高考物理一轮复习课时作业32变压器电能的输送含答案

变压器　电能的输送

(建议用时40分钟)

1．将输入电压为220 V，输出电压为6 V的理想变压器改绕成输出电压为30 V的理想变压器。已知原线圈匝数不变，副线圈原来是30匝，则副线圈新增匝数为(　　)

A．120匝    B．150匝

C．180匝    D．220匝

【解析】选A。由理想变压器的电压与匝数关系＝可知，起初原、副线圈匝数分别是1 100匝和30匝，把输出电压等于30 V代入公式＝可得n2′＝150匝， 所以需要新增150匝－30匝＝120匝，选项A正确。

2.如图所示，理想变压器原线圈的两端a、b接正弦交流电源时，电压表V的示数为220 V，电流表A1的示数为0.20 A。已知负载电阻R＝44 Ω，则下列判断正确的是(电表均为理想交流电表)(　　)

A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1

B．原线圈和副线圈的匝数比为5∶1

C．电流表A2的示数为0.1 A

D．电流表A2的示数为0.4 A

【解析】选B。理想变压器的输入功率等于输出功率，则U1I1＝IR，解得I2＝＝ A＝1.0 A，所以原线圈和副线圈的匝数比＝＝＝，B正确，A、C、D错误。

3．(创新题)电加热器是指利用电能达到加热效果的电器。采用智能控制模式，控温精度高，可与计算机联网。如图为智能加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器。原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，通过人工智能设备调节触头P，使输出电压有效值由220 V降至110 V，调节前后(　　)

A.副线圈中的电流比为1∶2

B．副线圈输出功率比为2∶1

C．副线圈的接入匝数比为2∶1

D．原线圈输入功率比为1∶2

【解析】选C。在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下，使输出电压U2有效值由220 V降至110 V，由＝知，副线圈接入匝数应该减为原来的一半，故副线圈的接入匝数之比为2∶1，故C正确；副线圈电压减半，电阻不变，电流也随之减半，所以电流之比为2∶1，故A错误；由P＝UI知，输出功率之比为4∶1，故B错误；原线圈输入功率等于副线圈输出功率，所以原线圈输入功率之比为4∶1，故D错误。

4.(多选)(2021·昆明模拟)如图所示为一理想变压器,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1为原线圈中的电流,则              (　　)

A.保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,I1将增大

B.保持U1及P的位置不变,K由b扳向a时,R消耗功率减小

C.保持U1不变,K接在a处,使P上滑,I1将增大

D.保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,I1将增大

【解析】选A、B、D。保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,n1减小,增大,由U2=U1知U2变大,则输出电流I2增大,输出功率增大,输入功率也增大,由P1=U1I1知,I1增大,A正确;同理,K若由b扳向a,R消耗功率将减小,B正确;U1不变,K接在a处,使P上滑时,I2减小,I1也减小,故C错误;保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,则U2也增大,即I2=增大,则P2增大,P1=P2,故I1也应增大,故D正确。

5．(多选)输电线路中某处漏电时，输电线通过大地和电源构成的回路中就存在漏电电流。如图所示为交流输电线路上安装的某漏电保护器工作原理图，图中M为电流互感器，原线圈为两根输电线双绕线，双线的绕线匝数为n1，副线圈的匝数为n2。当副线圈中的电流达到一定值时，就会触发开关断开电源供电电路(图中未画出)，下列说法正确的是(　　)

A.无论输电线路上有无漏电现象，副线圈中都会产生感应电流

B．只有输电线路上有漏电现象时，副线圈中才会产生感应电流

C．如图，人的一只手接触输电线上的P点时，电流会经人体传入大地，如果允许通过人体的安全电流为Im，那么开关的触发电流应小于Im

D．如图，人的一只手接触输电线上的P点时，电流会经人体传入大地，如果允许通过人体的安全电流为Im，那么开关的触发电流应小于Im

【解析】选B、D。输电线路上没有漏电现象时，由于原线圈为输电线双绕线，两根导线中的电流始终大小相等、方向相反，线圈中磁通量为零且磁通量保持不变，所以副线圈中没有感应电流产生，A错误；当输电线上有漏电现象时，漏电点通过大地与电源构成回路，原线圈上两根双绕线中的电流大小不同，磁通量不为0且发生变化，所以副线圈中就会产生感应电流，B正确；当人体与线路中的P点接触时，安全流过人体的最大电流为Im，等效为流过原线圈的电流为Im，根据理想变压器变流比关系有＝，解得I2＝Im，C错误，D正确。

【题后反思】输电线有无漏电现象的条件

(1)输电线路上无漏电现象时，线圈中磁通量为零，副线圈中没有感应电流产生；

(2)输电线路上有漏电现象时，会产生感应电流；根据理想变压器匝数与电流关系分析触发电流。

6．(2021·乌鲁木齐模拟)把图甲所示的正弦式交变电流接在图乙中理想变压器的A、B两端，电压表和电流表均为理想电表，Rt为热敏电阻(温度升高时其电阻减小)，R为定值电阻。下列说法正确的是(　　)

A．Rt处温度升高时，电流表的示数变大，变压器输入功率变大

B．Rt处温度升高时，电压表V1、V2示数的比值不变

C．在t＝1×10－2 s时，穿过该矩形线圈的磁通量为零

D．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36sin 50πt(V)

【解析】选A。Rt温度升高时，阻值减小，电流增大，而输出电压不变，所以变压器输出功率变大，而输入功率等于输出功率，则输入功率变大，故A正确；Rt处温度升高时，电阻减小，电压表V2测量Rt的电压，则电压表V2示数减小，V1示数不变，则电压表V1示数与V2示数的比值变大，故B错误；在题图甲的t＝0.01 s时刻，u＝0，则磁通量最大，此时矩形线圈平面与磁场方向垂直，故C错误；根据题图甲可知，Em＝36 V，T＝0.02 s，则ω＝＝ ＝100π rad/s，变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36sin 100πt(V)，故D错误。故选A。

7．(创新题)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数n1∶n2＝3∶1，原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表，副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若干“6 V　6 W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图象如图乙所示。

(1)求图甲中电压表的读数。

(2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数。

(3)为满足第(2)问中要求，求可变电阻R应调到的电阻值。

【解析】(1)根据图象可得原线圈电压的最大值

U1m＝27 V，

其有效值为U1＝27 V

根据n1∶n2＝U1∶U2

代入数据后可得U2＝9 V

此即为电压表的读数。

(2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的电流为I2

为使副线圈接入的灯泡最多，则I1取允许通过的最大电流的有效值为3 A

根据U1I1＝U2I2

代入数据后可得I2＝9 A

正常发光时每个灯泡中电流为

IL＝＝1 A，所以允许接入的灯泡个数为

n＝＝9盏。

(3)电阻两端电压为UR＝9 V－6 V＝3 V

电阻阻值为R＝＝ Ω。

答案：(1)9 V　(2)9　(3) Ω

【题后反思】由图象可知原线圈两端电压和周期，根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，逐项分析即可得出结论。

本题考查的是学生读图的能力，根据图象读出交流电压的最大值和周期，根据电压和匝数之间的关系即可求得。

8．(多选)(2020·全国Ⅱ卷)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　　)

A．ΔP′＝ΔP    B．ΔP′＝ΔP

C．ΔU′＝ΔU    D．ΔU′＝ΔU

【解析】选A、D。由电功率公式得ΔP＝I2R, 输电线上电压下降ΔU＝IR，输电电流为I＝，在输送的电功率和输电线电阻都不变时，U变为原来的2倍，电流变为原来的，则ΔP′＝ΔP，ΔU′＝ΔU，选项A、D正确，B、C错误。

9.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＝

【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。

10.(多选)如图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通入交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有三分之一通过另一个线圈，另三分之二通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数比为2∶1，在不接负载的情况下，下列说法正确的是(　　)

A．当从线圈1输入的电压为180 V时，从线圈2输出的电压为30 V

B．当从线圈1输入的电压为180 V时，从线圈2输出的电压为60 V

C．当从线圈2输入的电压为120 V时，从线圈1输出的电压为120 V

D．当从线圈2输入的电压为120 V时，从线圈1输出的电压为80 V

【解析】选A、D。变压器的工作原理为互感现象，当线圈1输入的电压为180 V时，线圈1中每匝产生的感应电动势为，即线圈1中磁通量的变化率为，而线圈2只通过了三分之一的磁通量，所以每匝产生的感应电动势为，所以线圈2产生的感应电动势为·n2＝30 V，故A正确，B错误；当线圈2输入的电压为120 V时，线圈2中每匝产生的感应电动势为，即线圈2中磁通量的变化率为，而线圈1中只有三分之一的磁通量通过，所以每匝产生的感应电动势为，所以线圈1产生的感应电动势为·n1＝80 V，故C错误，D正确。

11.(创新题)如图所示，一理想变压器原线圈与每个副线圈的匝数比均为3∶1，原线圈与每个副线圈所连的电阻阻值均为R，原线圈接220 V的正弦交流电，副线圈n2回路中电阻两端的电压为UR2，原线圈电阻与每个副线圈电阻消耗的功率的比值均为k。则(　　)

A．UR2＝60 V　k＝

B．UR2＝60 V　k＝

C．UR2＝ V　k＝

D．UR2＝ V　k＝

【解析】选A。设原线圈电流为I1，则根据n1I1＝2n2I2可得I2＝1.5I1，由题意可知＝k，解得k＝，设原线圈电阻R上的电压为UR1，则∶＝k，即UR1＝UR2，又＝，解得UR2＝60 V，A正确，B、C、D错误。

12．某发电厂引进秸秆焚烧发电机设备，该发电机输出功率为40 kW，输出电压为400 V，用变压比(原、副线圈匝数比)为n1∶n2＝1∶5的变压器升压后向某小区供电，输电线的总电阻为r＝5 Ω，电能到达该小区后再用变压器降为220 V。

(1)画出输电过程的电路示意图。

(2)求输电线上损失的电功率。

(3)求降压变压器的变压比n3∶n4。

【解析】(1)输电过程，电路示意图如图所示。

(2)因为＝

输电电压U2＝U1＝2 000 V

因为P输＝U2I2

解得输电电流I2＝20 A

输电线上损失的功率

P损＝Ir＝(20 A)2×5 Ω＝2 000 W。

(3)输电线上损失的电压

U损＝I2r＝20 A×5 Ω＝100 V

降压变压器的输入电压

U3＝U2－U损＝2 000 V－100 V＝1 900 V

降压变压器的变压比

＝＝＝

答案：(1)示意图见解析　(2)2 000 W

(3)95∶11