2019届高考物理一轮复习练习：第11章 第2讲　变压器　电能的输送(含解析)

板块三  限时规范特训

　　时间：45分钟　满分：100分

一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分。其中1～6为单选，7～10为多选)

1．如图，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12 V，6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是(　　)

A．120 V,0.10 A   B．240 V,0.025 A

C．120 V,0.05 A   D．240 V,0.05 A

答案　D

解析　副线圈电压U2＝12 V，由＝得U1＝240 V，副线圈中电流I2＝2·＝1 A，由＝得I1＝0.05 A，D选项正确。

2．如图所示，将理想变压器原线圈接入电压随时间变化规律为：u＝220sin100πt(V)的交流电源上，在副线圈两端并联接入规格为“22 V　22 W”的灯泡10个，灯泡均正常发光。除灯泡外的电阻均不计，下列说法正确的是(　　)

A．变压器原、副线圈匝数比为10∶1

B．电流表示数为1 A

C．电流表示数为10 A

D．副线圈中电流的频率为5 Hz

答案　B

解析　由u＝220sin100πt(V)可知，输入电压的有效值U1＝ V＝220 V，又知在输出端10个灯泡并联且正常发光，则知输出端电压的有效值U2＝22 V，则n1∶n2＝U1∶U2＝10∶1，A选项错。灯泡正常发光时的电流I＝＝1 A，输出端10个灯泡均正常发光，总电流I2＝10I＝10 A，根据I1∶I2＝n2∶n1，得出电流表示数I1＝1 A，B选项对，C选项错。变压器中输出电流的频率与输入电流的频率是一致的f＝ Hz＝50 Hz，D选项错。

3.[2017·四川广元二模]一理想降压变压器原、副线圈匝数比为k，原线圈与阻值为4R0的电阻串联后，接入有效值为25 V的正弦式交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，当负载电阻的阻值R＝5R0时，理想电压表的示数为5 V。保持变压器输入电流不变，现将负载电阻的阻值增大到R′＝11R0，此时输入电压有效值为U′，则(　　)

A．k＝，U＝49 V   B．k＝，U＝48 V

C．k＝4，U＝49 V   D．k＝4，U＝48 V

答案　C

解析　变压器副线圈电路电流I2＝＝＝，此时变压器原线圈电路电流为I1＝；调整负载前，变压器副线圈电压U2＝×6R0＝6 V，原线圈上的电压U1＝kU2＝6k V，则U＝U1＋I1×4R0，即25＝6k＋，解得k＝4；保持变压器输入电流不变，则副线圈电流也不变，将负载电阻的阻值增大到R′＝11R0，则变压器副线圈两端电压为U2′＝×(11R0＋R0)＝12 V，原线圈两端电压U1′＝kU2′＝48 V，故U′＝U1′＋I1·4R0＝48 V＋×4R0＝49 V，故C正确，A、B、D错误。

4．[2017·安徽十校联考]在图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1。a、b两端电压与时间的关系如图乙所示，二极管可视为理想二极管，电表均为理想电表，电阻R＝10 Ω，则下列说法正确的是(　　)

A．电压表示数为4.5 V  B．电压表示数为0

C．电流表示数为0.9 A  D．电路消耗功率为16.2 W

答案　C

解析　原线圈电压的有效值为U1＝＝18 V，副线圈的电压为U2＝9 V，电压表为理想电表，电阻极大，由于二极管单向导电，故其读数为 V，故选项A、B错误；通过电阻R的电流有效值为I2＝＝0.9 A，故选项C正确；电路消耗的功率为P＝IR＝8.1 W，故选项D错误。

5.[2017·福建宁德质检]如图所示，理想变压器的副线圈接有一规格为“44 V　44 W”的灯泡和线圈电阻r＝1 Ω的电动机，原线圈接u＝220sin100πt V的正弦式交变电流后灯泡和电动机都正常工作，且原线圈中理想交流电流表的示数为1 A，则下列说法正确的是(　　)

A．理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1

B．电动机的输出功率为176 W

C．电动机的热功率为6 W

D．若电动机被卡住，灯泡仍正常工作，则电流表的示数变为9 A

答案　D

解析　原线圈两端的电压有效值U1＝220 V，根据题意灯泡两端的电压为44 V，所以有＝＝，选项A错误；根据电流与匝数成反比可知副线圈中的电流I2＝5I1＝5 A，灯泡中的电流IL＝＝1 A，则电动机的电流为IM＝4 A，电动机的热功率P热＝Ir＝16 W，则电动机输出功率P出＝U2IM－Ir＝160 W，选项B、C错误；若电动机被卡住，电灯正常发光。则通过电动机的电流IM′＝44 A，此时变压器副线圈电流为45 A，则原线圈电流I1′＝I2′＝9 A，所以电流表的示数变为9 A，选项D正确。

6．如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则(　　)

A．用户用电器上交流电的频率是100 Hz

B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V

C．输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定

D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小

答案　D

解析　由图乙知，交流电的周期为0.02 s，所以频率f＝＝50 Hz，A选项错误。发电机输出交流电的电压最大值为Um＝500 V，故有效值U＝＝250 V，B选项错误。输电线电流I线＝，可见I线与R线及用户电路有关，C选项错误。当用户用电器总电阻增大时，P用减小，I用减小，I线减小，输电线上损失的电功率P损＝IR线减小，D选项正确。

7．如图甲所示，理想变压器的原线圈输入如图乙所示的交变电流，则下列判断正确的是(　　)

A．灯泡中的电流变化周期为2 s

B．原线圈输入电流的有效值小于 A

C．0～1 s和1～2 s流过灯泡的电流方向相同

D．前2 s内铁芯中磁通量的变化率恒定

答案　BCD

解析　由题图乙知I的变化周期为4 s，选项A错误；作出正弦交变电流的图线如图中虚线所示，当输入电流为正弦交变电流时，I有效＝ A，由图易知，电流的有效值要小于 A，选项B正确；由楞次定律可知0～1 s和1～2 s流过灯泡的电流方向相同，选项C正确；由图象可知在前2 s内电流I的变化率恒定，由此产生的磁通量的变化率也是恒定的，选项D正确。

8．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，b是原线圈的中心抽头，S为单刀双掷开关，定值电阻R＝10 Ω。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是 (　　)

A．当S与a连接后，理想电流表的示数为2.2 A

B．当S与a连接后，t＝0.01 s时理想电流表示数为零

C．当S由a拨到b后，原线圈的输入功率变为原来的4倍

D．当S由a拨到b后，副线圈输出电压的频率变为25 Hz

答案　AC

解析　S与a连接后，由＝，又知U1＝ V＝220 V，得U2＝22 V，则理想电压表的示数为22 V，又知定值电阻R＝10 Ω，可得理想电流表示数为I＝＝2.2 A，故A选项对、B选项错。S由a拨到b后，n1∶n2＝5∶1，则U1∶U2′＝5∶1，得U2′＝2U2，据P＝得功率变为原来的4倍，故C选项对。输出电压频率不变，仍为50 Hz，故D选项错。

9．图甲为某恒温装置的电路原理图，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，R0为定值电阻，R为半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)，D为理想二极管，R1为电阻恒定的电热丝，AB间电压变化情况如图乙所示。下列说法中正确的是(　　)

A．AB间电压的有效值为44 V

B．原线圈两端电压的有效值为220 V

C．R处温度升高时，R1消耗的电功率减小

D．理想变压器原、副线圈中的电流之比为1∶5

答案　BC

解析　根据电流的热效应有＝T，得AB间的电压有效值为UAB＝22 V；由于二极管的单向导电性，原、副线圈的电流之比不再与匝数成反比，故A、D错误。由题图乙知副线圈电压的有效值为44 V，根据电压与匝数成正比可得原线圈电压的有效值为220 V，故B正确。温度升高时，R减小，I2增大，R0分压变大，R1分压减小，故功率也减小，C正确。

10．在远距离送电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则P′、P用的关系式正确的是  (　　)

A．P′＝   B．P′＝

C．P用＝P－   D．P用＝P

答案　BD

解析　输电线损失的电功率P′＝I2R，用户得到的电功率P用＝P－P′，输电线电阻R＝ρ，输电电流I＝，故输电线上损失的电功率为：P′＝I2R＝2ρ＝，B选项正确。用户得到的功率为：P用＝P－P′＝P，D选项正确。

二、非选择题(本题共3小题，共40分)

11．(10分)发电机输出电压为1.0×103 V的交变电流，现在通过一个变压比为1∶4的变压器升压，再通过总电阻为1.0 Ω的输电线路向某地输电，在输送的电功率为800 kW的情况下(设变压器为理想变压器)。求：

(1)升压变压器的副线圈两端电压为多大？

(2)输电线上通过的电流为多大？

(3)输电线上造成的电压损失为多少？

(4)输电线上损失的电功率占输电总功率的百分比为多少？

答案　(1)4×103 V　(2)200 A　(3)200 V　(4)5%

解析　(1)升压变压器的原、副线圈匝数比为＝，

所以＝，得U2＝4×103 V。

(2)副线圈上通过的电流

I＝＝ A＝200 A。

(3)电压损失U损＝Ir＝200×1 V＝200 V。

(4)损失的电功率占输电总功率的百分比为

＝＝×100%＝5%。

12．(15分)一个次级有两个不同副线圈的理想变压器，如图甲所示。如图乙，将两盏标有“6 V　0.9 W”和一盏标有“3 V　0.9 W”的三盏灯泡全部接入变压器的次级线圈，且能够正常发光。已知U1＝220 V，匝数如图。

(1)请在次级线圈中画出如何连接的示意图；

(2)计算灯泡正常发光时变压器初级线圈中的电流大小。

答案　(1)图见解析　(2)0.012 A

解析　(1)由电压和匝数的关系知

＝，＝。

代入数据得：U2＝2 V，U3＝7 V。

由U2、U3的结果知仅用两个副线圈中的任一个都不能使三盏灯正常发光。

若将两线圈的端点2与3连接，则有：＝，解得U14＝5 V，仍不符合题目要求。

若将两线圈的端点2与4连接，则有：＝，解得U13＝9 V。

由公式R＝知，“6 V　0.9 W”的灯泡电阻R＝ Ω＝40 Ω，“3 V　0.9 W”的灯泡电阻R′＝ Ω＝10 Ω。

由以上所求数据可知，当两盏“6 V　0.9 W”的灯泡并联再与“3 V　0.9 W”灯泡串联接入U13时恰正常发光。所以在次级线圈中的连接示意图如图所示。

(2)利用P入＝P出得I1U1＝0.9×3 W，

则I1＝＝ A≈0.012 A。

13．(15分)某水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的电压为250 V。通过升压变压器升高电压向远处输电，输电线总电阻为8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220 V。要求在输电线上损失的功率控制为5 kW(即用户得到的功率为95 kW。)请你设计两个变压器的匝数比。为此，请你计算。

(1)降压变压器输出的电流是多少？输电线上通过的电流是多少？

(2)输电线上损失的电压是多少？升压变压器输出的电压是多少？

(3)两个变压器上的匝数比各应等于多少？

答案　(1)4.32×102 A　25 A　(2)200 V　4×103 V

(3)　

解析　如图为输送电路图。

(1)降压变压器输出电流I4，也就是用户得到的电流I4＝＝ A≈4.32×102 A，输电线上通过的电流为I2。

因为P线＝IR，所以I2＝＝ A＝25 A。

(2)输电线上损失的电压U线，U线＝I2R＝25×8 V＝200 V，因为升压变压器为理想变压器，输入功率等于输出功率，所以升压变压器输出的电压U2计算如下：因为P2＝I2U2＝P1，所以

U2＝＝ V＝4×103 V。

(3)升压变压器的匝数比：

＝＝＝，降压变压器的匝数比：

＝＝＝＝。