新高考物理一轮复习基础练习第13章交变电流　传感器第2讲　实验 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（含答案解析）

这是一份新高考物理一轮复习基础练习第13章交变电流　传感器第2讲　实验 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（含答案解析），共17页。试卷主要包含了5 Hz，252 A，8 V小灯泡并联起来接入副线圈等内容，欢迎下载使用。

基础对点练
题组一 理想变压器原理及其应用
1.(2024天津模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为4∶1,原线圈两端接u=2202sin 100πt V的交流电源,副线圈两端接R=55 Ω的负载电阻,电表均为理想交流电表。则下列说法正确的是( )

A.副线圈中输出交变电流的频率为12.5 Hz
B.副线圈中电压表的示数为552 V
C.变压器的输入功率为55 W
D.原线圈中的电流表A的示数为0.252 A
2.(2023北京卷)自制一个原、副线圈匝数分别为600和190的变压器,原线圈接12 V的正弦交流电源,副线圈接额定电压为3.8 V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5 V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是( )
A.仅增加原线圈匝数
B.仅增加副线圈匝数
C.将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
D.将两个3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
题组二 电能的输送
3.(多选)白鹤滩水电站采用的是特高压远距离输电方式。若保持输送电能总功率、输电距离不变的情况下,从原来的110 kV高压输电升级为1 100 kV的特高压输电,下列说法正确的是( )
A.若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的10倍
B.若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的110
C.若输电线不变,则输电线上损失的功率变为原来的110
D.若更换直径为原来输电线直径110的同种材料制成的输电线,则输电线上损失的功率不变
4.(2023广东一模)特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分)如图所示,则以下说法正确的是( )
A.题中描述的“特高压直流输电”,说明变压器可以直接对直流电进行变压作用
B.变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高
C.在输电功率一定的条件下,输电电压提高10倍,线路损耗功率将降低为原来的1100
D.图中用户接入电路的用电器越多,流过n4的电流越大,由匝数比等于电流的反比可知,流过电阻r的电流变小
题组三 实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
5.(2023广东广州模拟)教学用的可拆变压器如图甲所示,A、B线圈均由材料和直径相同的导线绕制而成。
甲
乙
(1)某同学用多用电表欧姆挡分别测量A、B线圈的电阻,发现A线圈电阻约为B线圈电阻的2倍,则可推断 (选填“A”或“B”)线圈的匝数多;
(2)为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系,在图乙中该同学把线圈A与学生电源连接,另一个线圈B与小灯泡连接。其中线圈A应连到学生电源的 (选填“直流”或“交流”)输出端上;
(3)将与小灯泡相连的线圈B拆掉部分匝数,其余装置不变,继续实验,则小灯泡 (选填“变亮”或“变暗”);
(4)某次实验时,变压器原、副线圈的匝数分别为220和110,学生电源输出端电压的有效值为6 V,则小灯泡两端电压的有效值可能是 。
A.12 VB.6 V
C.3.6 VD.2.8 V
综合提升练
6.(2023山东卷)某节能储能输电网络如图所示,发电机的输出电压U1=250 V,输出功率P=500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4=50∶1,输电线总电阻R=62.5 Ω,其余线路电阻不计,用户端电压U4=220 V,功率P4=88 kW,所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是( )
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
7.(多选)(2023山东淄博二模)高考期间,为保障考场用电,供电部门为学校配备应急供电系统,输电电路如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B=210π T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.25 m2,匝数n=100,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连,图中电压表示数为250 V,降压变压器原、副线圈的匝数之比为5∶1,降压变压器的副线圈接入考场供电,两变压器间的输电线等效电阻R=20 Ω,变压器均为理想变压器。学校有44个考场用电,用电设备额定工作电压均为U=220 V,每个考场的正常用电功率P=500 W。当44个考场正常用电,下列说法正确的是( )
A.线框绕轴OO'的转速为3 000 r/min
B.输电线上损失的电压为400 V
C.升压变压器原、副线圈匝数之比为1∶8
D.发电机的输出功率为28 kW
8.为了激发同学们的学习兴趣和探究精神,某学校建有节能环保风力发电演示系统,该系统由风力发电机、升压变压器和用户三部分构成,简易示意图如图所示。t=0时刻,发电机线圈所在平面与磁场方向垂直,风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈以每秒50转的转速转动,已知发电机线圈面积S=0.01π m2,匝数为N=100,内阻不计;匀强磁场的磁感应强度为B=210 T。变压器部分,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶4。在用户部分电路中电表均为理想电表,定值电阻R1=R2=4 Ω,D为理想二极管(该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大),则( )
A.发电机产生的瞬时电动势e=102sin 50πt V
B.电压表的示数为402 V
C.电流表的示数为52 A
D.原线圈的输入功率为800 W
9.(多选)(2022福建卷)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电,图中交流电源电压为6 V,定值电阻R1=R2=20 Ω,小灯泡L1、L2的规格均为“6 V 1.8 W”,理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ,两电路都稳定工作时,( )
A.L1与L2一样亮
B.L2比L1更亮
C.R1上消耗的功率比R2的大
D.R1上消耗的功率比R2的小
参考答案
第2讲 理想变压器 电能的输送 实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.C 解析 副线圈中输出交变电流的频率应与原线圈相同,则有f=ω2π=100π2π Hz=50 Hz,A错误;原线圈输入电压的有效值为U1=22022 V=220 V,副线圈中电压表的示数应为有效值,则有U2=n2n1U1=55 V,B错误;变压器的输入功率等于输出功率,则有P入=P出=U22R=55 W,C正确;由P入=U1I1可得原线圈中的电流表A的示数为I1=55220 A=0.25 A,D错误。
2.B 解析 由n1n2=U1U2知,仅增加原线圈匝数,副线圈的输出电压U2减小,不能使小灯泡正常发光,A错误;由n1n2=U1U2知,仅增加副线圈匝数,副线圈的输出电压U2增大,有可能使小灯泡正常发光,B正确;由n1n2=U1U2知,将原、副线圈匝数都增为原来的两倍,但由于原线圈的电压不变,则副线圈的输出电压U2不变,不能使小灯泡正常发光,C错误;将两个3.8 V小灯泡并联,但由于原线圈的电压不变,则副线圈的输出电压U2不变,不能使小灯泡正常发光,D错误。
3.BD 解析 保持输送电能总功率P=UI1不变,则升压变压器的原线圈的电流I1变为原来的110,由I1n1=I2n2得,输电线中的电流I2变为原来的110,A错误,B正确;输电线上损失的功率为P损=I22R线,I2变为原来的110,则损失的功率变为原来的1100,C错误;输电线材料不变直径变为原来的110,由R=ρLS得,电阻变为原来的100倍,保持输送电能总功率、输电距离不变的情况下,而I2变为原来的110,故输电线上损失的功率P损=I22R线不变,D正确。
4.C 解析 根据变压器工作原理可知,变压器不可以直接对直流电进行变压作用,A错误;变压器在升压过程中频率保持不变,B错误;根据P送=UI,P损=I2r,联立可得P损=P送U2r,在输电功率一定条件下,输电电压提高10倍,线路损耗功率将降低为原来的1100,C正确;图中用户接入电路的用电器越多,流过n4的电流越大,根据I3I4=n4n3,可知随着I4增大,流过电阻r的电流I3变大,D错误。
5.答案 (1)A (2)交流 (3)变暗 (4)D
解析 (1)根据电阻定律可知,相同材质、相同截面积条件下导线越长,电阻越大,故A线圈的匝数多;
(2)变压器只能改变交流电压,线圈A应连到学生电源的交流输出端上;
(3)线圈B拆掉部分匝数,则n2减小,因此变压器副线圈电压U2减小,小灯泡的功率为P=U22R,可知小灯泡功率降低,亮度变暗;
(4)理想变压器U1U2=n1n2,可得U2=n2U1n1=3 V,实验过程中由于存在漏磁、铁芯发热、导线发热等情况,副线圈的实际电压应小于理想变压器副线圈电压的理论值,应小于3 V,可能为2.8 V,故选D。
6.C 解析 因为发电机的输出电压U1=250 V,输出功率P=500 kW,发电机的输出电流为I1=PU1=2×103 A,选项A错误。用户端电流I4=P4U4=400 A,根据n3n4=I4I3,I3=8 A,解得P线=I32R=4 kW,选项B错误。输送给储能站的功率为P储=(500-88-4) kW=408 kW,选项C正确。n3n4=U3U4,解得U3=11 000 V,U2=U3+I3R=11 500 V,n1n2=U1U2=146,选项D错误。
7.AB 解析 根据题意可知,线圈转动产生感应电动势的最大值为Em=2UV=nBSω,又有ω=2πn转,解得n转=3 000 r/min,A正确;根据题意可知,每个考场用电的电流为I0=PU=2511 A,流过降压变压器副线圈的电流为I4=44I0=100 A,由电流与线圈匝数关系有I3I4=15,解得输电线上的电流为I3=20 A,输电线上损失的电压为ΔU=I3R=400 V,B正确;根据题意,由电压与线圈匝数关系有U3U=51,可得降压变压器原线圈输入电压为U3=1 100 V,则升压变压器副线圈的输出电压为U2=U3+ΔU=1 500 V,升压变压器原、副线圈匝数之比为n1∶n2=UV∶U2=1∶6,C错误;由电流与线圈匝数的关系有I1I2=61,其中I2=I3=20 A,解得升压变压器原线圈输入电流为I1=120 A,发电机的输出功率为P入=I1UV=30 kW,D错误。
8.C 解析 发电机产生的最大电动势有Em=NBSω=NBS2πn=102 V,因为t=0时刻,发电机线圈所在平面与磁场方向垂直,所以其瞬时电动势为e=Emsin ωt=Emsin 2πnt=102sin 100πt V,A错误;因为发电机线圈无内阻,所以原线圈两端的电压为u1=1022 V=10 V,因为变压器为理想变压器,所以副线圈两端的电压为u2=n2n1u1=41×10 V=40 V,又因为电压表的示数为有效值,所以电压表的示数为40 V,B错误;因为二极管为理想二极管,电流表的示数也为有效值,所以有u2m2R22R2T2=I2R2T,解得I=52 A,C正确;电阻R1的功率为P1=u22R1=400 W,电阻R2的功率为P2=I2R2=200 W,副线圈功率为P副=P1+P2=600 W,因为是理想变压器,所以P原=P副=600 W,D错误。
9.BC 解析 若开关接cd端,设电源电压为U0,理想变压器T1、T2的匝数比为n2n1=n3n4=k,用户电阻为R负载,输电线电阻为R导线,由变压器工作原理和欧姆定律,升压变压器次级电压U2=kU0,降压变压器初级电压U3=U2-I2R导线,降压变压器次级电压U4=U3k、I4=U4R负载、I4I3=k、I3=I2,可得输电功率为P输=U2I2=k2U02R导线+k2R负载,输电线上损耗的电功率为P导线=I22R导线=k2U02(R导线+k2R负载)2R导线,用户得到的电功率为P负载=k2U02(R导线+k2R负载)2·k2R负载,若开关接ab端,则负载得到的功率P负载'=U02(R导线+R负载)2·R负载,输电线上损耗的电功率为P导线'=U02(R导线+R负载)2R导线,将R导线=R1=R2=20 Ω,R负载=621.8 Ω=20 Ω,k=3代入可得P负载>P负载',即L2比L1更亮;P导线