备考2024届高考物理一轮复习分层练习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第2讲变压器远距离输电

第2讲变压器远距离输电1.[变压器的铭牌/2024广东惠州第一次调研]如图所示是一种理想变压器的铭牌，根据上面标示的信息，以下判断正确的是（　B　）A.这是一个升压变压器B.原线圈的匝数与副线圈的匝数之比为55∶3C.当原线圈输入交流电压220V时，副线圈输出直流电压12VD.当原线圈输入交流电压220V时，只要副线圈构成回路，则其电流一定为3.0A解析　额定输入电压U1＝220V额定输入电压U2＝12V额定输入电压I2＝3AU1＞U2，故为降压变压器，A错n1n2＝U1U2＝220V12V＝553，B对输入电压与输出电压均为交流电压，C错副线圈的电流与负载功率有关，D错2.电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示.其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上，则电流互感器（　D　）A.是一种降压变压器B.能测量恒定电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流 解析　变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，不能改变交变电流的频率，也不能在恒定电流电路中工作，B、C项均错误；根据变压器匝数与电压的关系U1U2＝n1n2可得副线圈的电压U2＝n2n1U1，由于原线圈匝数少而副线圈匝数多，即n1＜n2，因此有U2＞U1，电流互感器是一种升压变压器，A项错误；根据变压器匝数与电流的关系I1I2＝n2n1可得副线圈的电流I2＝n1n2I1，由于n1＜n2，因此有I2＜I1，D项正确.3.[2024湖南娄底校联考]如图所示为远距离输电电路图，左边升压变压器原、副线圈的匝数之比为2∶5，输入电压u＝102sin50πt（V）的正弦交变电流.连接两理想变压器的输电线的总电阻为r＝5Ω，右边降压变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1，负载的电功率为升压变压器输入功率的80％.下列说法正确的是（　D　）A.升压变压器原线圈上的电流为2AB.输电线上损失的功率为10WC.负载的功率为25WD.降压变压器原线圈上的电压为20V解析　设升压变压器原、副线圈上的电压为U1、U2，电流为I1、I2，降压变压器原、副线圈上的电压为U3、U4，电流为I3、I4，有I2＝I3，则由变流比得I1I2＝52，I3I4＝12，由题意可知，输电线上的功率为升压变压器输入功率的20％，则有U1I1＝5I22r，代入数据，解得I2＝1A，则I1＝2.5I2＝2.5A，故A错误；输电线上损失的功率为Pr＝I22r＝5W，故B错误；负载的功率为PR＝4Pr＝20W，故C错误；因为I4＝2I2＝2A，则负载上的电压为U4＝PRI4＝10V，则U3＝2U4＝20V，故D正确.4.[2024江西临川一中校考]某电站用500kV电压输电给300km外的用户使用，其输出电功率是3×106kW，输电线总电阻为2.5Ω，则下列说法正确的是（　B　）A.输电线上输送的电流大小为3.0×105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kW D.输电线上损失的功率为ΔP＝U2r，U为输电电压，r为输电线的电阻解析　由P＝UI得输电线上输送的电流I＝PU＝3×106×103500×103A＝6×103A，故A错误；由ΔU＝Ir得输电线路上的电压损失ΔU＝Ir＝6×103×2.5V＝15×103V，故B正确；由于损失的功率不可能大于电站的输出功率，故C错误；输电线上损失的功率用ΔP＝U2r计算时，U为输电线上的电压降，而不是输电电压，故D错误.5.如图所示为一理想变压器，原线圈接在输出电压为U的交流电源两端.电路中R0为定值电阻，测量电表均为理想电表，导线电阻不计.现使滑动变阻器R的滑片P向上滑动，则下列说法正确的是（　A　）A.电压表V2的示数变大B.电压表V1与电流表A的示数的比值不变C.电流表A的示数变大D.定值电阻R0消耗的电功率变大解析　输入电压不变，原、副线圈匝数比不变，输出电压由输入电压决定，则副线圈两端电压U2不变，滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，滑动变阻器两端电压变大，V2示数变大，故A正确；副线圈电路中总电阻变大，电流减小，原、副线圈匝数比不变，则原线圈中电流也减小，故C错误；副线圈中电流变小，定值电阻R0消耗的功率变小，故D错误；输入电压不变，输入电流随输出电流变化而变化，所以电压表V1与电流表A的示数的比值变化，故B错误.6.[多选]如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原、副线圈中的电流.下列说法正确的是（　BC　）A.保持U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B.保持U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C.保持U1不变，S由b切换到a，则I1增大D.保持U1不变，S由a切换到b，则变压器的输入功率增大解析　保持U1不变，S由b切换到a时，副线圈匝数增多，则输出电压U2增大，输出电流I2增大，根据P2＝I2U2知，P2增大，又因P1＝P2，故I1增大，A错误，C正确；S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，输出电流I2减小，根据P2＝I2U2知，P2减小，又因P1＝P2，所以变压器输入功率减小，B正确，D错误.7.[副线圈电路中含二极管/2024浙江高三联考]如图，某同学用自制的简易无线充电装置给手机充电，装置由一个电磁炉（发射线圈）、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成，发射线圈、接收线圈匝数比为n1∶n2，若电磁炉两端所加电压为u＝2202sin314t（V），车载充电器的输入限制电压为4.4V，不考虑充电过程中的各种能量损失.则下列说法正确的是（　A　）A.接收线圈两端电压的有效值约为6.2VB.通过车载充电器的电流为交流电C.发射线圈、接收线圈匝数比为n1∶n2＝50∶1D.接收线圈1s内电流方向变化50次解析　　设接收线圈两端电压的有效值为U2，充电器两端电压有效值为U3，由题意可知U3＝4.4V，根据有效值的定义可得U22R·T2＝U32R·T，解得U2≈6.2V，故A正确；因为二极管单向导电，则通过车载充电器的电流方向一定，为直流电，故B错误；由题意可知发射线圈电压有效值为U1＝220V，故发射线圈、接收线圈匝数比为n1n2＝U1U2＝2206.2＝1 10031，故C错误；根据所加电压表达式可知，电流的频率f＝1T＝ω2π＝50Hz，接收线圈1个周期内电流方向改变两次，故1s内电流方向变化100次，故D错误.8.[2023安徽江淮十校联考/多选]如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0＝800匝、n1＝100匝和n2＝400匝，原线圈串联一个电阻R0＝8.0Ω，并接入内阻不计的正弦交流电源，电源电动势为E且保持不变；两个副线圈分别接电阻R1＝1.0Ω和R2＝16.0Ω.开关S 断开时，理想电流表读数为I1＝4.0A；开关S闭合时，理想电流表读数为I2.不计线圈电阻，则（　BD　）A.E＝32.0VB.E＝36.0VC.I2＝3.2AD.I2＝3.6A解析　开关S断开时，理想电流表读数为I1＝4.0A，且n0＝800匝、n1＝100匝，故n0n1＝I1I0，得I0＝0.5A，由n0n1＝U0U1及U1＝I1R1＝4V，可得U0＝32.0V，故E＝I0R0＋U0＝36.0V，故A错误，B正确；开关S闭合时，由输出功率等于输入功率，可知P原＝P副1＋P副2，得U0I0＝U1I1＋U2I2，即36V-U0R0U0＝U12R1＋U22R2，由n0n1＝U0U1，n0n2＝U0U2，则U1＝3.6V，故I2＝3.6A，故C错误，D正确.9.[用户功率增大时的动态分析/2024湖南怀化三中校考]图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电工程——白鹤滩水电站，是我国实施“西电东送”的大国重器，其发电量位居全世界第二，仅次于三峡水电站.白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图（b）所示，如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，R表示输电线电阻，则当用户功率增大时（　D　）图（a）　　　　　　　　图（b）A.A2示数增大，A1示数减小B.V1、V2示数都减小C.输电线上的功率损失减小D.V1、A1示数的乘积大于V2、A2示数的乘积解析　当用户功率增大时，降压变压器的输出功率增大，输出电流增大，A2示数增大，根据理想变压器原、副线圈电流与线圈匝数的关系可知，降压变压器中的输入电流增大，A1示数增大，故A错误；升压变压器线圈匝数以及升压变压器输入电压不变，则升压变压器输出电压不变，则V1 的示数不变，降压变压器中的输入电流增大，输电线电阻消耗的电压增大，则降压变压器输入电压减小，根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系可知，降压变压器输出电压减小，故V2示数减小，故B错误；输电线上的电流增大，输电线上的功率损失增大，故C错误；根据降压变压器原、副线圈电流与线圈匝数的关系可知I1I2＝n2n1，设降压变压器的输入电压为U0，有U1＞U0，根据降压变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系可知U0U2＝n1n2，故I1U1＞I1U0＝I2U2，故D正确.10.[汽车点火装置/2024湖北武汉部分学校调研]点火线圈能产生20000V的高压，使汽车启动.某型号点火线圈部分结构如图所示，其初级线圈匝数为100匝，次级线圈匝数为20000匝.已知汽车电瓶是电动势为12V的蓄电池.下列说法正确的是（　D　）A.点火线圈的次级线圈应和蓄电池相连B.仅增加初级线圈的匝数，也一定能成功点火C.汽车蓄电池是直流电源，需要将直流电先转化为交流电才能使点火线圈正常工作D.初级线圈断电瞬间，其两端电压约为100V解析　由于蓄电池的电压为低电压，则结合变压器的变压规律可知蓄电池应和匝数较少的初级线圈相连，A错误；若仅增加初级线圈的匝数，则通过变压器产生的高压将减小，则不一定能点火成功，B错误；点火线圈利用的是在开关通、断电的瞬间通过线圈的磁通量发生变化从而在次级线圈两端产生高电压，所以不需要将汽车蓄电池产生的直流电转化为交流电，C错误；由题意可知初级线圈通、断电的瞬间，点火线圈能产生20000V的高压，则由变压器的变压规律可知此时初级线圈两端的电压约为100V，D正确.11.[黑光灯的应用]黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”.如图所示是高压电网的工作电路，高压电网是利用变压器将有效值为220V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5cm，已知空气在常温常压下的击穿场强为6220V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的次、初级线圈匝数比不得超过多少？ 答案　10∶1解析　电网两极间的电场可看作匀强电场且Um＝Emd，由题意知空气被击穿时Em＝6220V/cm，已知理想变压器电压关系为U1mUm＝n1n2，峰值与有效值关系为U1m＝2U1，由以上各式得n1n2＝110，所以变压器次、初级线圈匝数比不得超过10∶1.