高二物理选修32物理远距离输电章末检测题带答案和解释.docx
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高二物理选修32物理远距离输电章末检测题带答案和解释
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确)
1.关于三相交流电,下列说法正确的是( )
A.三相交流发电机输出的三相交变电流的有效值不一定是相同的
B.三相交流发电机输出的三相交变电流的频率可以不同
C.若三相电源采用星形接法,一定要采用三相四线制对外输电
D.生活照明用电一定采用三相四线制供电
解析:
选D.三相交流发电机的三相绕组完全相同,产生的交变电流的有效值一定相同,频率一定相同,瞬时值、最大值依次落后三分之一个周期,A、B错.电源的星形接法对外供电时可以是三相四线制,也可以是三相三线制,在生活用电中,很难做到三相负载完全对称,一定要用三相四线制供电,C错,D对.
2.如图所示,理想变压器的原线圈接入u=110002sin100πt(V)的交变电压,副线圈通过电阻r=6Ω的导线对“220V 880W”的电器RL供电,该电器正常工作.由此可知( )
A.原、副线圈的匝数比为50∶1
B.交变电压的频率为100Hz
C.副线圈中电流的有效值为4A
D.变压器的输入功率为880W
解析:
选C.由交变电压的表达式可知,该交流电的电压的有效值U1=11000V,交流电的频率f=ω2π=100π2πHz=50Hz,B错误;由于电器RL正常工作,则由P=U0I可知,副线圈中电流I=PU0=880220A=4A,C正确;由于理想变压器的变压比等于匝数比,则原、副线圈的匝数比n1n2=UU′=11000V220V+4×6V=275061,A错误;理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入=P出=880W+I2r=976W,D错误.
3.理想变压器的原、副线圈匝数之比为n∶1,副线圈的负载电阻为R,如图所示,当变压器正常工作时,a、b间的等效电阻是( )
A.nR B.Rn
C.n2R D.Rn2
解析:
选C.由电阻的定义知R=U2I2
a、b间的等效电阻Rab=U1I1
因为U1U2=n1n2=n,I1I2=n2n1=1n
所以Rab=U1I1=nU2I2/n=n2U2I2=n2R.
4.水电站向小山村输电,输送电功率为50kW,若以1100V送电,则线路损失为10kW,若以3300V送电,则线路损失可降为( )
A.3.3kW B.1.1kW
C.30kW D.11kW
解析:
选B.由P=UI,ΔP=I2R可得ΔP=P2U2R,所以当输送电压增大为原来3倍时,线路损失变为原来的19,即ΔP=1.1kW.
5.用220V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110V,通过负载的电流图象如图所示,则( )
A.变压器输入功率约为3.9W
B.输出电压的最大值是110V
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=0.05sin100πt+π2A
解析:
选A.根据it图象,负载电流的函数表达式i=0.05sin100πt(A)且Im=0.05A,通过负载的电流的有效值I2=Im2,输出电压的最大值Um=2U2=1102V,变压器的输入功率P1=P2=I2U2≈3.9W,变压器原、副线圈匝数比n1n2=U1U2=21.综上知选项A正确,选项B、C、D错误.
6.如图所示,a、b为输入端,接交流电源,c、d为输出端,则输出电压大于输入电压的电路是( )
解析:
选C.选项A、B中为分压器,A项中滑片P与c间的电阻没有分得电压,所以输出电压等于输入电压,而B项中的输出电压为滑动变阻器的部分电阻分得的电压,所以小于输入电压.要注意分压器是不可能升压的.
7.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的.但是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯,电灯比深夜时要显得暗些.这是因为此时( )
A.总电阻比深夜时大,干路电流小,每盏灯分到的电压就小
B.总电阻比深夜时大,干路电流小,每一支路的电流就小
C.总电阻比深夜时小,干路电流大,输电线上损失电压大
D.干路电流一定,支路比深夜时多,分去了一部分电流
解析:
选C.在用电高峰期,总负载较重,负载等效电阻较小,线路中的电流过大,线路上损失电压过大,造成用户灯两端的电压减小,所以变暗了.
二、多项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分.在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题意)
8.如图所示为两个互感器,在图中圆圈内a、b表示电表,已知电压比为100,电流比为10,电压表的示数为220V,电流表的示数为10A,则( )
A.a为电流表,b为电压表
B.a为电压表,b为电流表
C.线路输送电功率是2200W
D.线路输送电功率是2.2×106W
解析:
选BD.电压互感器并联到电路里,电流互感器串联到电路里,所以a是电压表,b是电流表,故B正确;电压表和电流表的示数不是线路中的电压和电流,电表的示数是副线圈两端的电压或电流,线路中的还要通过变比进行计算,所以,线路电压为22000V,电流为100A,输送功率为2200kW,所以D正确,选项B、D正确.
9.如图为一理想变压器,其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连,P为滑动头.现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始,沿副线圈匀速上滑,直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止.用I1表示流过原线圈的电流,I2表示流过灯泡的电流,U2表示灯泡两端的电压,N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值;电功率指平均值).下列4个图中,能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )
解析:
选BC.当滑动头P匀速上滑时,副线圈匝数均匀增大,由U1U2=n1n2知,U2=n2n1U1,U2随时间均匀增大,C项正确;由于灯泡的电阻随温度的升高而增大,所以当电压均匀增加时,由欧姆定律I=UR知灯泡中电流并非均匀增加,而是增加的越来越慢,其I2-t图线的斜率逐渐减小,B项正确;灯泡消耗的功率N2=U2I2,N2随时间并不是均匀增加的,D项错误;变压器的输入功率与输出功率相等,当灯泡功率增大时,输入功率也在增大,原线圈中电流增大,A项错误.
10.如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光.要使灯泡变亮,可以采取的方法有( )
A.向下滑动P
B.增大交流电源的电压
C.增大交流电源的频率
D.减小电容器C的电容
解析:
选BC.要使灯泡变亮,根据欧姆定律,一方面可使U2变大,另一方面可使电路对交流电的阻碍作用减小.由U1U2=n1n2知,向下滑动P时,U2变小,选项A错误;增大交流电源的电压U1,U2变大,选项B正确;由XC=12πfC知,增大交流电源的频率时,容抗XC变小,选项C正确;减小电容器C的电容,容抗XC变大,选项D错误.
11.如图所示,有一理想变压器,原、副线圈的匝数比为n,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( )
A.原线圈中的电流为nI
B.变压器的输入功率为UIn
C.电动机输出的总功率为I2R
D.电动机两端电压为Un
解析:
选BD.电流表的读数为副线圈电流,所以原线圈电流为In,故A错误;原线圈的输入功率则为UIn,故B对;电动机上的热功率为I2R,电动机消耗功率为UIn,两端电压为Un,故C错误,D正确.
12.如图所示为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈的电压,则( )
A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大
B.保持P的位置及U1不变,S由b合到a时,R消耗功率将减小
C.保持U1不变,S合在a处,使P上滑,I1将增大
D.保持P的位置不变,S合在a处,若U1增大,I1将增大
解析:
选ABD.S由a合到b时,n1减小而U1不变,由U1U2=n1n2可知副线圈上电压U2增大,负载R的电流I2增大,P2增大;又由于P1=P2=U1I1,故I1增大,A项正确.同理S由b合到a时,P2减小,B项正确.P上滑时,负载电阻R增大,而U1、U2均不变,由I2=U2R可知I2减小,又由于n1、n2均不变,由I1I2=n2n1可知I1将减小,故C项错误.当U1增大时,由U1U2=n1n2可知U2也增大,I2=U2R增大,再由I1I2=n2n1可知I1增大,故D项正确.
三、填空题(本题共1小题,共8分.按题目要求作答)
13.如图所示为一理想自耦变压器,当它的滑片P向b方向移动时,R和R′保持不变,则交流电压表的示数将________,交流电流表的示数将________;若P的位置不动,滑动变阻器滑片Q向上移动时,电压表示数将________,电流表示数将________.(填“增大”“减小”或“不变”)
解析:
当P向b滑动时,原线圈匝数增多,两端电压不变,而副线圈匝数不变,故副线圈两端电压将减小,电流减小,输出功率减小,原线圈输入功率减小,电压不变,电流减小;若P不动,Q上移,副线圈的总电阻减小,原、副线圈电压不变,副线圈消耗的功率增大,原线圈输入功率增大,电流增大.
答案:
减小 减小 不变 增大
四、计算题(本题共3小题,共34分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(8分)(2014•济南高二检测)发电机输出功率为40kW,输出电压为400V,用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶5的变压器升压后向远处供电,输电线的总电阻为5Ω,到达用户后再用变压器降为220V,求:
(1)输电线上损失的电功率是多少?
(2)降压变压器的变压比是多少?
解析:
(1)发电机输出的电压为400V,经升压变压器后电压为U=51×400V=2.0×103V(1分)
由P=UI得输电线上的电流
I=PU=40×1032.0×103A=20A(1分)
输电线上的功率损失
ΔP=I2r=202×5W=2.0×103W(2分)
(2)输电线上的电压损失
ΔU=Ir=20×5V=100V(1分)
加在降压变压器原线圈两端的电压
U1=U-ΔU=2.0×103V-100V=1.9×103V(1分)
降压变压器副线圈两端的电压(用户所需的电压)
U2=220V
降压变压器的变压比
n1n2=U1U2=1.9×103220=9511(2分)
答案:
(1)2.0×103W
(2)95∶11
15.(12分)如图所示,理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,交流电源电压U1=220V,F为熔断电流为I0=1.0A的保险丝,负载为一可变电阻.
(1)当电阻R=100Ω时,保险丝能否被熔断?
(2)要使保险丝不被熔断,电阻R的阻值应不小于多少?
变压器输出的电功率不能超过多少?
解析:
(1)由U1U2=n1n2得,副线圈两端的电压
U2=n2n1U1=12×220V=110V(2分)
当R=100Ω时,副线圈中电流
I2=U2R=110100A=1.10A(1分)
原线圈中的电流为
I1=U2U1•I2=110220×1.10A=0.55A(2分)
由于I1 (2)设电阻R取某一值R0时,原线圈中的电流I1刚好达到熔断电流I0,即I1=1.0A 则副线圈中的电流为 I2=U1U2I1=n1n2•I1=2×1.0A=2.0A(2分) 变阻器阻值为R0=U2I2=1102.0Ω=55Ω(1分) 此时变压器的输出功率为 P2=I2•U2=2.0×110W=220W.(2分) 可见,要使保险丝F不被熔断,电阻R的阻值不能小于55Ω,输出的电功率不能大于220W.(1分) 答案: (1)不会 (2)电阻R的阻值不能小于55Ω,输出的电功率不能大于220W 16.三峡水利工程中某一水电站发电机组设计为: 水以v1=3m/s的速度流入水轮机后以v2=1m/s的速度流出,流出水位比流入水位低10m,水流量为Q=10m3/s.水轮机效率为75%,发电机效率为80%,g=10m/s2.试问: (1)发电机的输出功率是多少? (2)如果发电机输出电压为240V,用户所需电压为220V,输电线路中能量损耗为5%,输电线的电阻共为12Ω,那么所需的升、降压变压器的原、副线圈匝数比分别是多少? 解析: (1)水轮机的输出功率即发电机的输入功率,为 P1=75%×mgh+mv21/2-mv22/2t =Qρgh+Qρv21-v222×75%=7.8×105W(5分) 发电机的输出功率为 P0=P1×80%=6.24×105W.(2分) (2)输电示意图如图所示, 发电机输出的电流 I1=P0U1=6.24×105240A=2600A.(1分) 输电导线中的热损耗 P耗=P0×5%=3.12×104W.(1分) 输电线路中的电流 I2=P耗R=3.12×10412A≈51A,(1分) 所以升压变压器T1的原、副线圈匝数比 n1n2=I2I1≈1∶51.(1分) 降压变压器T2的输出功率 P=P0-P耗=5.928×105W.(1分) T2的输出电流 I3=PU4=5.928×105220A≈2.7×103A,(1分) 所以降压变压器T2的原、副线圈匝数比 n3n4=I3I2=2.7×10351≈53∶1.(1分) 答案: (1)6.24×105W (2)1∶51 53∶1
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