2027届高三物理一轮复习试题第13章第2讲理想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（Word版含解析）

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基础对点练
题组一 理想变压器原理及其应用
1.(2025江西卷)某变压器的原线圈匝数未知,将9 V的正弦式交变电流输入原线圈。改变副线圈的匝数n,测得副线圈两端的电压U与匝数n之间的关系如图所示。若该变压器为理想变压器,则原线圈的匝数最接近( )
A.110B.160
C.210D.310
2.(多选)(2025云南卷)电动汽车充电桩的供电变压器(视为理想变压器)示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1,输入电压U1=1.1 kV;两副线圈的匝数分别为n2和n3,输出电压U2=U3=220 V,当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时,两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW,下列说法正确的是( )
A.n1∶n2=5∶1
B.n1∶n3=1∶5
C.变压器的输入功率为10.5 kW
D.两副线圈输出电压最大值均为220 V
3.(2025江苏苏州模拟)钳形电流测量仪的结构图如图所示,其铁芯在捏紧扳手时会张开,可在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,下列说法正确的是( )
A.该测量仪可测量直流电的电流
B.载流导线中电流大小I0=In
C.若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流将大于实际电流
D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数将变大
题组二 电能的输送
4.(多选)(2025山东烟台校考)某发电厂原来用11 kV的交变电流输电,后来改用升压变压器将电压升高到550 kV后再输电。若输电的电功率都是P,输电线路的电阻均为R,则下列说法正确的是( )
A.根据公式P损=I2R,为减小输电功率损失,可以减小输电电流
B.根据公式P损=U2R,为减小输电功率损失,可以降低输电电压
C.根据公式I=UR,升高电压后输电线上的电流增大为原来的50倍
D.根据公式I=PU,升高电压后输电线上的电流减小为原来的150
5.(多选)(2025山东烟台三模)某水电站远距离输电的原理图如图所示。升压变压器的原、副线圈匝数比为k,输电线的总电阻为R,发电机输出的电压恒为U,若由于用户端负载变化,使发电机输出功率增加了ΔP,升压变压器和降压变压器均视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.电压表V1的示数与电流表A1的示数之比不变
B.电压表V2的示数与电流表A2的示数之比变小
C.输电线上损失的电压增加了kΔPUR
D.输电线上损失的功率增加了R(kΔP)2U2
题组三 实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
6.(6分)(2025四川成都模拟)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,所使用的可拆变压器如图甲所示。
甲
(1)观察两个线圈的导线,发现导线的粗细不同,导线细的线圈匝数较 (选填“多”或“少”)。
(2)结合所记录的实验数据,某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值,则可能的原因是 。
A.可拆式变压器的铁芯未完全封闭
B.原、副线圈有电阻
C.铁芯在交变磁场作用下发热
D.原线圈存在匝间短路
(3)实验时,某同学听到变压器内部有轻微的嗡嗡声,他做出如下猜想,正确的是 。
A.“嗡嗡”声是交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的
B.“嗡嗡”声是副线圈中电流流动的声音
C.交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用,使铁芯振动发声
(4)之后,该同学又仔细观察,发现铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成,如图乙所示,金属片应平行于 。
乙
A.平面abfe
B.平面adhe
C.平面adgf
综合提升练
7.(2025辽宁朝阳模拟)某节能储能远距离输电示意图如图所示:发电机的输出电压U1=250 V,输出功率P=500 kW,输电线总电阻R=62.5 Ω,降压变压器的匝数比n3∶n4=50∶1,其余电阻均不计,用户端接收电压U4=220 V,功率P'=88 kW,本题中变压器为理想变压器,则下列说法错误的是( )
A.发电机的输出电流为368 A
B.输电线上损失的功率为4.8 kW
C.输送给储能站的功率为408 kW
D.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶44
8.(2025安徽卷)某理想变压器的实验电路如图所示,原、副线圈总匝数之比n1∶n2=1∶3,A为理想交流电流表。初始时,输入端a、b间接入电压u=122sin(100πt) V的正弦式交变电流,变压器的滑片P位于副线圈的正中间,电阻箱R的阻值调为6 Ω。要使电流表的示数变为2.0 A,下列操作正确的是( )
A.电阻箱R的阻值调为18 Ω
B.副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的13
C.输入端电压调为u=122sin(50πt) V
D.输入端电压调为u=62sin(100πt) V
培优拔高练
9.(多选)(2025湖北卷)在如图所示的输电线路中,交流发电机的输出电压一定,两变压器均为理想变压器,左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2,两变压器间输电线路电阻为r。下列说法正确的是( )
A.仅增加用户数,r消耗的功率增大
B.仅增加用户数,用户端的电压增大
C.仅适当增加n2,用户端的电压增大
D.仅适当增加n2,整个电路消耗的电功率减小
答案：
1.C 解析 根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系U1U2=n1n2可得U2=U1n1n2,依题意,即U=U1n1n。图中U-n的斜率k=ΔUΔn,求出斜率,代入原线圈电压,即可解得原线圈匝数n1最接近210。C项正确。
2.AC 解析 根据理想变压器的电压比等于匝数比,可得n1∶n2=U1∶U2=5∶1,n1∶n3=U1∶U3=5∶1,A正确,B错误;根据能量守恒定律,可知变压器的输入功率等于总的输出功率,故P输入=P输出=7.0 kW+3.5 kW=10.5 kW,C正确;输出电压为交变电流的电压的有效值,根据正弦式交变电流的最大值与有效值的关系可知,两副线圈输出电压最大值均为Um=2202 V,D错误。
3.D 解析 钳形电流测量仪实质上是一个升压变压器,原理为电磁感应,只能测量交变电流的电流,A错误;根据I0I=n1,得载流导线中电流大小I0=nI,B错误;若钳形部分铁芯没有完全闭合,则内置线圈中的磁场变小,磁通量变化率减小,内置线圈中产生的感应电动势减小,感应电流减小,则测量出的电流将小于实际电流,C错误;根据n1I1=n2I2可知,若将载流导线在铁芯上多绕几匝,即n1变大,I1、n2不变,则钳形电流测量仪的示数I2将变大,D正确。
4.AD 解析 输电线上的损耗功率为P损=I2R=U2R,为减小输电损失,可以减小输电电流,增大输电电压,A正确,B错误;由公式I=UR=PU可得,当电压升高为原来的50倍后,电流变为原来的150,C错误,D正确。
5.BC 解析 发电机输出功率增加了ΔP后,升压变压器的匝数比不变,即UU1=k,电压表V1的示数不变,但功率增加后,电流表A1的示数增大,所以U1I1比值会变小,A错误;发电机输出功率增加了ΔP后,传输的电流I1和I2增加,输电线上损耗的电压增加,V2的示数减小,所以电压表V2的示数与电流表A2的示数之比U2I2变小,B正确;根据闭合电路欧姆定律,输电线上损失的电压增加了ΔIR=kΔPUR,C正确;输电线上损失的功率增加了ΔP损=(I1+ΔI)2R-I12R≠ΔI2R=R(kΔP)2U2,D错误。
6.答案 (1)多 (2)ABC (3)C (4)B
解析 (1)观察两个线圈的导线,发现导线的粗细不同,导线细的线圈电流小,两端电压较大,则匝数较多。
(2)某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值,则可能的原因是:可拆式变压器的铁芯未完全封闭,原、副线圈有电阻,铁芯在交变磁场作用下发热等,若原线圈存在匝间短路,导致原线圈匝数减小,则副线圈电压增大,故选A、B、C。
(3)交变电流会使变压器铁芯硅钢片中产生涡电流,并对铁芯有吸斥作用,使铁芯振动发出“嗡嗡”声,故C正确,A、B错误。
(4)为了减小涡流的产生,应使硅钢片的方向与磁场方向平行,所以硅钢片相叠时应平行于平面adhe,故选B。
7.C 解析 发电机的输出电流为I1=PU1=500×103250 A=2 000 A,A错误;降压变压器次级线圈中的电流I4=P'U4=88×103220 A=400 A,降压变压器初级线圈中的电流即输电线上的电流I3=n4n3I4=8 A,输电线损失的功率为P损=I32R=82×62.5 W=4 kW,B错误;输送给储能站的功率为P储=500 kW-4 kW-88 kW=408 kW,C正确;升压变压器次级线圈中电压U2=U3+I3R=n3n4U4+I3R=50×220 V+8×62.5 V=11 500 V,则升压变压器的匝数比为n1n2=U1U2=25011 500=146,D错误。
8.B 解析 输入电压峰值为Um=122 V,则输入电压有效值为U1=Um2=12 V,滑片在正中间,根据变压比可知,输出电压U2=0.5n2n1U1=18 V,若将电阻箱阻值调为18 Ω,则理想交流电流表的示数为1.0 A,故A错误;若将副线圈匝数调为总匝数的13,根据变压比可知,输出电压U2'=13n2n1U1=12 V,则副线圈电流变为I2'=U2'R=2.0 A,故B正确;输入端电压调为u=122sin(50πt) V时,其有效值不变,不会导致电流的变化,故C错误;将输入电压峰值减小一半,则输入电压有效值变为U1″=12Um2=6 V,输出电压U2″=0.5n2n1U1″=9 V,副线圈电流变为I2″=U2″R=1.5 A,故D错误。
9.AC 解析 用户量增大,I4增大,由I3I4=n4n3,则I3增大,Pr=I32r也增大,故A正确;用户量增大,U3=U2-U损=U2-I3r,U2不变,U损增大,则U3减小,由U3U4=n3n4,U4也减小,故B错误;n2增大,U2也增大,I2反而要减小,则U损=I2r=I3r要减小,则U3增大,U4也增大,故C正确;n2增大,U4增大,P出=U42R也增大,则P入也增大,故D错误。