届高三高考物理复习专题突破变压器与远距离输电问题.docx
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届高三高考物理复习专题突破变压器与远距离输电问题
变压器与远距离输电问题
1.(2019·贵州部分重点中学高三上学期第四次联合质量测评)某住宅小区的应急供电系统,由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成,发电机中矩形线圈电阻不计,它可绕轴OO′在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动。
降压变压器副线圈上的滑动触头P上下移动时可改变输出电压,R0表示输电线电阻。
下列判断正确的是( )
A.若发电机线圈某时刻处于图示位置,变压器原线圈的电流瞬时值最大
B.当用户数目增多时,为使用户电压保持不变,滑动触头P应向下滑动
C.若滑动触头P向下滑动,流过R0的电流将减小
D.若发电机线圈的转速减为原来的
,用户获得的功率也将减为原来的
2.(2019·广西桂林、贺州、崇左高三下学期3月联合调研)如图甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,电流表和电压表均为理想电表,R是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、L是理想线圈、C是耐压值和电容都足够大的电容器、D是灯泡、K是单刀双掷开关。
当原线圈接入如图乙所示的正弦交流电时,下列说法正确的是( )
A.开关K连通1时,电压表的示数为44V
B.开关K连通1时,若光照增强,电流表的示数变小
C.开关K连通2时,灯泡不亮
D.开关K连通2时,若光照增强,电压表的示数减小
3.(2019·河南省郑州市一模)如图甲所示,变压器原、副线圈上有L1、L2、L3、L4四只灯泡,它们的规格都是“9V 12W”,当在该变压器cd端输入交变电压u(ut图象如图乙所示)时,四只灯泡都正常发光,各电表均为理想交流电表。
以下说法正确的是( )
A.ab端输入电压的瞬时值表达式为uab=27
·sin100πt(V)
B.原、副线圈匝数比为3∶1
C.流过灯泡L2的电流方向每秒钟改变50次
D.电流表的示数为4A,ab端输入的功率Pab为48W
4.(2019·湖北武汉联考)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,L1、L2、L3为三只规格均为“9V,6W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,输入端接入如图乙所示的交变电压,则以下说法中正确的是( )
A.电流表的示数为2AB.电压表的示数为27
V
C.副线圈两端接入耐压值为8V的电容器能正常工作D.变压器副线圈中交变电流的频率为50Hz
5.(2019·广东东莞联考)如图所示,电源输出电压不变,要使电路中电流表示数变大,可采用的方法有( )
A.将R上的滑片向上移动B.将R上的滑片向下移动
C.将开关S掷向1D.将开关S掷向2
6.(2019·广西五市联考)如图为远距离输电示意图,发电机的输出电压U1和输电线的电阻和理想变压器匝数均不变,且n1∶n2=n4∶n3,当用户消耗的功率增大时,下列表述正确的是( )
A.用户的总电阻增大B.用户端的电压U4减小
C.U1∶U2=U4∶U3D.用户端增加的功率等于升压变压器多输入的功率
7.(2019·唐山月考)如图所示,两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P,且L1、L2、L3为相同的灯泡,匝数比
8.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、
P
C.
P、9PD.
P、9P
9.(2019·山西质量监测)某小型水电站的电能输送示意图如图所示,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向R0=11Ω的纯电阻用电器供电.已知输电线的总电阻R=10Ω,T2的原、副线圈匝数比为4∶1,用电器两端的电压为u=220
sin100πt(V),将T1、T2均视为理想变压器.下列说法正确的是( )
A.降压变压器的输入功率为4400WB.升压变压器中电流的频率为100Hz
C.输电线消耗的功率为500WD.当用电器的电阻减小时,输电线消耗的功率减小
10.(2019·合肥六校联考)如图所示,L1和L2是不计电阻的输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器.若已
知甲的变压比为500∶1,乙的变流比为200∶1,并且已知加在电压表两端的电压为220V,通过电流表的
电流为5A,则输电线的输送功率为( )
A.1.1×108WB.1.1×106WC.1.1×104WD.1.1×102W
11.(2019·北京东城期末)如图所示,理想变压器的原线圈通过保险丝接在一个交流电源上,交变电压瞬时值随时间变化的规律为u=311sin100πt(V),副线圈所在电路中接有电灯、电动机、理想交流电压表和理想交流电流表.已知理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,电灯额定功率为44W,电动机内电阻为1Ω,电流表示数为3A,各用电器均正常工作.则( )
A.电压表示数为31.1VB.电动机的输出功率为21W
C.变压器的输入功率为44WD.通过保险丝的电流为30A
12.(2019·辽宁省鞍山市第八中学期末)如图所示,面积为0.02m2、内阻不计的100匝矩形线圈ABCD,绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动,转动的角速度为100rad/s,匀强磁场的磁感应强度为
T。
矩形线圈通过滑环与理想变压器相连,触头P可移动,副线圈所接电阻R=50Ω,电表均为理想交流电表。
当线圈平面与磁场方向平行时开始计时,求:
(1)线圈中感应电动势的表达式;
(2)由图示位置转过45°角的过程产生的平均感应电动势;
(3)当原、副线圈匝数比为4∶1时,求电阻R上消耗的电功率。
参考答案
1.(2019·贵州部分重点中学高三上学期第四次联合质量测评)某住宅小区的应急供电系统,由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成,发电机中矩形线圈电阻不计,它可绕轴OO′在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动。
降压变压器副线圈上的滑动触头P上下移动时可改变输出电压,R0表示输电线电阻。
下列判断正确的是( )
A.若发电机线圈某时刻处于图示位置,变压器原线圈的电流瞬时值最大
B.当用户数目增多时,为使用户电压保持不变,滑动触头P应向下滑动
C.若滑动触头P向下滑动,流过R0的电流将减小
D.若发电机线圈的转速减为原来的
,用户获得的功率也将减为原来的
【答案】 B
【解析】 若发电机线圈某时刻处于图示位置,此时线圈的磁通量为最大,但是穿过线圈磁通量的变化率最小,为零,感应电动势为零,变压器原线圈的电流瞬时值最小,为零,A错误;当用户数目增多时,用电量增加,输电线上的电压损失变大,用户得到的电压变小,为使用户电压保持不变,滑动触头P应向下滑动,增大副线圈匝数,提高输出电压,B正确;若滑动触头P向下滑动,副线圈的输出电压增大,但流过R0的电流是由用户和R0共同决定的,在用户不变的情况下,流过R0的电流将增大,C错误;若线圈从中性面开始计时,发电机产生感应电动势的表达式为e=NBSωsinωt,ω=2πn,若发电机线圈的转速减为原来的
,感应电动势的最大值Em=NBSω将减为原来的
,变压器原线圈两端的电压将减为原来的
,副线圈的输出电压U也将减为原来的
,而用户实际分得的电压U用也将减为原来的
,根据公式P用=
可知,用户获得的功率将减为原来的
,D错误。
2.(2019·广西桂林、贺州、崇左高三下学期3月联合调研)如图甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,电流表和电压表均为理想电表,R是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、L是理想线圈、C是耐压值和电容都足够大的电容器、D是灯泡、K是单刀双掷开关。
当原线圈接入如图乙所示的正弦交流电时,下列说法正确的是( )
A.开关K连通1时,电压表的示数为44V
B.开关K连通1时,若光照增强,电流表的示数变小
C.开关K连通2时,灯泡不亮
D.开关K连通2时,若光照增强,电压表的示数减小
【答案】 A
【解析】 根据图乙可知原线圈电压有效值为:
U1=
V=220V,则根据
=
可以得到U2=
U1=
×220V=44V,即电压表的示数为44V,A正确;开关K连通1时,若光照增强,则电阻R减小,则副线圈总电阻减小,而U2不变,则副线圈电流I2增大,根据
=
可知,原线圈电流I1增大,即电流表的示数变大,B错误;开关K连通2时,由于交变电流可以“通过”电容器,故灯泡发光,C错误;开关K连通2时,若光照增强,则电阻R减小,但是由于原、副线圈两端电压之间关系为
=
,与副线圈总电阻无关,故电压表的示数不变,D错误。
3.(2019·河南省郑州市一模)如图甲所示,变压器原、副线圈上有L1、L2、L3、L4四只灯泡,它们的规格都是“9V 12W”,当在该变压器cd端输入交变电压u(ut图象如图乙所示)时,四只灯泡都正常发光,各电表均为理想交流电表。
以下说法正确的是( )
A.ab端输入电压的瞬时值表达式为uab=27
·sin100πt(V)
B.原、副线圈匝数比为3∶1
C.流过灯泡L2的电流方向每秒钟改变50次
D.电流表的示数为4A,ab端输入的功率Pab为48W
【答案】 BD
【解析】 由变压器cd端输入交变电压u的图象,可求出其有效值为27V,灯泡规格都是“9V 12W”,四只灯泡都正常发光,所以ab端输入电压的有效值是27V+9V=36V,交流电的周期是0.02s,故ab端输入电压的瞬时值表达式为uab=36
sin100πt(V),A错误;四只灯泡都正常发光,所以副线圈电压为9V,根据理想变压器电压比规律可得出变压器原、副线圈匝数比为3∶1,B正确;由图象知交流电的周期为0.02s,交流电的频率为50Hz,流过灯泡L2的电流方向每秒钟改变100次,C错误;电流表的示数为I=3×
A=4A,ab端输入的功率Pab=4×12W=48W,D正确。
4.(2019·湖北武汉联考)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,L1、L2、L3为三只规格均为“9V,6W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,输入端接入如图乙所示的交变电压,则以下说法中正确的是( )
A.电流表的示数为2AB.电压表的示数为27
V
C.副线圈两端接入耐压值为8V的电容器能正常工作D.变压器副线圈中交变电流的频率为50Hz
【答案】:
AD
【解析】:
由输入端交变电压ut图象知,输入电压的有效值为
V=27V,由原、副线圈匝数之比为3∶1,可得原、副线圈的电压之比为3∶1,电流之比为1∶3,设灯泡两端电压为U,所以U=9V,副线圈两端电压的有效值为9V,三只灯泡均能正常发光,电流表的读数I=3×
A=2A,A正确;电压表的示数为有效值27V,B错误;副线圈两端电压的最大值为9
V,C错误;变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz,D正确.
5.(2019·广东东莞联考)如图所示,电源输出电压不变,要使电路中电流表示数变大,可采用的方法有( )
A.将R上的滑片向上移动B.将R上的滑片向下移动
C.将开关S掷向1D.将开关S掷向2
【答案】:
AD
【解析】:
输入的电压和匝数比不变,输出的电压也不变,当滑片向上移动时,副线圈所在电路的电阻变小,所以电流要增加,电流表示数增大,故选项A正确;当滑片向下移动时,副线圈所在电路的电阻变大,所以电流要变小,故选项B错误;将开关S掷向1,原线圈的匝数变大,由电压与匝数成正比可得,副线圈的输出电压要减小,副线圈所在电路的电阻不变,所以电流要减小,故选项C错误;将开关S掷向2时,原线圈的匝数减小,副线圈的输出电压要变大,副线圈所在电路的电阻不变,所以电流要增大,故选项D正确.
6.(2019·广西五市联考)如图为远距离输电示意图,发电机的输出电压U1和输电线的电阻和理想变压器匝数均不变,且n1∶n2=n4∶n3,当用户消耗的功率增大时,下列表述正确的是( )
A.用户的总电阻增大B.用户端的电压U4减小
C.U1∶U2=U4∶U3D.用户端增加的功率等于升压变压器多输入的功率
【答案】 BC
【解析】 U1∶U2=n1∶n2,U4∶U3=n4∶n3,又n1∶n2=n4∶n3,所以U1∶U2=U4∶U3,选项C正确;当用户消耗的功率增大时,用户中电流一定增大,输电线中电流一定增大,输电线上损失的电压增大,降压变压器输入电压减小,用户两端的电压U4减小,选项B正确;当用户消耗的功率增大时,用户中电流一定增大,根据欧姆定律,用户的总电阻减小,选项A错误;用户消耗的功率增大时,输电线中电流增大,输电线损失功率增大,用户端增加的功率加上输电线损失的功率等于升压变压器多输入的功率,选项D错误.
9.(2019·唐山月考)如图所示,两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P,且L1、L2、L3为相同的灯泡,匝数比
10.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、
P
C.
P、9PD.
P、9P
【答案】:
B
【解析】:
由题意可知,两种情况下变压器输入功率均为2P.设灯泡L2、L3两端的电压为U,电流为I,电阻为R,则有P=
=I2R.根据电压与匝数成正比可知,两种情况下变压器的输入电压均为3U,根据输入功率和输出功率相等可知,变压器输入电流为
I.所以图甲中L1的功率为P甲=
=9P;图乙中L1的功率为P乙=
2R=
P,选项B正确.
9.(2019·山西质量监测)某小型水电站的电能输送示意图如图所示,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向R0=11Ω的纯电阻用电器供电.已知输电线的总电阻R=10Ω,T2的原、副线圈匝数比为4∶1,用电器两端的电压为u=220
sin100πt(V),将T1、T2均视为理想变压器.下列说法正确的是( )
B.降压变压器的输入功率为4400WB.升压变压器中电流的频率为100Hz
C.输电线消耗的功率为500WD.当用电器的电阻减小时,输电线消耗的功率减小
【答案】:
A
【解析】:
由题可知,用电器两端电压有效值为220V,交流电频率f=
=
Hz=50Hz,由电功率公式可知,降压变压器输出功率P=
=4400W.理想变压器输入功率与输出功率相等,故A项正确;理想变压器不改变交变电流的频率,B项错误;由变压规律
=
,可知降压变压器输入电压为880V,由电功率定义式P=UI可知,降压变压器输入电流为I=5A,由焦耳定律可知,输电线电阻消耗的功率P′=I2R=250W,C项错误;当用电器的电阻减小时,输出功率增大,故降压器输入功率增大,从而输入电流增大,再由P=I2R可知,输电线R消耗的功率增大,D项错误.
10.(2019·合肥六校联考)如图所示,L1和L2是不计电阻的输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器.若已
知甲的变压比为500∶1,乙的变流比为200∶1,并且已知加在电压表两端的电压为220V,通过电流表的
电流为5A,则输电线的输送功率为( )
A.1.1×108WB.1.1×106WC.1.1×104WD.1.1×102W
【答案】:
A
【解析】:
已知变压比为500∶1,电压表示数为220V,故传输电压为U=220×500V=1.1×105V;已知变流比为200∶1,电流表示数为5A,故传输电流为I=5×200A=1000A;故电功率为P=UI=1.1×105V×1000A=1.1×108W,故选项A正确.
11.(2019·北京东城期末)如图所示,理想变压器的原线圈通过保险丝接在一个交流电源上,交变电压瞬时值随时间变化的规律为u=311sin100πt(V),副线圈所在电路中接有电灯、电动机、理想交流电压表和理想交流电流表.已知理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,电灯额定功率为44W,电动机内电阻为1Ω,电流表示数为3A,各用电器均正常工作.则( )
A.电压表示数为31.1VB.电动机的输出功率为21W
C.变压器的输入功率为44WD.通过保险丝的电流为30A
【答案】:
B
【解析】:
该交流电源的电压有效值为220V,根据理想变压器的电压比等于匝数比,则电压表的示数为22V,选项A错误;电灯两端的电压为22V,电灯正常工作,根据P=UI,可得流经电灯的电流为2A,根据串、并联电路特点,流经电动机的电流为1A,则电动机的输出功率P出=UIM-I
r=21W,选项B正确;根据理想变压器的电流比与匝数比成反比,则通过保险丝的电流为0.3A,选项D错误;变压器的输入功率P入=220×0.3W=66W,选项C错误.
12.(2019·辽宁省鞍山市第八中学期末)如图所示,面积为0.02m2、内阻不计的100匝矩形线圈ABCD,绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动,转动的角速度为100rad/s,匀强磁场的磁感应强度为
T。
矩形线圈通过滑环与理想变压器相连,触头P可移动,副线圈所接电阻R=50Ω,电表均为理想交流电表。
当线圈平面与磁场方向平行时开始计时,求:
(1)线圈中感应电动势的表达式;
(2)由图示位置转过45°角的过程产生的平均感应电动势;
(3)当原、副线圈匝数比为4∶1时,求电阻R上消耗的电功率。
【答案】
(1)e=100
cos100tV
(2)127.4V(3)12.5W
【解析】
(1)感应电动势的最大值为:
Em=nBSω=100×
×0.02×100V=100
V,
线圈中感应电动势的表达式为:
e=100
cos100tV。
(2)线圈由图示位置转过45°角过程中产生的平均感应电动势为:
=n
=n
=n
≈127.4V。
(3)变压器原线圈两端电压为
U=
=
V=100V,
电阻R两端的电压为UR=
U=
×100V=25V,
电阻R上消耗的电功率为P=
=12.5W。
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- 三高 物理 复习 专题 突破 变压器 远距离 输电 问题