高考物理一轮复习讲义微练44　变压器　电能的输送 实验15探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

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梯级Ⅰ基础练
1.(2023·浙江卷)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是(A)
A.送电端先升压再整流
B.用户端先降压再变交流
C.1 100 kV是指交流电的最大值
D.输电功率由送电端电压决定
解析 由于变压器的工作原理是电磁感应现象，因此升压变压器和降压变压器原线圈两端的电压均为交流电压，所以送电端先升压再整流，用户端先变交流再降压，A项正确，B项错误；1 100 kV指的是直流电的电压，C项错误；由远距离输电的原理可知，输电功率由用户端决定，D项错误。
2.低温雨雪冰冻往往会造成高压输电线因结冰而损毁。为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路:利用电流的热效应除冰。若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)(D)
A.输电电流为6IB.输电电流为9I
C.输电电压为3UD.输电电压为13U
解析 输电线上的热耗功率ΔP=I2R，除冰时热功率为9ΔP，输电线电阻不变，所以电流为3I；因为输电功率不变，由P=IU得，电压变为13U，D项正确。
3.(2024·浙江卷)理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电压为u的交流电源连接，副线圈接有三个支路，如图所示。当S接a时，三个灯泡均发光，若(A)
A.电容C增大，L1灯泡变亮
B.频率f增大，L2灯泡变亮
C.RG上光照增强，L3灯泡变暗
D.S接到b时，三个灯泡均变暗
解析 电容增大，对交流电的阻碍作用减小，则L1灯泡变亮，A项正确；频率f增大，则电感的阻碍作用增大，则L2灯泡变暗，B项错误；光敏电阻光照增强，阻值减小，由于各支路电压不变，则L3灯泡电流增大，变亮，C项错误；S接到b时，根据变压比可知，副线圈电压增大，则三个灯泡均变亮，D项错误。
4.(2024·北京卷)如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6 V 3 W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是(B)
A.原线圈两端电压的有效值为242 V
B.副线圈中电流的有效值为0.5 A
C.原、副线圈匝数之比为1∶4
D.原线圈的输入功率为12 W
解析 由题图知，原线圈电压最大值为Um=242 V，则原线圈两端电压的有效值为U1=Um2=24 V，A项错误；灯泡正常发光，由P=UI得，副线圈中电流有效值为I=PLU2=3 W6 V=0.5 A，B项正确；由理想变压器电压与匝数关系可知n1n2=U1U2=4∶1，C项错误；理想变压器没有能量损失，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，则原线圈的输入功率P1=PL=3 W，D项错误。
5.如图所示，两理想变压器间接有电阻R，电表均为理想交流电表，a、b接入电压有效值不变的正弦交流电源。闭合开关S后(C)
A.R的发热功率不变
B.电压表的示数变大
C.电流表A1的示数变大
D.电流表A2的示数变小
解析 闭合开关S后，负载电阻减小，匝数为n4的线圈输出功率变大，匝数为n1的线圈输入功率也变大，a、b两端电压有效值不变，由P1=U1I1可知电流表A1的示数变大，根据I1I2=n2n1，因n2n1比值不变，I1变大，I2变大，所以R的发热功率变大，A项错误，C项正确；根据理想变压器电压比等于匝数比U1U2=n1n2，输出电压U2不变，电压表的示数不变，B项错误；根据理想变压器电流与匝数关系可得I1I2=n2n1，I2I4=n4n3，由于匝数均保持不变，I1增大，所以I2、I4增大，故电流表A2的示数变大，D项错误。
6.钳形电流表是电机运行和维修工作中最常用的测量仪表之一，其工作部分主要由一只电流表和电流互感器组成。电流互感器铁芯制成活动开口，且成钳形，用手柄来控制开合，图甲、图乙为此电流表的实物图和内部结构图，下列说法正确的是(D)
A.测量电流时，需要断开电路将此钳形电流表串接在电路中
B.钳口是否闭合紧密对电流的测量值不会有影响
C.钳形电流表测电流时相当于降压变压器
D.如果通电导线在钳形口多绕几圈，则电流测量值会变大
解析 钳形电流表通过打开铁芯将导线圈入其中，不需要断开电路将钳形电流表串接在电路中，A项错误；若钳口未闭合，则会出现漏磁，原、副线圈的磁通量不同造成测量值变小，B项错误；该电表原线圈为单匝，是升压变压器，C项错误；若原线圈多绕几圈，则n1增大，副线圈电流增大，导致电流测量值增大，D项正确。
7.(多选)如图所示为某小型发电站远距离输电示意图，其中升压变压器输入电压U1保持不变，降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1，输电线路总电阻r=20 Ω。为了安全测量输电线路中的电压和电流，现在输电线路的起始端接入甲、乙两个特殊的变压器，甲、乙两个变压器中原副线圈匝数比一个是200∶1，另一个是1∶20，其中电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，以上变压器均为理想变压器。下列判断正确的是(AC)
A.图中a为电压表，b为电流表
B.用户端的电压U4为220 V
C.输电线路上损耗的功率约占输电总功率的4.5%
D.若用户端接入的用电设备变多，电流表示数变小
解析 对变压器甲、乙的连接方式分析可知，甲为电压互感器，乙为电流互感器，A项正确；由变压器甲可知U2=200×220 V=44 000 V，由变压器乙可知I2=5×20 A=100 A，则U3=U2-I2r=42 000 V，用户端的电压U4=42 000200 V=210 V，B项错误；输电线路上损耗的功率约占输电总功率的η=I22rU2I2=122≈4.5%，C项正确；若用户端接入的用电设备变多，降压变压器次级电阻减小，次级电流变大，输电线上的电流变大，则电流表示数变大，D项错误。
梯级Ⅱ能力练
8.4个阻值相同的电阻R1、R2、R3和R4及理想变压器按如图所示连接，变压器原、副线圈匝数比为1∶2，以下说法正确的是(C)
A.R1和R2消耗的电功率之比为9∶4
B.R1和R3消耗的电功率之比为4∶1
C.R2和R3消耗的电功率之比为1∶1
D.R2和R4消耗的电功率之比为1∶4
解析 设通过R2的电流为I，变压器原、副线圈两端电压分别为U1、U2，通过原、副线圈的电流分别为I1、I2，则有U1U2=n1n2，I1I2=n2n1，根据欧姆定律U2=I2·2R，U1=I'R2，可得I2=I，I1=2I，通过R2的电流I'=I，则通过R1的电流为3I。由功率P=I2R可知R1和R2消耗的电功率之比为P1∶P2=(3I)2R∶I2R=9∶1，A项错误；R1和R3消耗的电功率之比为P1∶P3=(3I)2R∶I22R=9∶1，B项错误；R2和R3消耗的电功率之比为P2∶P3=I2R∶I22R=1∶1，C项正确；R2和R4消耗的电功率之比为P2∶P4=I2R∶I22R=1∶1，D项错误。
9.在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。
(1)观察变压器的铁芯，它的结构和材料是 D (填选项字母)。
A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯
C.绝缘的铜片叠成D.绝缘的硅钢片叠成
(2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 少 (填“多”或“少”)。
(3)(多选)以下给出的器材中，本实验需要用到的是 BD (填选项字母)。
(4)为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过 B (填选项字母)。
A.2 V B.12 V C.50 V
(5)实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为 C (填选项字母)。
A.1.5 V B.6.0 V C.7.0 V
(6)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是 A (填选项字母)。
A.控制变量法B.等效替代法
C.整体隔离法
解析 (1)观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，D项正确。
(2)根据I1I2=n2n1可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。
(3)本实验需要用到的是交流电源和多用电表，不需要干电池和直流电压表，B、D两项正确。
(4)为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过12 V，B项正确。
(5)依题意，原、副线圈的匝数比为2∶1，若是理想变压器，则有U1U2=n1n2，解得U1=6 V，考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于6 V，则原线圈的输入电压可能为7 V，C项正确。
(6)实验中需要运用的科学方法是控制变量法，A项正确。
梯级Ⅲ创新练
10.(多选)如图为高铁供电流程的简化图，牵引变电所的理想变压器将电压为U1的高压电进行降压；动力车厢内的理想变压器再把电压降至U4，为动力系统供电，此时动力系统的电流为I4，发电厂的输出电流为I1；若变压器的匝数n2=n3，则下列关系式正确的是(AD)
A.U1∶U4>n1∶n4B.U1∶U4U3，又有n2=n3，可得U1∶U4>n1∶n4，A项正确，B项错误；由理想变压器原、副线圈的电流比等于匝数的反比，两变压器则有I1∶I2=n2∶n1，I3∶I4=n4∶n3，可得I1=n2n1I2，I4=n3n4I3。由于I2=I3，n2=n3，可得I1∶I4=n4∶n1，C项错误，D项正确。