物理3.3 电能的输送同步练习题

这是一份物理3.3 电能的输送同步练习题，共7页。试卷主要包含了某发电机能够产生正弦式交变电流，8 W等内容，欢迎下载使用。

1.(多选)(理想变压器原、副线圈关系的应用)如图为日常生活中常见的点火装置原理图,先将1.5 V直流电压通过转换器转换为正弦交变电压u=6sin ωt (V),然后将其加在理想变压器的原线圈n1上,当副线圈n2两端电压达到12 kV以上时放电针之间空气被击穿,从而引发电火花点燃气体。下列说法正确的是( )

A.原线圈两端所接交流电压表的读数为32 V
B.副线圈中交流电压与原线圈中交流电压频率不相等
C.要实现点火则副线圈与原线圈的匝数比至少大于2×103
D.要实现点火则副线圈与原线圈的匝数比至少大于2 000
2.(理想变压器的动态分析)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1,原线圈两端所加电压如图乙所示,与副线圈相连的两个灯泡完全相同,闭合开关S后,下列说法正确的是( )
A.电流表示数减小
B.电压表示数为1102 V
C.变压器的输入功率增大
D.灯泡上的交变电流每秒钟方向改变50次
3.(多选)(理想变压器的动态分析)(2020广东惠州高三一模)某发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的2倍,则( )
A.R消耗的功率变为2P
B.电压表V的读数变为2U
C.电流表A的读数变为2I
D.通过R的交变电流频率不变
4.(多选)(远距离输电、互感器)如图所示为某小型发电站高压输电示意图,变压器均为理想变压器,发电机输出功率恒定为48 kW。在输电线路上接入一个电流互感器,其原、副线圈的匝数比为1∶20,电流表的示数为1 A,输电线的总电阻为10 Ω,下列说法正确的是( )
A.用户端的功率为44 kW
B.升压变压器的输出电压U2=2 400 V
C.降压变压器的输入电压U3=2 000 V
D.如果用户电压为220 V,则降压变压器的原副线圈匝数比为10∶1
5.(理想变压器原、副线圈关系的应用)家用燃气热水器点火装置的原理可简化如图,将家用交变电流u=2202sin 314t (V)接入理想变压器原线圈,原、副线圈的匝数分别为n1、n2。已知点火针与感应针之间的电压瞬时值大于2 000 V,就会引发火花,点燃气体。以下判断正确的是( )
A.原线圈中磁通量的变化率大于副线圈
B.由原理简化图可知,点火针的电势始终比感应针高
C.原、副线圈变压器的匝数比可以为n1n2=18
D.变压器的输入功率与输出功率之比P1P2=n1n2
素养综合练
6.(2020广东珠海高三三模)如图甲所示,M是一个小型理想变压器,原副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1,接线柱a、b间接一正弦交变电源,其电压随时间的变化规律如图乙所示。变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2是用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器,R1为一定值电阻。下列说法中正确的是( )
A.电压表V的示数为22 V
B.当R2所在处出现火警时,电压表V的示数增大
C.当R2所在处出现火警时,电流表A的示数增大
D.当R2所在处出现火警时,电阻R1的功率不变
7.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
B.输入电压u的表达式u=202sin (50πt)
C.若S1换接到2,原线圈的输入功率为1.6 W
D.若S1换接到2,R消耗的电功率为0.8 W
8.(2020福建福州高三模拟)一理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值为R和2R的电阻,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示。设原线圈电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则下列说法中正确的是( )
A.U=22019 V,k=19B.U=31119 V,k=19
C.U=22019 V,k=118D.U=31119 V,k=118
9.(多选)(2020江苏南京师大附中高三模拟)如图所示,变压器为理想变压器,副线圈中三个电阻的阻值大小关系为R1=R2=2r=2 Ω,电流表为理想交流电表,原线圈输入正弦式交流电e=2202sin100πt(V),开关S断开时,电阻r消耗的电功率为100 W。下列说法正确的是( )
A.通过电阻r的电流方向每秒钟变化100次
B.开关S闭合前后,电流表的示数之比为2∶3
C.开关S闭合前后,电阻R1两端的电压之比为2∶3
D.变压器原副线圈的匝数之比为22∶3
10.(多选)(2020山东日照高三月考)如图所示,导体棒ab的两个端点分别搭接在两个竖直放置、半径相等的金属圆环上,两圆环所在空间处于方向竖直向下的匀强磁场中,圆环通过电刷与导线c、d相接。c、d间接一理想变压器(匝数比n1∶n2=10∶1),变压器副线圈接恒定电阻R0。导体棒ab绕与ab平行的水平轴(即两圆环的中心轴,轴与环面垂直)OO'以角速度ω匀速转动,电流表的示数为I,ab棒、圆环和导线电阻均不计。下列说法正确的是( )
A.输入变压器原线圈上的功率为P=100I2R0
B.取ab在环的最低端时t=0,则导体棒ab中感应电流的表达式是i=2Isin ωt
C.若在c、d之间换接电阻R1,电流表的示数不变,则R1=100R0
D.若在c、d之间换接电阻R1,电流表的示数不变,则ab棒从圆环的最低端时转过90°的过程中流过ab棒的电荷量为q=2Iω
11.如图所示,一个理想变压器原线圈的匝数为50,副线圈的匝数为100,原线圈两端接在光滑的水平平行导轨上,导轨间距为0.4 m。导轨上有一长度略大于导轨间距且垂直于导轨的导体棒,导轨与导体棒的电阻忽略不计,副线圈回路中电阻R1=5 Ω,R2=15 Ω,图中交流电压表为理想电压表。导轨所在空间有垂直于导轨平面、磁感应强度大小为1 T的匀强磁场。导体棒在水平外力的作用下运动,其速度随时间变化的关系式为v=5sin 10πt(m/s),则下列说法正确的是( )
A.R1的功率为0.2 W
B.电压表的示数为52 V
C.水平外力为恒力
D.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为0.04 Wb/s
参考答案
课时练34 理想变压器 电能的输送
1.AD 最大值为有效值的2倍,所以电压的有效值为U=62 V=32 V,即电压表示数为32 V,故A正确;变压器不能改变频率,故副线圈中交流电压与原线圈中交流电压频率相等,故B错误;当变压器副线圈电压的瞬时值大于12 000 V时,就会在放电针间引发电火花进而点燃气体,转换器所输出的正弦交变电压最大值为6 V,根据电压与匝数成正比,所以实现点火的条件是n2n1=12 0006=2 000,故C错误,D正确。
2.C 原线圈输入电压不变,线圈匝数不变,则副线圈电压不变,即电压表示数不变,灯泡电阻不变,则电流表示数不变,A错误。原线圈的输入电压有效值U1=22022 V=220 V,根据变压器原理可得U2=n2n1U1=110 V,所以电压表的示数为110 V,B错误。当S接通后,两个灯泡并联,增加一个负载,则副线圈功率增大,所以变压器的输入功率增大,C正确。根据题图乙可知,周期T=0.02 s,则频率f=50 Hz,灯泡上的交变电流每秒钟方向改变100次,D错误。
3.BC 根据Em=NBSω,发电机线圈的转速变为原来的2倍,理想变压器的原线圈的最大电压为原来的2倍,根据U1=Em2,原线圈两端的电压有效值增大2倍,根据U1U2=n1n2,可知理想变压器的副线圈的电压为原来的2倍,电压表V的读数变为2U,B正确;R的电压变为原来的2倍,根据P=U2R,R消耗的功率变为4P,A错误;根据欧姆定律I=UR,通过理想变压器的副线圈的电流为原来的2倍,根据I1I2=n2n1,理想变压器的副线圈的电流为原来的2倍,电流表A的读数变为2I,C正确;根据ω=2πf,发电机线圈的转速变为原来的2倍,通过R的交变电流频率变为原来的2倍,D错误。
4.ABD 设电流表的读数为IA,互感器的原、副线器的匝数比为n∶n'=IA∶I2=1∶20,解得I2=20 A,线路上损失的电压ΔU=I2r=20×10 V=200 V,线路上功率的损耗ΔP=ΔUI2=200×20 W=4 000 W=4 kW,用户端的功率为P用=P出-ΔP=48 kW-4 kW=44 kW,故A正确;升压变压器的输出电压U2=P出I2=48×10320 V=2 400 V,故B正确;降压变压器的输入电压U3=U2-ΔU=(2 400-200)V=2 200 V,故C错误;如果用户电压为220 V,则降压变压器的原副线圈匝数比为n3n4=U3U4=2 200220=101,故D正确;故选ABD。
5.C 理想变压器的原线圈的磁通量的变化率与副线圈中磁通量变化率相同,故A错误;根据交变电流的特点可知,在前半个周期内,若点火针的电势比感应针高,则有在后半个周期内点火针的电势比感应针低,故B错误;根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知n1n2=U1U2<22022 000=16.5,故原、副线圈变压器的匝数比可以为n1n2=18,故C正确;根据理想变压器的特点可知,变压器的输入功率与输出功率之比为P1∶P2=1∶1,故D错误。
6.C 由图像可知,输入的电压有效值为220 V,变压器的电压与匝数成正比,由此可得副线圈的电压为22 V,电压表测的是半导体热敏材料的电压,R1、R2的总电压为22 V,所以电压表的示数小于22 V,所以A错误;当出现火警时,温度升高,电阻R2减小,副线圈的电流变大,所以原线圈电流即电流表示数增大,则R1的电压要增大,消耗的功率也增大,由于副线圈的总电压不变,所以R2的电压即电压表示数就要减小,所以C正确,B、D错误。
7.D 只断开S2后,负载电阻变为原来的2倍,副线圈电压不变,则副线圈的功率变小,即原线圈的输入功率变小,A错误;由图乙知周期T=0.02 s,ω=2π0.02 rad/s=100π rad/s,所以输入电压u的表达式应为u=202sin 100πt(V),B错误;若S1换接到2,由U1U2=n1n2=51,U1=2022=20 V,得电阻R电压有效值为4 V,R消耗的电功率为P2=U22R=4220 W=0.8 W,而变压器两端的功率相等,则输入功率也为0.8 W,C错误,D正确。
8.C 设原线圈电流为I1,则副线圈电流I2=n1n2I1=3I1
根据P=I2R可知原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k=I12RI22·2R=118
原线圈电阻两端的电压为U=I1R
则次级电压U2=I2∙2R=6U
则初级电压U1=n1n2U2=18U
则U+18U=3112 V=220 V
解得U=22019 V
故选C。
9.ABD 交流电的频率为f=ω2π=50 Hz,知通过电阻r的电流方向每秒钟变化100次,A正确;开关S闭合之前,次级电阻3 Ω,次级电流I2=U23,开关S闭合之后,次级电阻2 Ω,次级电流I2'=U22,开关S闭合前后次级电流比为2∶3,根据I1I2=n2n1得原线圈的电流I1=n2n1I2,可知开关S闭合前后,电流表的示数之比和副线圈的电流之比相同是2∶3,B正确;开关S闭合之前,通过电阻R1的电流IR1=I2=U23,开关S闭合之后,通过电阻R1的电流IR1'=12I2'=U24,开关S闭合前后,通过电阻R1的电流之比为4∶3,C错误;开关S断开时,电阻r消耗的电功率为100 W,可知次级电流,I2=Pr=10 A,次级电压有效值U2=I2(R1+r)=30 V,变压器初级电压有效值U1=220 V,则变压器原副线圈的匝数之比为n1n2=U1U2=223,D正确。
10.ACD 由于电流表的示数为I,根据电流与匝数成反比可得副线圈电流为10I,副线圈的电压为U2=I2R0=10IR0,根据理想变压器的电压与匝数成正比可知,变压器原线圈两端的电压U1=100IR0,输入变压器原线圈上的功率为P=U1I=100I2R0,故A正确;ab在最低点时,ab棒速度方向与磁场垂直,此时的感应电动势最大,感应电流最大,所以棒ab中感应电流的表达式应为i=2Ics ωt,故B错误;根据变压器原理可得U1=n1n2U2,I=n2n1I2;若将副线圈电阻等效接入原线圈,则等效电阻R等效=U1I=n12n22·U2I2=n12n22R0,所以若在c、d之间换接电阻R1,电流表的示数不变,则R1=10212R0=100R0,故C正确;棒ab中感应电流的表达式应为i=BSR总·ωcs ωt=2Ics ωt,则有BSR总·ω=2I,根据电荷量的公式q=It=n·ΔΦR总,可得若在c、d之间换接电阻R1,电流表的示数不变,则ab棒从圆环的最低端时转过90°的过程中流过ab棒的电荷量为q=BSR总=2Iω,故D正确。
11.D 导体棒切割磁感线产生感应电动势,由法拉第电磁感应定律可得E=BLv,代入数据得E=2sin 10πt(V)。则原线圈输入电压的有效值为U1=Em2=2 V,原、副线圈的电压与匝数成正比,则U1U2=n1n2,解得U2=22 V,选项B错误;由欧姆定律可得副线圈回路中的电流为I2=U2R1+R2=225+15 A=210 A,则定值电阻R1的电功率为P1=I22R1=2102×5 W=0.1 W,选项A错误;由导体棒的速度公式可知导体棒的运动为往复运动,则外力不可能为恒力,选项C错误;由以上计算可知,感应电动势的最大值为Em=2 V,则由法拉第电磁感应定律E=n1ΔΦΔt,得磁通量变化率最大值为ΔΦΔt=Emn1=250 Wb/s=0.04 Wb/s,选项D正确。