲所示；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。若甲、乙中的U0、T所表示的电压、周期值是相等的，下列说法正确的是 A．第一次灯泡两端的电压有效值为U0‎ B．第二次灯泡两端的电压有效值为U0‎ C．第一次和第二次灯泡的电功率之比为1∶5‎ D．第一次和第二次灯泡的电功率之比为2∶9‎ ‎【答案】AC ‎【解析】第一次灯泡两端的电压有效值为．设第二次电压的有效值为U2，根据有效值的定义，则有，解得，，故A正确，B错误；由功率的公式得，灯泡的电功率之比是．故C正确，D错误；故选AC。‎ ‎6．（2020·天津高考模拟）高压输电可大大节能，至2020年11月，我国已建成投运8项1000 kV特高压交流工程和11项 kV特高压直流工程。中国全面掌握了特高压核心技术，成为世界首个也是唯一成功掌握并实际应用特高压技术的国家。某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示，发电机输出的电压恒定，通过升压变压器和降压变压器向用户供电，已知输电线的总电阻为，降压变压器的原、副线圈匝数之比为4:1，它的副线圈两端的交变电压如图乙所示，若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是 A．降压变压器原线圈的输入电压为880 V B．降压变压器的输入功率与输出功率之比为4:1‎ C．当用户端用电量增大时，输电线上损耗的功率减小 D．当用户端用电量增大时，发电厂输出的功率也增大 ‎【答案】AD ‎【解析】A．由图象得到，降压变压器副线圈两端交变电压U＝220sin100πt V，有效值为220 V，降压变压器原、副线圈匝数之比为4:l，故降压变压器T2原线圈的输入电压为：4×220 V＝880 V，故A正确；B．降压变压器为理想变压器，故输入功率与输出功率之比为1:1，故B错误；C．输出功率增大，则输电线上的电流增大，输电线上损耗的功率增大，故C错误；D．用户消耗的功率等于发电机的输出功率减去输电线上损失的功率，输出和损失的功率都增大，故发电机输出功率增大，故D正确。‎ ‎7．（2020·内蒙古集宁一中高二月考）如图甲所示为理想变压器，其原线圈匝数n1=50匝，副线圈匝数n2=100匝，电阻R1、R2的阻值均为100 Ω。副线圈两端的电压U随时间t按正弦规律变化，如图乙所示，下列说法正确的是 A．电流表的示数为 B．原线圈中电流变化的频率为25 Hz C．电阻的热功率 D．a、b间的输入电压的有效值 ‎【答案】CD ‎【解析】A、电流表的示数是电流的有效值，则，A选项错误。B、由图乙可知，副线圈中交流电的频率，变压器不改变交流电的频率，故原线圈中电流变化的频率为，故B错误。CD、原线圈中电流的有效值，原线圈两端电压，电阻R1的热功率，a、b间的输入电压的有效值，故CD正确。‎ ‎8．（2020·浙江高二期末）如图甲所示，在变压器输入端加上如图乙所示的交变电压，在副线圈的输出端串接上一只理想整流二极管D和滑动变阻器R，则 A．当滑片P上移时，原线圈中的电流I1变大 B．当滑片P上移时，原线圈的输入功率变小 C．当拿掉二极管后，副线圈中的交流电周期与原来相同 D．保持滑片P不动，R上电流有效值是无二极管时的 ‎【答案】BCD ‎【解析】A项、由于原线圈两端电压不变，副线圈两端电压不变，当滑片P上移时，滑动变阻器接入电路中的电阻变大，所以副线圈中的电流变小，则原线圈中的电流变小，故A错误；B项、由于原线圈中的电流变小，电压不变，所以功率变小，故B正确；C项、有二极管存在时，副线圈中交变电流一个周期内只有半个周期有电流，但周期不变，拿掉二极管后，副线圈中交变电流的周期不变，故C正确；D项、设副线圈两端电压为U0，有二极管时，根据电流的热效应得：，解得，无二极管时，R两端的电压为：，根据可得：保持滑片P不动，R上电流有效值是无二极管时的，故D正确。‎