2020版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 变压器的动态分析 远距离输电练习 沪科版选修3-2

2020版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 变压器的动态分析 远距离输电练习 沪科版选修3-2

微型专题5　变压器的动态分析　远距离输电 一、选择题 考点一　变压器电路的动态分析 ‎1.如图1所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsin ωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A.I1和I2表示电流的平均值 B.U1和U2表示电压的最大值 C.滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D.滑片P向下滑动过程中，U2变小、I2变大 答案　C 解析　电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A、B错误.根据＝得U2＝U1，U1不变，U2不变，滑片P向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，由闭合回路欧姆定律知I2‎ 8‎ 变大，根据＝得I1＝I2，I1变大，故C正确，D错误.‎ ‎2.(多选)为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图2甲为变压器示意图.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.以下说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A.u2＝190sin (50πt) V B.u2＝190sin (100πt) V C.为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移 D.为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移 答案　BD 解析　由电压u2随时间t变化的曲线可知，用户电压的最大值是190 V，周期是2×10－2 s，所以u2＝190sin (100πt) V，A错误，B正确；根据＝，n1减小，U2增大，因此为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移，C错误，D正确.‎ ‎3.如图3所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为R的输电线对用电器供电，设两个灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的滑片P向N移动，会出现的现象是(　　)‎ 图3‎ A.电流表的示数变大，灯泡L1、L2均变暗 B.电流表的示数变小，灯泡L1、L2均变暗 C.电流表的示数变大，灯泡L1变亮，L2变暗 D.电流表的示数不变，灯泡L1变暗，L2变亮 答案　C 解析　副线圈输出电压不变，滑动变阻器的滑片P向N移动的过程中，并联部分电阻减小，副线圈中的电流增大，但因为灯泡L2两端的电压减小，所以通过灯泡L2‎ 8‎ 的电流减小，又因为总电流增大，所以通过灯泡L1的电流增大，即灯泡L1变亮，灯泡L2变暗.副线圈上的电流增大，根据I1＝I2可知，输入电流变大，电流表的示数变大.‎ ‎4.(多选)如图4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，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开.当开关S接通时，以下说法中正确的是 (　　)‎ 图4‎ 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 答案　BCD 解析　由于输入电压和原、副线圈匝数比不变，所以当S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变，故A项错误.‎ 并联灯泡L2，总电阻变小，由闭合电路欧姆定律知，流过R的电流增大，副线圈输电线等效电阻上的电压UR＝IR增大，故B项正确.‎ 副线圈输出电流I2增大，输入功率等于输出功率即，I1U1＝I2U2，则原线圈输入电流I1也增大，故D项正确.‎ UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小，故C项正确.‎ ‎5.(多选)调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图5所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，CD之间加上输入电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压，图中为交流电流表，为交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，CD两端接恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，以下说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A.当滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变大，电压表读数变大 B.当滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大 C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变小，电压表读数变大 D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变小 答案　AD 8‎ 解析　当滑动触头P逆时针转动时，相当于增加了副线圈的匝数，而原线圈匝数保持不变，根据＝可知，输出电压增大，其他因素不变时，电压表读数变大，电流表读数变大，故A正确，B错误；当线圈匝数不变而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时，输出电压不变，总电阻减小，则总电流增大，R1两端电压增大，R2两端电压减小，电压表读数变小，流过R2的电流减小，因此，流过R3的电流增大，电流表读数变大，故C错误，D正确.‎ 考点二　远距离高压输电问题 ‎6.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图6甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙所示.输电线的总电阻为r，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则(　　)‎ 图6‎ A.乙图中电压的瞬时值表达式为u＝220sin 100πt (V)‎ B.乙图中电压的有效值和用电器的额定电压都是220 V，所以＝ C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大 D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 答案　AD 解析　由于输电线上的电阻会损失电压、电功率，使得U2>U3，故P2>P3，选项D正确；因为＝，＝，又由于U1＝U4＝220 V，U2>U3，所以<，选项B错误；由交流电及变压器基础知识可知选项A正确，C错误.‎ ‎7.(多选)下列关于远距离高压直流输电的说法中，正确的是(　　)‎ A.直流输电系统只在输电环节是直流，而在发电环节和用电环节是交流 B.直流输电系统只在发电环节和用电环节是直流，而在输电环节是交流 C.整流器将交流变直流，逆变器将直流变交流 D.逆变器将交流变直流，整流器将直流变交流 8‎ 答案　AC 解析　直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成，在整流站通过整流器将交流电变换为直流电，在逆变站利用逆变器将直流电变换为交流电.因此选项A、C正确.‎ ‎8.如图7所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则(　　)‎ 图7‎ A.用户用电器上交流电的频率是100 Hz B.发电机输出交流电的电压有效值是500 V C.输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定 D.当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小 答案　D 解析　由题图u－t图像可知，交流电的周期T＝0.02 s，故频率f＝＝50 Hz，选项A错误；交流电的电压最大值Um＝500 V，故有效值U＝＝250 V，选项B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电流和降压变压器原、副线圈的匝数比决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，降压变压器副线圈上的电流减小，根据变压器变流比，降压变压器原线圈(输电线)上的电流减小，根据P＝I2R得，输电线损失的功率减小，选项D正确.‎ ‎9.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图8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＝220sin (100πt) 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，则下列说法中正确的是(　　)‎ 图8‎ A.通过R0的电流有效值是‎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 答案　ABD 8‎ 解析　降压变压器副线圈两端交变电压有效值为 V＝220 V，负载电阻为11 Ω，所以通过R0的电流的有效值是‎20 A，故A正确；因为降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，所以降压变压器T2原、副线圈的电压之比为4∶1，故B正确；由于输电线有电阻导致降压变压器T2的输入电压低于升压变压器T1的输出电压，故C错误；由于输电线上电阻消耗功率，所以升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率，故D正确.‎ ‎10.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图9所示，发电机的输出电压为200 V，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220 V的用电器正常工作，则(　　)‎ 图9‎ A.> B.< 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 答案　AD 解析　由于输电线上的电压损失，故升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，故选项C错误；由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D正确；＝，＝，因为U1＝200 VU3＝U2－U线，故>，选项A正确，B错误.‎ ‎11.(多选)图10甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω.降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为热敏电阻，当温度升高时其阻值变小.电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出).未发生火情时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的是(　　)‎ 8‎ 图10‎ A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 Hz B.未发生火情时，远距离输电线路损耗功率为180 kW C.当R2所在处发生火情时，电压表V的示数变大 D.当R2所在处发生火情时，输电线上的电流变大 答案　AD 解析　由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，变压器不改变交流电的频率，A正确；由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为250 V，根据升压变压器变压规律知副线圈两端电压为25 000 V，所以输电线中的电流为I＝＝‎30 A，输电线损失的电压为ΔU＝IR＝30×100 V＝3 000 V，输电线路损耗功率为ΔP＝IΔU＝90 kW，B错误；当R2所在处发生火情时其阻值减小，副线圈中电流增大，根据降压变压器变流规律知输电线上的电流变大，D正确；当R2所在处出现火情时，输电线电流增大，分压增大，降压变压器两端的电压变小，根据串联分压，R1两端电压增大，故电压表V的示数变小，C错误.‎ 二、非选择题 ‎12.某发电站通过燃烧煤来发电.发电站通过理想升压变压器、输电线和理想降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kW，输出电压是240 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶25，输电线的总电阻为10 Ω，用户需要的电压为220 V.则：‎ ‎(1)输电线上损失的电功率为多少？‎ ‎(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？‎ 答案　(1)4 000 W　(2)290∶11‎ 解析　画出输电线路图如图所示 ‎(1)根据理想变压器的变压规律＝ 得输电电压U2＝U1＝×240 V＝6 000 V 输电电流I2＝＝ A＝‎‎20 A 8‎ 输电线上损失的电功率 ΔP＝I22r＝202×10 W＝4 000 W.‎ ‎(2)输电线上损失的电压 ΔU＝I2r＝20×10 V＝200 V 降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－ΔU＝6 000 V－200 V＝5 800 V 根据理想变压器的变压规律得 ＝＝＝.‎ 8‎