浙江专版2021年高考物理一轮复习课时提升作业二十九变压器电能的输送含解析
变压器 电能的输送
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1.如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光,下列说法正确的是 ( )
A.原、副线圈匝数之比为9∶1
B.原、副线圈匝数之比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶10
【解析】选A。灯泡正常发光,则其电压均为额定电压U0,说明原线圈输入电压为9U0,输出电压为U0,原、副线圈匝数之比为9∶1,故A正确,B错误;根据公式=,可得=,由于小灯泡两端的电压相等,所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为1∶9,故C、D错误。
2.(2019·舟山模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈各接一个电阻R1和R2,原线圈中接有220 V交流电源,此时两只电阻上的电压都是10 V,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,则 ( )
A.n=21,k= B.n=21,k=
C.n=441,k= D.n=441,k=
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【解析】选A。原线圈接220 V的电压,而R1两端的电压为10 V,所以理想变压器输入端的电压为U1=210 V,输出端的电压为U2=10 V,根据公式=可得n=21,电阻R1和R2消耗的功率之比为k∶1,即=,因为=1,=,故k=,A正确。
3.(多选)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S,下列说法正确的是 ( )
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
【解题指导】解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)理想变压器电压、电流和电功率分别由什么因素决定。
(2)若为理想电源,并联电路的各个支路间没有影响。
(3)在电压一定的情况下,电阻越小,电功率越大。
【解析】选B、D。理想变压器的输出电压由输入电压决定,与用电器无关,故无论P怎样滑动,变压器的输出电压不变,灯L的亮度不变,A项错误、B项正确;理想变压器的输入电流和功率由用电器决定,P向上滑动时,用电器的功率变大,变压器的输出功率和输入电流都变大,C项错误、D项正确。
4.(2019·台州模拟)在如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=22∶1,原线圈接u1=220·sin100πt (V)的交变电流,电阻R=10 Ω,电流表、电压表均为理想电表,则 ( )
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A.电压表的读数为10 V
B.电流表的读数为22 A
C.电阻R消耗的功率为10 W
D.变压器的输出功率为10 W
【解析】选D。输入电压的有效值为U1==220 V,根据=得U2=U1=10 V,故选项A错误;电流表的示数为I2==1 A,故选项B错误;电阻消耗的功率为P2=
U2I2=10 W,故选项C错误;理想变压器的输入电功率等于副线圈回路负载消耗的功率,故选项D正确。
5.(多选)如图所示的电路中,变压器为理想变压器,已知原、副线圈的匝数比为=,现给原线圈两端加瞬时值表达式为u1=311sin 100πt(V)的交变电压,负载电阻R=440 kΩ,I1、I2分别表示原、副线圈中的电流,下列判断正确的是 ( )
A.副线圈两端电压的有效值为6 220 V,副线圈中电流的有效值为14.1 mA
B.副线圈两端电压的有效值为4 400 V,副线圈中电流的有效值为10.0 mA
C.I1
I2
【解析】选B、D。根据题意可知,原线圈两端交变电压的最大值为311 V,则其有效值为 V=220 V,根据原、副线圈电压与匝数成正比,可知副线圈两端电压的有效值为4 400 V,
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再根据欧姆定律,可以求出副线圈中电流的有效值为 A=10 mA,选项A错误,B正确;变压器的输入功率等于输出功率,即U1I1=
U2I2,可以判断I1>I2,选项C错误,D正确。
6.(多选)如图,将额定电压为60 V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是 ( )
A.变压器输入功率为484 W
B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A
C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A
D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3
【解析】选B、D。变压器副线圈电流表的读数2.2 A 为有效值,故选项C错误;原线圈电压表的读数220 V也为有效值,由变压器的电压关系=,可得=
=,D正确;由变压器的电流关系=,可得通过原线圈的电流为I1=I2=
×2.2 A=0.6 A,故B正确;变压器的输入功率为P=U1I1=220×0.6 W=132 W,选项A错误。
7.(多选)(2019·湖州模拟)如图所示,理想变压器原线圈匝数n1=1 100匝,副线圈匝数n2=220匝,交流电源的电压u=220sin100πt(V),电阻R=44 Ω,电表均为理想交流电表。则下列说法中正确的是 ( )
A.交流电的频率为50 Hz
B.电流表A1的示数为0.20 A
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C.变压器的输入功率为88 W
D.电压表的示数为44 V
【解析】选A、B、D。交流电的周期为:T==0.02 s,f==50 Hz,故A正确。原线圈的电压有效值为220 V,根据电压与匝数成正比知副线圈电压即电压表的示数为44 V,则电流表A2的示数为:I2==1 A,电流与匝数成反比,所以电流表A1的示数为:I1=×1 A=0.2 A。故B、D正确。副线圈的功率P2=R=1×44 W=
44 W,所以变压器的输入功率P1=44 W,故C错误。故选A、B、D。
8.(多选)某水电站用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV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6.0×103 A
B.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kV
C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW
D.输电线上损失的功率为ΔP=,U为输电电压,r为输电线的电阻
【解析】选A、B。输电线上输送的电流为:I== A=6 000 A,选项A正确;输电线上由电阻造成的电压损失为U损=Ir=6 000×2.5 V=1.5×104 V,选项B正确;输电线上损失的功率不可能大于输送的总功率3×106 kW,选项C错误;输电线上损失的功率为ΔP=中,U应当为输电线上损失的电压,选项D错误。
9.(多选)如图所示是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压,负载变化时输入电压不会有大的波动,可以认为电压表V1示数不变。输出电压通过输电线输送给用户,两条输电线的总电阻用R0表示,变阻器R表示用户用电器的总电阻。如果变压器上的能量损失忽略不计,当用户的用电器增加时,图中各表的示数变化的情况是 ( )
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A.电流表A1示数变大
B.电流表A2示数变小
C.电压表V2示数变大
D.电压表V3示数变小
【解析】选A、D。由于变压器的输入功率和输出功率相等,副线圈的电阻减小了,输出功率变大了,所以原线圈的输入功率也要变大,因为输入电压不变,所以输入电流要变大,所以电流表A1的示数变大,A正确;当用电器增加时,相当于R的值减小,副线圈的总电阻减小,所以电流要变大,即电流表A2的示数变大,B错误;理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的,由于输入电压和匝数比不变,所以副线圈的输出电压不变,所以电压表V2的示数不变,C错误;由于副线圈的电流变大,电阻R0两端的电压变大,又因为电压表V2的示数不变,所以电压表V3的示数变小,D正确。
10.(多选)(2019·金华模拟)图(甲)为手机及无线充电板,图(乙)为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,总电阻(含所接元件)为R,若在t1到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1增加到B2。下列说法正确的是 ( )
A.在t1到t2时间内,c点的电势高于d点的电势
B.在t1到t2时间内,受电线圈通过的电量为
C.若只增加送电线圈匝数,可使c、d之间的电压减小
D.受电线圈中电流的频率与交流电的频率不同
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【解析】选B、C。根据楞次定律可知,受电线圈内部产生的感应电流方向俯视为顺时针,受电线圈中感应电流方向由c到d,所以c点的电势低于d点的电势,故A错误;根据法拉第电磁感应定律可得:=n=nS=S,根据欧姆定律可得:=,通过的电荷量为:q=(t2-t1),联立可得:q=S,故B正确;若只增加送电线圈匝数,相当于增大变压器的原线圈匝数,所以c、d之间的电压减小,故C正确;受电线圈通过电磁感应产生交变电流,与送电线圈的交流电频率相同,故D错误。
11.在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,操作步骤如下:
①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;
②闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;
③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;
④将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤。
(1)以上操作的合理顺序是______(只填步骤前数字序号)。
(2)如图所示,在实验中,两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将匝数为n1的线圈作为原线圈时,U1=16 V,副线圈两端的电压U2=4 V;原线圈与副线圈对调后,当U′1
=8 V时,U′2=32 V,那么可初步确定,变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是__。
【解析】(1)合理顺序为①③②④
(2)根据数据分析=。
答案:(1)①③②④
(2)=
12.水力发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能,现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。某小河水流量为40 m3/s,现欲在此河段安装一台发电功率为
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1 000 kW的发电机发电。
(1)设发电机输出电压为500 V,在输送途中允许的电阻为 5 Ω,允许损耗总功率的5%,则所用升压变压器原、副线圈匝数比应是多少?
(2)若所用发电机总效率为50%,要使发电机能发挥它的最佳效能,则拦河坝至少要建多高?(g取10 m/s2)
【解析】(1)设送电电流为I,损耗的功率为P耗,导线电阻为R线,由P耗=I2R线得:
I== A=100 A
设送电电压为U送,由P=IU得:
U送== V=1×104 V
则升压变压器原、副线圈匝数比:
===。
(2)发电时水的重力势能转化为电能,故
50%mgh=Pt
其中=ρ=1×103×40 kg/s=4×104 kg/s
所以h== m=5 m。
答案:(1)1∶20 (2)5 m
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