通用版2020版高考物理大一轮复习考点规范练36《理想变压器电能的输送》(含解析)

考点规范练36　理想变压器　电能的输送

一、单项选择题

1.一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 V交变电流变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为(　　)

A.200 B.400 C.1 600 D.3 200

答案B

解析根据变压器的变压规律得,n2=n1=×800=400,选项B正确。

2.

用220 V的正弦式交变电流通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V,通过负载的电流图像如图所示,则(　　)

A.变压器输入功率约为3.9 W

B.输出电压的最大值是110 V

C.变压器原、副线圈匝数比是1∶2

D.负载电流的函数表达式i=0.05sin A

答案A

解析由题意知U1=220V,U2=110V,所以=2∶1,U2m=110V,选项B、C均错误;由图像可知I2m=0.05A,T=0.02s,则负载电流的函数表达式为i=0.05sin100πtA,选项D错误;变压器的输入功率P1=P2=I2U2=×110W≈3.9W,选项A正确。

3.

在如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=22∶1,原线圈接u1=220sin 100πt V的交变电流,电阻R=10 Ω,电流表、电压表均为理想电表,则(　　)

A.电压表的读数为10 V

B.电流表的读数为22 A

C.电阻R消耗的功率为10 W

D.变压器的输出功率为10 W

答案D

解析输入电压的有效值为U1==220V,根据得U2=U1=10V,故A错误;电流表的示数为I2==1A,故B错误;电阻消耗的功率为P2=U2I2=10W,故C错误;理想变压器的输入电功率等于副线圈回路负载消耗功率,故D正确。

4.如图所示,匝数为50匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B= T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.5 m2,线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=100 rad/s匀速转动,并与理想变压器原线圈相连,副线圈接入一只“220 V,60 W”灯泡,且灯泡正常发光,熔断器允许通过的最大电流为10 A,下列说法正确的是(　　)

A.线框在图示位置产生的感应电动势最大

B.线框产生的电动势有效值为250 V

C.变压器原、副线圈匝数之比为25∶22

D.允许变压器输出的最大功率为1 000 W

答案C

解析在图示位置,线框和磁感线垂直,磁通量最大,切割磁感线的速度为0,线框中产生的感应电动势为零,A错误;线框中产生的感应电动势最大值Em=NBSω=250V,其有效值E=Em=250V,B错误;灯泡能正常发光,说明副线圈两端电压U2=220V,由可知变压器原、副线圈匝数之比为25∶22,C正确;熔断器允许通过的最大电流为10A,即I1=10A,P1=U1I1=250×10W=2500W,因此变压器允许输出的最大功率为2500W,D错误。

5.自耦变压器铁芯上只绕一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分,右图为一降压式自耦变压器的示意图,其副线圈可调。现将原线圈接入一正弦交流电压,副线圈接入一可调电阻,电路中的A、V分别为理想交流电流表和交流电压表。下列说法正确的是(　　)

A.只将滑片P顺时针旋转,电压表V的示数变大

B.只将滑片P逆时针旋转,电流表A的示数变大

C.只将滑片Q向上移动,电压表V的示数变小

D.只将滑片Q向下移动,电流表A的示数变小

答案B

解析只将滑片P顺时针旋转,副线圈匝数减小,由可知电压表V的示数变小,故A错误;只将滑片P逆时针旋转,副线圈匝数增大,由可知电压表V的示数增大,功率增大,由P2=P1=U1I1,可知I1增大,即电流表A的示数变大,故B正确;只将滑片Q向上移动,电压表V的示数不变,故C错误;只将滑片Q向下移动,电阻减小,功率增大,电流表A的示数变大,故D错误。

6.一台某型号(见表格)的柴油发电机给灾民临时安置区供电,如图所示。发电机到安置区的距离是400 m,输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线,该型号导线单位长度的电阻为2.5×10-4Ω,安置区家用电器的总功率为44 kW。当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时(　　)

A.输电线路中的电流为20 A

B.发电机的实际输出电压为300 V

C.在输电线路上损失的电功率为8 kW

D.如果该柴油发电机发出的是正弦式交变电流,则其输出电压最大值是300 V

答案C

解析当这些额定电压为220V的家用电器都正常工作时,输电线路中的电流为I==200A,选项A错误;导线电阻为R=2.5×10-4×400×2Ω=0.2Ω,则发电机的实际输出电压为U输=U+IR=260V,选项B错误;在输电线路上损失的电功率为P损=I2R=8kW,选项C正确;如果该柴油发电机发出的是正弦式交变电流,则其输出电压的最大值是Um=U输≈368V,选项D错误。

7.如图所示,一个理想变压器原线圈的匝数为50,副线圈的匝数为100,原线圈两端接在光滑的水平平行导轨上,导轨间距为0.4 m。导轨上有一长度略大于导轨间距且垂直于导轨的导体棒,导轨与导体棒的电阻忽略不计。副线圈回路中电阻R1=5 Ω,R2=15 Ω,图中交流电压表为理想电压表。导轨所在空间有垂直于导轨平面、磁感应强度大小为1 T的匀强磁场。导体棒在水平外力的作用下运动,其速度随时间变化的关系式为v=5sin 10πt(m/s),则下列说法正确的是(　　)

A.R1的功率为0.2 W

B.电压表的示数为5 V

C.水平外力为恒力

D.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为0.04 Wb/s

答案D

解析导体棒切割磁感线产生感应电动势,由法拉第电磁感应定律可得E=Blv,代入数据得E=2sin10πtV。则原线圈输入电压的有效值为U1=V,原、副线圈的电压与匝数成正比,则,解得U2=2V,B错误。由欧姆定律可得副线圈回路中的电流为I2=A=A,则定值电阻R1的电功率为P1=R1=×5W=0.1W,A错误。由导体棒的速度公式可知,导体棒在做往复运动,则外力不可能为恒力,C错误。由以上计算可知,感应电动势的最大值为Em=2V,则由法拉第电磁感应定律E=n,得磁通量变化率最大值为Wb/s=0.04Wb/s,D正确。

8.如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=2∶1,电表均为理想电表,两个电阻的阻值均为1 Ω,C是电容器,其击穿电压为 V。图乙为原线圈两端的输入电压与时间的关系图像。下列说法正确的是(　　)

A.输入电压的频率为50 Hz,经过变压器后通过电阻的交变电流频率为25 Hz

B.S断开时电压表的示数为1.41 V,电流表的示数为0.35 A

C.S断开时电压表的示数为1 V,电流表的示数为0.25 A

D.闭合开关S,电容器将被击穿

答案C

解析由题图乙知T=0.02s,则f==50Hz,变压器不改变交变电流的频率,所以输出的交变电流的频率仍为50Hz,故A错误;当S断开时,由可知,电压表的示数U2=U1=1V,I2==0.5A,又,则电流表的示数I1=I2=0.25A,所以B项错误,C项正确;开关S闭合前,右端电阻R两端电压最大值为V,开关S闭合后,电容器C与右端电阻R并联,则并联总电阻小于1Ω,电容器两端的最大电压小于击穿电压V,所以电容器不会被击穿,D项错误。

二、多项选择题

9.

如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦式交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为R0,负载电阻的阻值R=11R0,V是理想电压表。现将负载电阻的阻值减小为R=5R0,保持变压器输入电流不变,此时电压表的读数为5.0 V,则(　　)

A.此时原线圈两端电压的最大值约为34 V

B.此时原线圈两端电压的最大值约为24 V

C.原线圈两端原来的电压有效值约为68 V

D.原线圈两端原来的电压有效值约为48 V

答案AD

解析当R=5R0时,电压表V的示数为5.0V,所以输出电流I出=,则变压器输出电压为I出R0+5V=6V,由得到输入电压的有效值为24V,所以原线圈两端电压最大值为U1≈34V,A正确,B错误;因I入∶I出=n2∶n1不变,故输入电流不变时输出电流也不变,当负载是R=11R0时,副线圈两端原来的电压有效值为I出(R0+11R0)=12V,原线圈两端原来的电压有效值为48V,C错误,D正确。

10.在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么(　　)

A.输电线路上损失的电压与输送电流成正比

B.输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大

C.输电线路上损失的功率跟输送电压的二次方成反比

D.输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比

答案AC

解析输电线路上损失电压ΔU=IR,在R一定时,ΔU和I成正比,A正确;若U越高,I=越小,那么ΔU=IR越小,B错误;输电线路上损失的功率ΔP=I2R,当P一定时,I=,所以ΔP=R,即ΔP和U的二次方成反比,跟I的二次方成正比,所以C正确,D错误。

11.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=22V;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44V,根据电压与匝数成正比可得原线圈电压的有效值为220V,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。

12.如图所示,理想变压器原、副线圈上接有四个完全相同的灯泡,若四个灯泡恰好都能正常发光,则下列说法正确的是(　　)

A.U1∶U2=3∶4

B.U1∶U2=4∶3

C.若将L1短路,则副线圈的三个灯泡仍能正常发光

D.若将L2短路,则副线圈的两个灯泡两端的电压变为额定电压的

答案BD

解析设灯泡的额定电压为U,额定电流为I,则副线圈电压为3U,电流为I,原线圈的灯泡正常发光,电流也为I,所以原、副线圈的匝数比为1∶1,原线圈两端电压为3U,所以U1∶U2=4∶3,选项A错误,B正确;若将L1短路,则原线圈的电压增大,则副线圈两端电压也增大,三个灯泡不能正常发光,选项C错误;设灯泡电阻为R,若将L2短路,设副线圈的电流为I',原线圈的电流也为I',因此2I'R+I'R=U1=4U,则I'R=U,即副线圈的每个灯泡两端的电压变为额定电压的,选项D正确。

13.如图所示,有一矩形线圈的面积为S,匝数为N,绕OO'轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动。理想变压器副线圈上的滑片P上下移动时可改变输出电压,副线圈接有定值电阻R。从矩形线圈所处的图示位置开始计时,下列判断正确的是(　　)

A.电流表测得的是电流最大值

B.感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSω·sin ωt

C.P向上移动时,电流表示数变大

D.P向上移动时,电流表示数变小

答案BD

解析电流表测得的是电流有效值,选项A错误;从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSω·sinωt,选项B正确;P向上移动时,输出电压降低,电流表示数变小,选项C错误,D正确。

14.图甲中的变压器为理想变压器,原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为10∶1,变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交变电流,电阻R1=R2=R3=20 Ω和电容器C连接成如图甲所示的电路,其中电容器的击穿电压为8 V,电压表V为理想交流电表,开关S处于断开状态,则(　　)

甲

乙

A.电压表V的读数约为7.07 V

B.电流表A的读数为0.05 A

C.电阻R2上消耗的功率为2.5 W

D.若闭合开关S,电容器会被击穿

答案AC

解析开关断开时,副线圈为R1和R2串联,电压表测量R2的电压,由图可知原线圈电压为100V,所以副线圈电压为10V,则电压表的读数即R2的电压为5V≈7.07V,故A正确;由A的分析可知,副线圈中电流为I2==0.25A,所以原线圈中电流为I1=I2=0.025A,故B错误;电阻R1、R2上消耗的功率为P=R=2.5W,故C正确;当开关闭合时,R1与R3并联后和R2串联,电容器的电压为并联部分的电压,不考虑电容器容抗时,并联部分电阻为R并=10Ω,所以并联部分的电压为UC=U2=V,最大值为V,考虑电容器容抗,并联部分电阻小于10Ω,则电容器两端电压的最大值小于V,V<8V,所以电容器不会被击穿,故D错误。故选AC。

15.下图为远距离输电示意图,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,n1∶n2=1∶m,n3∶n4=n∶1(m、n都大于1)。输电线的总电阻为2r,升压变压器T1原线圈的电压的有效值为U,T1的原线圈输入的电功率为P。下列说法正确的是(　　)

A.降压变压器T2副线圈的电压为

B.输电线上的电流为

C.用电设备的数目增多,降压变压器T2原线圈的电压变小

D.用电设备的数目减少,输电线上的电流减小

答案BCD

解析输电线上有电阻,所以降压变压器T2副线圈的电压小于,选项A错误;升压变压器T1副线圈的电压为mU,所以输电线上的电流为I=,选项B正确;用电设备的数目增多,输电线上的电压损耗变大,降压变压器T2原线圈的电压变小,选项C正确;用电设备的数目减少,输电的功率变小,输电线上的电流减小,选项D正确。