2019年高考物理一轮规范练习：第11章 第2讲　变压器　电能的输送(含解析)

配餐作业　变压器　电能的输送

见学生用书P377

A组·基础巩固题

1．(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)

A．通过正弦交变电流的原线圈的磁通量不变

B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等

C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势

D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈

解析　由于是交变电流，交变电流的磁场不断变化，磁通量也在变化，A项错误；因理想变压器无漏磁，故B、C项正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D项错误。

答案　BC

2．如图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 V,40 W”。当灯泡所消耗的功率都调至20 W时，哪种台灯消耗的功率最小(　　)

　A．　　　　　　　　B.

　　　　C．　　　　　　　　D.

解析　台灯的消耗功率是指包含灯泡和其他辅助器件的总功率。由A、B、C、D四选项分析可知：C项中理想变压器功率损耗为零，电源输出的总功率(台灯消耗功率)只有灯泡的功率20 W，而其他选项中，不论滑动变阻器是分压接法还是限流接法，滑动变阻器上总有功率损耗，台灯的消耗功率都大于20 W。故C项正确。

答案　C

3．如图所示，变压器输入有效值恒定的电压，副线圈匝数可调，输出电压通过输电线输送给用户(电灯等用电器)，R表示输电线的电阻，则(　　)

A．用电器增加时，变压器输出电压增大

B．要提高用户的电压，滑动触头P应向上滑

C．用电器增加时，输电线的热损耗减小

D．用电器增加时，变压器的输入功率减小

解析　由于变压器原、副线圈的匝数不变，而且输入电压不变，因此增加负载不会影响输出电压，A项错误；根据变压器原理可知输出电压U2＝U1，当滑动触头P向上滑时，n2增大，所以输出电压增大，用户的电压增大，B项正确；由于用电器是并联的，因此用电器增加时总电阻变小，输出电压不变，总电流增大，故输电线的热损耗增大，C项错误；用电器增加时总电阻变小，总电流增大，输出功率增大，所以输入功率增大，D项错误。

答案　B　

4．如图所示，电路中理想变压器的匝数比为4∶1，电流表为理想的交流电表。将四个完全相同的小灯泡(8 V，4 W)接入副线圈，在原线圈两端加瞬时值表达式为u＝32sin100πt(V)的交流电。则下列说法正确的是(　　)

A．电流表的读数为2 A

B．变压器的输入功率为16 W

C．如果将一耐压值为8 V的电容器并联在小灯泡的两端，则电容器能正常工作

D．如果其中的一个小灯泡被烧毁，则其余的小灯泡均变亮

解析　由输入端交变电压的瞬时值表达式u＝

32sin100πt(V)可知，输入端电压的有效值为32 V，由＝得副线圈两端的电压的有效值为U2＝U1＝8 V，显然四个小灯泡均能正常发光，由P＝UI得通过每只灯泡的电流均为I1＝＝0.5 A，电流表的读数为I＝4I1＝2 A，A项错误；由于四个小灯泡均正常发光，则消耗的总功率为4P＝16 W，因此变压器的输入功率为16 W，B项正确；由于副线圈两端电压的最大值为8 V，大于电容器的耐压值，因此电容器将被击穿，C项错误；如果其中的一个小灯泡被烧毁，由于输入电压、变压器的匝数均不变，因此变压器的输出电压不变，因此其余小灯泡的亮度不变，D项错误。

答案　B　

5．如图为一理想变压器，其原线圈匝数n1＝800，副线圈匝数n2＝200，原线圈接有电压u＝200sin100πt (V)的交变电流，R为可变电阻，各电表均为理想交流电表，则下列说法中正确的是(　　)

A．该交变电流的频率为100 Hz

B．穿过铁芯的磁通量的最大变化率为0.25Wb/s

C．R的阻值越大，电流表A的示数越小，电压表V的示数越大

D．接入的灯泡越多，电流表A和电压表V的示数越大

解析　根据ω＝2πf可得，该交变电流的频率f＝50 Hz，A项错误；根据法拉第电磁感应定律有E＝n1，故穿过铁芯的磁通量的最大变化率＝0.25Wb/s，B项正确；R的阻值越大，副线圈中的电流越小，电流表A的示数越小，因变压器是理想变压器，电压表V的示数不变，C项错误；接入的灯泡越多，副线圈的总电阻越小，副线圈中的电流越大，电流表A的示数越大，电压表V的示数不变，D项错误。

答案　B　

6．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈与二极管(正向电阻为零，相当于导线；反向电阻为无穷大，相当于断路)、定值电阻R0、热敏电阻Rt(阻值随温度的升高而减小)及报警器P(电流增加到一定值时报警器P将发出警报声)组成闭合电路。电压表、电流表均为理想电表。则以下判断正确的是(　　)

A．变压器副线圈输出交流电的频率为25 Hz

B．电压表的示数为22 V

C．Rt处温度减小到一定值时，报警器P将会发出警报声

D．报警器报警时，变压器的输入功率比报警前小

解析　变压器不改变交流电的频率，所以副线圈中交流电的频率为50 Hz，A项错误；根据＝得副线圈两端电压U2＝44 V，由于二极管的接入使功率减小到原来的一半，根据P＝知，电压表的示数为22 V，B项正确；热敏电阻处的温度降低时，其电阻增大，电路中电流减小，报警器不会报警，C项错误；报警器报警时副线圈中电流增大，原线圈中电流也增大，变压器的输入功率增大，D项错误。

答案　B　

7．(多选)钳形电流表的外形和结构如图甲所示。图甲中电流表的读数为0.9 A，图乙中用同一电缆线绕了3匝，则(　　)

A．这种电流表能测出交变电流的有效值

B．这种电流表既能测直流电流，又能测交变电流

C．这种电流表能测交变电流，图乙的读数为0.3 A

D．这种电流表能测交变电流，图乙的读数为2.7 A

解析　由于变压器工作原理是通过原线圈的电流发生变化，则原线圈产生的磁场发生变化，故穿过副线圈的磁通量发生变化，从而在副线圈中产生感应电流，故这种电流表只能测交流电流，而且测量的是交变电流的有效值，故A项正确，B项错误；根据输入功率和输出功率的关系有P1＝P2，即U1I1＝U2I2，所以＝，由题意可知，当n1＝1，I2＝0.9 A，即＝，当n1＝3时＝，解得I′2＝2.7 A，故C项错误，D项正确。

答案　AD　

8．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，原线圈回路接有内阻不计的交流电流表A，副线圈回路接有定值电阻R＝2 Ω，现在a、b间和c、d间分别接上示波器，同时监测得a、b间，c、d间的电压随时间变化的图象如图乙所示，则下列说法错误的是(　　)

A．T＝0.02 s

B．n1∶n2≈55∶1

C．电流表A的示数I≈36.4 mA

D．当原线圈电压瞬时值最大时，副线圈两端电压瞬时值为0

解析　因为变压器不改变交变电流的周期，输入电压的周期T＝0.02 s，输出电压的周期T＝0.02 s ，故A项正确；原线圈电压的有效值U1＝ V＝220 V, 副线圈电压的有效值为U2＝ V＝4 V，根据电压与匝数成正比有＝＝，故B项正确；输出功率P2＝＝ W＝8 W, 输入功率为8 W, 电流表的示数I1＝＝A＝0.036 4 A＝36.4 mA，故C项正确；根据电压与匝数成正比，知当原线圈电压瞬时值最大时，副线圈两端电压的瞬时值最大，故D项错误。

答案　D　

B组·能力提升题

9．一理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝3∶1，原线圈中接有定值电阻R，副线圈中并联有两个阻值也为R的定值电阻，如图所示。原线圈接有电压为U的交流电源，则副线圈的输出电压为(　　)

A.　　　B.  C.　　　D.

解析　设原线圈中的电流为I，原线圈的输入电压为U1，则副线圈中的电流为3I，副线圈的输出电压为U2＝＝IR，又U＝IR＋U1＝IR，得U2＝U，C项正确。

答案　C　

10．(多选)如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2。在输电线路的起始端接入两个互感器，互感器原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10，电压表的示数为220 V，电流表的示数为10 A，则下列说法正确的是(　　)

A．升压变压器原、副线圈的匝数比为＝

B．采用高压输电可以增大输电线中的电流，输电电流为100 A

C．线路输送电功率是220 kW

D．将P上移，用户获得的电压将升高

解析　根据变压器的原理可得升压变压器原、副线圈的匝数比为＝，A项错误；采用高压输电可以减小输电线中的电流，从而减小输电过程中的电能损失，根据电流互感器原理及匝数比为1∶10，由公式＝＝，得输电电流为IA2＝10×10 A＝100 A，B项错误；根据电压表的示数为220 V，根据变压公式，＝＝10，输电电压为U2＝10×220 V＝2 200 V，线路输送电功率为P＝U2IA2＝220 kW，C项正确；将P上移，则降压变压器的初级线圈减小，故用户获得的电压将升高，D项正确。

答案　CD　

11．如图所示为远距离输电的原理图，变压器均为理想变压器，图中标出了各部分的电压和电流，输电线总电阻为R，以下结论正确的是(　　)

A．I2＝

B．U2I2＝U4I4

C．若用户的用电功率变大，则U4变大

D．若用户的用电功率变大，则I1变大

解析　在输电的回路中，有U2＝I2R＋U3，输电线上损失的电压小于升压变压器的输出电压，A项错误；升压变压器的输入功率为总功率，等于输电线上的损耗功率和用户得到的功率之和，B项错误；电厂输出的电压U1不变，则U2不变，若用户的用电功率变大，则输电电流变大，那么输电线上损失的电压变大，用户得到的电压变小，C项错误，D项正确。

答案　D　

12．如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2和R3均为定值电阻，V1和V2为理想电压表，A1和A2为理想电流表。开关S闭合时，V1和V2的读数分别为U1和U2；A1和A2的读数分别为I1和I2。若交流电源电压不变，现断开S，下列推断正确的是(　　)

A．U2可能变小、I2一定变小

B．U2一定不变、I2一定变小

C．I1一定变小、I2可能变大

D．I1可能变大、I2可能变大

解析　交流电源电压不变，U1数值不变，根据变压器变压公式可知，副线圈电压只与原线圈电压和变压器原、副线圈匝数比有关，现断开S，U2不变，副线圈所接电路的等效电阻增大，电流表A2的读数I2变小，B项正确，A项错误；变压器输出功率减小，导致变压器输入功率变小，I1变小，C、D项错误。

答案　B　

13．如图所示，两种情况下变压器灯泡L2、L3的功率均为P，且L1、L2、L3为相同的灯泡，匝数比为n1∶n2＝3∶1，则图甲中L1的功率和图乙中L1的功率分别为 (　　)

A．P、P　　B．9P、　　C.、9P　　D.、P

解析　由题意可知，两种情况下变压器输出功率均为2P，设灯泡L2、L3的电压为U，电流为I，电阻为R，两种情况下变压器的输入电压为3U，变压器输入电流为I；图甲中L1的功率为P1＝＝9P；图乙中L1的功率为P2＝2R＝，B项正确。

答案　B　

14．三峡水利电力枢纽工程是长江流域治理开发的一项重大举措，又是全世界已建、在建的最大规模的水利枢纽工程。枢纽控制流域面积1.0×106 km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量为Q＝4.51×1011m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面。在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量(指26台发电机组同时工作时的总发电功率)为P＝1.82×107 kW，年平均发电量约为W＝8.40×1010kW·h。该工程已于2009年全部竣工，成为“西电东送”的中部通道，主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的用电紧张局面。

阅读上述材料，解答以下问题(水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)：

(1)如果三峡电站上、下游水位差按H＝100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的表达式，并计算效率η的数值。

(2)若26台发电机组全部建成并发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间为多少天？

(3)将该电站的电能输送到华中地区，输电功率为P1＝4.5×106 kW，采用超高压输电，输电电压为U＝500 kV，而发电机输出的电压为U0＝18 kV，要使输电线上损耗的功率为输电总功率的5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻。

解析　(1)电站将水流的势能转化为电能的效率η的表达式为η＝×100%＝×100%＝×100%

代入数据，得η＝

×100%≈67.1 %。

(2)根据公式P＝得

t＝＝天≈192.3天。

(3)升压变压器的变压比为

＝＝＝，

输电线中的电流

I＝＝A＝9.0×103A，

输电线上损耗的电功率

P损＝5%P1＝I2R线，

输电线路的总电阻

R线＝

＝ Ω

＝2.78 Ω。

答案　(1)η＝×100%　67.1%

(2)192.3天

(3)9∶250　2.78 Ω