2023届高考物理加练必刷题（新高考版）第十二章 微专题81　变压器 远距离输电(实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)【解析版】

这是一份2023届高考物理加练必刷题（新高考版）第十二章 微专题81　变压器 远距离输电(实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)【解析版】，共7页。试卷主要包含了变压器联系着两个电路等内容，欢迎下载使用。
1．变压器联系着两个电路：原线圈电路、副线圈电路．原线圈在原线圈电路中相当于一用电器，副线圈在副线圈电路中相当于电源.2.变压器的输入电压决定输出电压，但输入电流、功率却由输出电流、功率决定.3.远距离输电示意图中涉及三个电路，在中间的远距离输电线路中升压变压器的副线圈、导线、降压变压器的原线圈相当于闭合回路的电源、电阻、用电器．
1.如图所示，导线框绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生e＝44eq \r(2)sin 100πt(V)的交变电动势．导线框与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接入一额定电压为220 V的电灯泡，电灯泡恰好正常发光，且电流表的示数为2 A，导线框电阻不计，电流表为理想电流表，则( )
A．变压器原、副线圈匝数之比为1∶5
B．交变电动势的周期为0.01 s
C．电灯泡的额定功率为88eq \r(2) W
D．通过电灯泡的电流为10 A
答案 A
解析 在变压器中有eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(I2,I1)，其中U1＝44 V，U2＝220 V，I1＝2 A，
可得变压器原、副线圈匝数之比为eq \f(n1,n2)＝eq \f(1,5)，
通过电灯泡的电流为I2＝0.4 A，故A正确，D错误；
根据e＝44eq \r(2)sin 100πt (V)可知，该交流电的周期为T＝eq \f(2π,ω)＝eq \f(2π,100π) s＝0.02 s，故B错误；
由于电灯泡恰好正常发光，则电灯泡的额定功率P＝I2U2＝0.4×220 W＝88 W，故C错误．
2．(多选)理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶3，线路上分别接有五个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5，如图所示，在A、B间接入正弦式交变电流，则下列说法正确的是( )
A．R1、R2、R3两端的电压之比为7∶1∶2
B．R1、R2、R4通过的电流之比为7∶1∶2
C．R1、R2、R3的功率之比为49∶1∶4
D．A、B间输入功率与变压器输入功率之比为28∶3
答案 ACD
解析 已知理想变压器eq \f(U原,U副)＝eq \f(n1,n2)＝eq \f(1,3)，eq \f(I原,I副)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(3,1)，
设流过副线圈的电流为I0，则流过原线圈的电流为3I0，对原线圈电路进行分析，R2的电压与原线圈的相同，R1处于干路，电流为通过原线圈的电流和通过R2的电流之和；
对副线圈的电路进行分析，R4与R5并联，可求得并联电路总电阻为eq \f(R,2)，所以R3分得的电压占总电压的eq \f(2,3)，且通过R4和R5的电流相同，通过R3的电流为干路电流，下面对逐个选项进行分析：设原线圈的电压为U0，通过副线圈的电流为I0，则副线圈的电压为3U0，通过原线圈的电流为3I0，则R3分得的电压为2U0，通过R3的电流为I0，则有I3＝eq \f(2U0,R3)＝I0，
对R2有I2＝eq \f(U0,R2)＝eq \f(1,2)I0，对R1有I1＝3I0＋I2＝eq \f(7,2)I0，根据U＝IR可得到U1∶U2∶U3＝7∶1∶2，A正确；
通过R4的电流应为通过R3电流的一半，即为eq \f(I0,2)，再根据对A选项的分析有I1∶I2∶I4＝7∶1∶1，B错误；
功率之比为电流之比的平方，即P1∶P2∶P3＝I12∶I22∶I32＝49∶1∶4，C正确；
通过R4和R5的电流相同，所以功率相同，根据对C选项的分析，则所有电阻功率之比为
P1∶P2∶P3∶P4∶P5＝49∶1∶4∶1∶1，
则输入功率与变压器输入功率之比为(P1＋P2＋P3＋P4＋P5)∶(P3＋P4＋P5)＝28∶3，D正确．
3．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1，电压表和电流表均为理想电表，R为热敏电阻(温度升高时其电阻减小)，R0为定值电阻．当原线圈接如图乙所示的正弦交流电时，下列说法正确的是( )
A．电压表 V2的示数为9eq \r(2) V
B．R温度升高时，变压器原线圈的输入功率增大
C．R温度降低时，电流表的示数变大，电压表 V2的示数变小
D．原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36eq \r(2)sin 50πt(V)
答案 B
解析 由题图乙知最大电压为36eq \r(2) V，有效值为36 V，电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压有效值即电压表 V2的示数为9 V，A错误；
R温度升高时，电阻变小，电压不变，所以功率增大，变压器原线圈的输入功率增大，B正确；
R温度降低时，电阻变大，电流表的示数变小，但不会影响输入和输出电压值，即电压表 V2的示数不变，C错误；
原线圈接如题图乙所示的正弦交流电，由题图乙可知，最大电压为36eq \r(2) V，周期为0.02 s，故角速度为ω＝eq \f(2π,T)＝100π rad/s，
故可得原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36eq \r(2)sin 100πt(V)，D错误．
4.自耦变压器是初级和次级在同一个绕组上的变压器，具有结构简单、用料省和体积小等优点．如图为可调压式自耦变压器，在电压U1保持不变的情况下，要使电压U2减小到原来的二分之一，可采取的方法是( )
A．滑片P′保持不变，滑片P顺时针转过适当角度
B．滑片P′保持不变，滑片P逆时针转过适当角度
C．滑片P保持不变，滑片P′向上移动适当距离
D．滑片P保持不变，滑片P′向下移动适当距离
答案 A
解析 滑片P顺时针转过一定角度时，副线圈的匝数减少，两端电压减小，而逆时针时匝数增加，两端电压增大，故A正确，B错误；
副线圈两端的电压由原线圈两端的电压以及匝数比决定，而与副线圈回路中的电阻大小无关，故C、D错误．
5.中央带接头的理想变压器，原副线圈匝数之比为1∶1.副线圈上下两端通过两个理想二极管与灯泡L相连，灯泡的另一端P与副线圈的中央接头连接，如图所示．输入电压为U的正弦交流电，则下列说法正确的是( )
A．灯泡L两端的电压为U
B．灯泡L两端的电压与输入电压周期相等
C．灯泡L中的电流方向始终不变
D．接头P移到b，电源功率不变
答案 C
解析 二极管只能通正向电流，灯泡的另一端P与副线圈的中央接头连接，副线圈中无论电流方向是向上还是向下，灯泡中都有电流通过，所以原线圈与接入的副线圈的匝数比为2∶1，所以灯泡L两端的电压为U2＝eq \f(Un2,n1)＝eq \f(U,2)，故A错误；
无论副线圈中的电流是从a到b还是从b到a，灯泡中电流的方向都不变，都是由灯泡流向P点，即灯泡L中的电流方向始终不变，当输入电压为U的正弦交流电时，副线圈中因为二极管的作用，所以灯泡L两端电压的周期等于输入电压周期的一半，故B错误，C正确；
接头P移到b时，副线圈两端电压为U，由eq \f(U2,R)·eq \f(T,2)＝eq \f(U\\al(32,),R)T，
可得灯泡L两端电压U3＝eq \f(U,\r(2))，
由P＝eq \f(U2,R)及变压器不改变功率的特点可知，电源功率变化，故D错误．
6．(多选)如图甲所示，b为理想变压器原线圈的中心抽头，电流表为理想交流电表，在原线圈两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法正确的是( )
A．原线圈输入电压瞬时值的表达式为u＝220eq \r(2)sin 100πt(V)
B．仅将单刀双掷开关由a扳到b，电流表的示数变小
C．仅将滑动变阻器的滑片向上移，灯泡L的亮度将不变
D．仅将单刀双掷开关由a扳到b，变压器的输入功率变小
答案 AC
解析 由正弦函数的特点可得，原线圈输入电压瞬时值的表达式为u＝Umsin eq \f(2π,T)t＝220eq \r(2)sin 100πt(V)，A正确；
仅将单刀双掷开关由a扳到b，原线圈匝数n1变少，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，
副线圈电压U2变大，电流表的示数变大，变压器的输出功率变大，即输入功率变大，B、D错误；
灯泡L并联在副线圈两端，电压等于U2不变，故灯泡L亮度不变，C正确．
7．某小型电站用两根单位长度内电阻为2.5×10－4 Ω/m的电缆直接向10公里外的山区送电，已知其输出电功率是1.2×106 kW.现用200 kV电压输电，则下列说法正确的是( )
A．输电线上输送的电流大小为4×104 A
B．输电线上由电阻造成的损失电压为30 kV
C．若改用500 kV电压输电，根据欧姆定律，输电电流变为原来的2.5倍
D．若改用50 kV电压输电，则输电线上损失的功率为8×106 kW
答案 B
解析 输电线上的电流为I＝eq \f(P,U)＝eq \f(1.2×109,200×103) A＝6×103 A，故A错误；
输电线上由电阻造成的损失电压为ΔU＝IR＝6×103×2.5×10－4×10×103×2 V＝3×104 V＝30 kV，故B正确；
若改用500 kV电压输电，可得输电线上的电流为I′＝eq \f(P,U′)＝eq \f(1.2×109,500×103) A＝2.4×103 A，
则输电电流变为原来的eq \f(1,2.5)，故C错误；
若改用50 kV电压输电，可得输电线上的电流为I1＝eq \f(P,U1)＝eq \f(1.2×109,50×103) A＝2.4×104 A，则损失的功率为
P损＝I12R＝(2.4×104)2×10×103×2×2.5×10－4 W＝2.88×109 W，而P损>P，违背了能量守恒定律，故D错误．
8．如图所示为某小型发电站高压输电示意图．升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原副线圈两端的电压分别为U3和U4.在输电线路的起始端接入两个互感器，二者原、副线圈的匝数比分别为10∶1 和1∶10, 各互感器和电表均为理想电表，则下列说法正确的是( )
A．若电压表的示数为220 V，电流表的示数为10 A，线路输送电功率为110 kW
B．若保持发电机输送功率一定， 仅将U2增大，输电线损耗功率增大
C．若保持发电机输出电压U1和用户数一定，仅将滑片Q下移，输电线损耗电压减小
D．若保持发电机输出电压U1和Q的位置一定，使用户数增加，为维持用户电压U4一定，可将滑片P上移
答案 D
解析 由题意，根据理想变压器变压和变流规律可得eq \f(U2,UV)＝10，eq \f(I2,IA)＝10，
解得U2＝2 200 V，I2＝100 A，
所以线路输送的电功率为P＝U2I2＝220 kW，故A错误；
输电线损耗的功率为ΔP＝I12r＝(eq \f(P,U2))2r
若保持P不变，输电电压U2增大，则ΔP减小，故B错误；
根据闭合电路欧姆定律有U3＝U2－I2r
根据理想变压器变压和变流规律有eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I2,I4)＝eq \f(n4,n3)，设用户端总电阻为R，则有I4＝eq \f(U4,R)，联立解得
I2＝eq \f(U2,r＋\f(n3,n4)2R)，若保持发电机输出电压U1和用户数一定，仅将滑片Q下移，则输电电压U2增大，R不变，所以输电电流I2增大，而输电线损耗电压为ΔU＝I2r，所以ΔU增大，故C错误；
若保持发电机输出电压U1和Q的位置一定，使用户数增加，即U2不变，R减小，则I2增大，U3减小，为了维持用户电压U4一定，需要增大eq \f(n4,n3)，可将滑片P上移，故D正确．
9.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中
(1)如图所示，小海同学将变压器的原线圈接在低压交流电源上，小灯泡接在变压器的副线圈上，小灯泡发光，下列说法正确的是________(单选)．
A．将原线圈接在电压相同的低压直流电源上，小灯泡亮度不变
B．电流从原线圈经铁芯流到副线圈，最后流过小灯泡
C．将可拆变压器的横条铁芯取下，小灯泡的亮度降低
(2)实验过程中，小海同学听到变压器发出明显的“嗡嗡”低鸣声，引起该现象的原因可能是________(单选)．
A．原线圈上输入电压过低
B．变压器上的两个固定螺丝没有拧紧
C．小灯泡与底座之间接触不良
答案 (1)C (2)B
解析 (1)将原线圈接在电压相同的低压直流电源上时，小灯泡不亮，A错误；
电流不会从原线圈经铁芯流到副线圈，B错误；
将可拆变压器的横条铁芯取下后，导致电磁感应现象减弱，感应电流减小，故小灯泡的亮度降低，C正确．
(2)听到变压器发出明显的“嗡嗡”低鸣声，是因为变压器上的两个固定螺丝没有拧紧才会出现的现象，A、C错误，B正确．