新教材适用2024版高考物理一轮总复习练案33第十二章交变电流传感器第2讲理想变压器电能的输

练案[33]第2讲　理想变压器　电能的输送

一、选择题(本题共8小题，1～5题为单选，6～8题为多选)

1．(2023·山西高三课时练习)如图甲、乙所示的电路中，当A、B接10 V交流电压时，C、D间电压为4 V；当M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V，现把C、D接4 V交流电压，P、Q接4 V直流电压，则A、B间和M、N间的电压分别是( B )

A．10 V、10 V  B.10 V、4 V

C．4 V、10 V  D.10 V、0

[解析]如图甲所示是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比。当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流电压时，A、B间将得到10 V交流电压。如图乙所示是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比，但是当把电压加在P、Q两端时，M、P两点的电势相等，N、Q两点的电势也相等，所以当P、Q接4 V直流电压时，M、N两端电压也是4 V，ACD错误，B正确。

2．(2023·江苏高三专题练习)互感式钳形电流表内部结构如图所示，电流表与次级线圈相连，用手柄控制钳形铁芯上方开口的开合，则( B )

A．该电流表可用来测量直流电

B．次级线圈匝数越少，电流表读数越大

C．该电流表测电流时相当于降压变压器

D．测量时电流表应串联在被测通电导线中

[解析]互感式钳形电流表利用的是电磁感应的互感原理，不能测量直流电，故A错误；电流大小与线圈匝数成反比，所以次级线圈匝数越少，电流表读数越大，故B正确；该电表原线圈为单匝，是升压变压器，故C错误；测量时，用手柄控制钳形铁芯上方开口打开，将被测通电导线圈放入其中，不需要将电流表串联在被测通电导线中，故D错误。

3．(2023·四川省成都市模拟预测)如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n1，原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为R。当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升。下列判断正确的是( D )

A．电动机两端电压为IR

B．电动机消耗的功率为I2R

C．原线圈中的电流为nI

D．变压器原线圈的输入功率为

[解析]根据变压器原副线圈电流与匝数的关系可得＝，解得原线圈中的电流为I1＝，变压器原线圈的输入功率为P＝UI1＝，C错误，D正确；电动机工作时为非纯电阻元件，两端电压不能用IR表示，根据变压器原副线圈电压表等于匝数比可得，电动机两端电压为U2＝，A错误；电动机消耗的功率为P＝U2I＝>P热＝I2R，B错误。

4．(2023·辽宁模拟预测)如图所示为一理想变压器，其中A、B、C为三个相同的灯泡，额定电压为U、额定功率为P，灯泡D的额定电压为、额定功率为，若四个灯泡刚好都在额定电压下正常工作，则电源电压为( D )

A．1.5U  B.3.5U

C.6U  D.6.5U

[解析]变压器副线圈输出端的电流I2＝3，变压器原线圈输入端的电流等于流经D的电流I1＝＝，根据I1n1＝I2n2，求得＝，＝＝＝，求得U1＝6U，电源电压U总＝U1＋＝6.5U，D正确。

5．(2022·河北邯郸二模)某小组设计了一个温控装置如图所示，一理想自耦变压器的原线圈与有效值不变的正弦交流电源相连接，副线圈上接有1个指示灯泡L和热敏电阻Rt，已知温度升高热敏电阻Rt减小，灯泡L的额定电压大于交流电压的有效值。下列分析判断正确的是( C )

A．当滑动触头P向下移动时，灯泡L变亮

B．当滑动触头P向下移动时，输入电流增大

C．当滑动触头P不动时，若热敏电阻Rt所处的环境温度升高，则指示灯变亮

D．当滑动触头P不动时，若热敏电阻Rt所处的环境温度升高，则指示灯亮度不变

[解析]当滑动触头P向下移动时，自耦变压器的副线圈两端电压减小，灯泡变暗，副线圈功率变小，故输入电流减小，AB错误；当滑动触头P不动时，自耦变压器的副线圈两端电压不变，若热敏电阻Rt所处的环境温度升高，热敏电阻Rt减小，灯泡两端的电压增大，灯泡变亮，C正确，D错误。

6．(2023·湖南邵阳市高三开学考试)如图所示的电路中，A、B、C三灯泡亮度相同，电源为220 V,50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是( AC )

A．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变

B．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯亮度不变

C．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变

D．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗

[解析]三个支路电压相同，当交流电频率变大时，电容的容抗减小，电感的感抗增大，电阻所在支路对电流的阻碍作用不变，所以流过A灯泡所在支路的电流变大，流过灯泡B所在支路的电流变小，流过灯泡C所在支路的电流不变，故灯泡A变亮，灯泡B变暗，灯泡C亮度不变，故A正确，B错误；改接220 V的直流电源时，电容器隔直流，电感线圈对直流电无阻碍作用，所以A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变，故C正确，D错误。

7．(2022·广东广州市三模)某水电站输电线路简化模型如图所示，已知R为输电线总电阻(可视为定值电阻)，发电机输出电压恒定。由于用电高峰期时用户端负载变化，使用户消耗的电功率增加。设升压变压器和降压变压器均为理想变压器，下列说法正确的是( BC )

A．电压表V1的示数增大

B．电压表V2的示数减小

C．电流表A1的示数增大

D．电流表A2的示数减小

[解析]根据变压器的电压关系原线圈电压决定副线圈电压，发电机输出电压恒定，所以电压表V1示数不变，A错误；用电高峰期时用户端负载变化，使用户消耗的电功率增加，根据能量守恒可知，升压变压器的输出功率变大，根据P＝UI得，输电线上的电流增大，电流表A1的示数增大，根据U损＝IR，U′2＝U1－U损，＝，可得U2减小，BC正确；根据＝可知，电流表A2的示数增大，D错误。

8．(2021·河北卷)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是( BC )

A．通过电阻R2的电流为

B．电阻R2两端的电压为

C．n0与n1的比值为

D．发电机的功率为

[解析]由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律U1＝ IR1，根据变压器电压与匝数的关系有＝，＝，代入数据有U0＝ IR1，U2＝ IR1，再由欧姆定律有U2＝ I2R2，可计算出I2＝ I，综上可知，A错误、B正确；由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax＝2NBL2ω，U0＝ ＝NBL2ω，由选项AB知U0＝ IR1，则＝，C正确；由于变压器为理想变压器则有P0＝ P1＋P2＝ U1I＋U2I2＝ I2R1＋U2I2，代入选项ABC公式有P0＝ ，由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误。故选BC。

二、非选择题

9．(2023·山东高三专题练习)如图为某人设计的电吹风电路的示意图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可以处于停机、吹热风、吹自然风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原线圈和副线圈的匝数。该电吹风正常工作时各项参数如表格所示。不考虑小风扇电机的机械摩擦损耗及温度对电阻的影响。

(1)求小风扇工作时变压器原线圈和副线圈中的电流比；

(2)计算电热丝的电阻；

(3)求小风扇电机的效率。

[答案]　(1)I1I2＝311　(2)R＝110 Ω　(3)η＝80%

[解析](1)根据变压器的原线圈、副线圈的匝数与电压关系可知n1n2＝U1U2＝22060＝113，

则原线圈和副线圈中的电流之比为I1I2＝n2n1＝311。

(2)电热丝的功率为P′＝P1－P2＝500 W－60 W＝440 W，

根据P′＝，知电热丝的电阻为R＝＝ Ω＝110 Ω，

(3)小风扇电机的效率为η＝×100%＝×100%＝×100%＝80%。

10．(2023·广西高三模拟)有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为14，降压变压器原、副线圈匝数比为41，输电线的总电阻为4 Ω。全校共有22个班，每班有“220V　40 W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则：

(1)发电机的输出功率多大？

(2)发电机的电动势多大？

(3)输电效率为多少？

[答案]　(1)5 424 W　(2)250 V　(3)97.3%

[解析](1)降压变压器的输出功率为P＝40×22×6 W＝5 280 W

降压变压器副线圈的电流I4＝×6×22 A＝24 A，

降压变压器原线圈的电流I3＝I4＝×24 A＝6 A，

输电线损失的功率ΔP＝IR＝144 W，

所以发电机的输出功率P＝5 280 W＋144 W＝5 424 W。

(2)降压变压器原线圈电压为U3＝U4＝4×220 V＝880 V，

输电线上损失的电压为ΔU＝I3R＝24 V，

升压变压器的输出电压为U2＝880 V＋24 V＝904 V，

所以发电机原线圈电压U1＝U2＝×904 V＝226 V，

发电机原线圈中电流为I1＝I2＝4×6 A＝24 A，

发电机内阻分压Ur＝24×1 V＝24 V，

电动势为E＝226 V＋24 V＝250 V。

(3)用户获得的实际功率P用＝22×40×6 W＝5 280 W，

则输电效率η＝＝×100%＝97.3%。