2016届高考物理一轮课时作业【30】变压器电能的输送(含答案)

【高考核动力】2016届高考物理一轮复习课时作业30变压器电能的输送(时间：45分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后括号内)1.如图为一种变压器的实物图，根据其铭牌上所提供的信息，以下判断正确的是()A．这是一个升压变压器B．原线圈的匝数比副线圈的匝数多C．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、副线圈接负载时，副线圈中电流比原线圈中电流小【解析】根据铭牌上所提供的信息可知：变压器的输入电压为220V，输出电压为12V，该变压器为降压变压器，故选项A错误、选项B正确；变压器的工作原理是电磁感应，故变压器的原、副线圈上的电压都为交流电压，选项C错误；由理想变压器的输出功率等于输入功率，且原线圈的电压大于副线圈的电压，故副线圈接负载时，副线圈中电流比原线圈中电流大，选项D错误．【答案】B2.(2013·四川卷，2)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3.9WB．输出电压的最大值是110VC．变压器原、副线圈匝数比是1∶2D．负载电流的函数表达式i＝0.05sin(100πt＋π2)A【解析】由图象知，副线圈电流的有效值I2＝0.052A，副线圈的输出功率是P2＝U2I2＝3.9W，A项正确；输出电压110V指的是有效值，B项错误；根据理想变压器电压与匝数的关系得，n1n2＝U1U2＝220V110V＝21，C项错误；由图象可得，交变电流的周期T＝0.02s，角速度ω＝100πrad/s，负载电流的函数表达式i＝0.5sin100πtA，D项错误．【答案】A3．(2015·泉州高三月考)如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是()A．2.0VB．9.0VC．12.7VD．144.0V【解析】若未考虑铁芯的漏磁因素，上线圈电压有效值U1＝512＝36V，由变压器的变压比U1U2＝n1n2得U2＝n2n1U1＝9.0V，而实际上副线圈磁通量Φ2Φ1，由U＝nΔΦΔt得U1n1U2n2，则应选A.【答案】A4．如图，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器．V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是()A．I1和I2表示电流的瞬时值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小【解析】交流电表的示数表示交流电的有效值，A、B两项错误；滑片P向下滑动过程中，原、副线圈的匝数n1、n2不变，U1不变，则U2＝U1n2n1不变；R连入电路的电阻变小，则流过副线圈的电流I2＝U2R＋R0变大，根据U1I1＝U2I2，可知I1变大，C项正确，D项错误．【答案】C5．如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比n1∶n2＝3∶1，在原副线圈中电路分别接有阻值相同的电阻R1，R2.交变电压的大小为U，则下列说法正确的是()A．电阻R1，R2两端的电压之比为3∶1B．电阻R1，R2上消耗的电功率之比为1∶1C．电阻R1，R2两端的电压均为U3D．电阻R1，R2上消耗的电功率之比为1∶9【解析】由变压器电压、电流、功率的比例关系可知：通过R1、R2的电流之比I1∶I2＝n2∶n1＝1∶3，故两电阻上电压之比U1∶U2＝I1R∶I2R＝1∶3；两电阻消耗的电功率之比P1∶P2＝U1I1∶U2I2＝I21R∶I22R＝1∶9.选项D正确．【答案】D6．(2015·丹东摸底)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、PB．9P、4P9C.4P9、9PD.4P9、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，两种情况下变压器输入电压为3U，变压器输入电流为23I；图甲中L1的功率为P1＝U2R＝9P；图乙中L1的功率为P2＝23I2R＝4P9，选项B正确．【答案】B7．(2014·福建理综，16)如图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1＝n4n2＝n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL2R，忽略灯丝电阻随温度的变化．当A、B端接入低压交流电源时()A．A1、A2两表的示数相同B．L1、L2两灯泡的亮度相同C．R1消耗的功率大于R3消耗的功率D．R2两端的电压小于R4两端的电压【解析】设A、B间的输入电压为U1，根据输送电功率P＝UI，可得电流表A2的示数为IA2＝PU1，电流表A1的示数为IA1＝PU2，又因为U2大于U1，故IA1IA2，所以A错误；R1、R2的电流小，损耗的功率比R3、R4损耗的少，故L1的电功率大于L2的电功率，所以亮度不同，故B错误；根据P＝I2R知，R1消耗的功率小于R3消耗的功率，故C错误；根据U＝IR可知R2两端的电压小于R4两端的电压，故D正确．【答案】D8．在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则下列关系式中正确的是()A．P′＝U2SρlB．P′＝P2ρlU2SC．P用＝P－U2SρlD．P用＝P(1－PρlU2S)【解析】输电线电阻R＝ρlS，输电电流I＝PU故输电线上损失的电功率为P′＝I2R＝(PU)2ρlS＝P2ρlU2S用户得到的电功率为P用＝P－P′＝P(1－PρlU2S)．【答案】BD9.如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中正确的是()A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大【解析】由于输入电压不变，所以当S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变，A错误．并联灯泡L2，总电阻变小，由欧姆定律知，流过R的电流增大，电阻上的电压UR＝IR增大，B正确．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得，I2增大，原线圈输入电流I1也增大，D正确．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小，C正确．【答案】BCD10．(2015·广西南宁高三模拟)一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电．输电线路总电阻为R＝1kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()A．T1原、副线圈电流分别为103A和20AB．T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D．有6×104盏灯泡(220V,60W)正常发光【解析】远距离输电的模型如图所示．T1原线圈的电流为I1＝P1U1＝4000×1034000A＝1×103A，输电线上损失的功率为P损＝I22R＝10%P1，所以I2＝10%P1R＝4000×103×0.11×103A＝20A，选项A正确；T1的匝数比n1n2＝I2I1＝20103＝150；T1上副线圈的电压为U2＝50U1＝2×105V，T2原线圈的电压为U3＝U2－I2R＝2×105V－20×103V＝1.8×105V，选项B正确；T2上原、副线圈的变压比为n3n4＝U3U4＝1.8×105220＝9×10311，选项C错误；能正常发光的灯泡的盏数为：N＝90%P160＝6×104，选项D正确．【答案】ABD二、综合应用(本题共2小题，共30分，解答时应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)11．(15分)如图所示，MN、PQ是两条水平、平行放置的光滑金属导轨，导轨的右端接理想变压器的原线圈，变压器的副线圈与电阻R＝20Ω组成闭合回路，变压器的原副线圈匝数之比n1∶n2＝1∶10，导轨宽L＝5m．质量m＝2kg、电阻不计的导体棒ab垂直MN、PQ放在导轨上，在水平外力F作用下，从t＝0时刻开始在图示的两虚线范围内做简谐运动，其速度随时间变化的规律是v＝2sin20πt(m/s)．垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度B＝4T．导轨、导线和线圈电阻不计．求：(1)在ab棒中产生的电动势的表达式，ab棒中产生的是什么电流？(2)电阻R上的热功率P；(3)从t＝0到t1＝0.025s的时间内，通过外力F做功需要外界提供给该装置的能量E.【解析】(1)ab棒的电动势为e＝BLv＝40sin20πt(V)故ab棒中产生的是正弦交流电(2)设原线圈上电压的有效值为U1，则U1＝40/2V＝202V设副线圈上电压的有效值为U2，则U1U2＝n1n2解得U2＝2002VP＝U22R＝4×103W(3)该正弦交流电的周期T＝2π/20π＝0.1s．从t＝0到t1＝0.025s，经历了四分之一个周期在这段时间内电阻R上产生的热量Q为Q＝U22Rt1＝100J在t1＝0.025s时刻，ab棒的速度为v′，则v′＝2sin20πt1＝2m/s所以E＝Q＋12mv′2＝104J【答案】(1)见解析(2)4×103W(3)104J12．(15分)一座小型水电站，利用流量Q＝2m3/s、落差h＝5m的河水发电，若发电机的效率为50%，输出电压为U1＝200V，已知发电站到用户架设的输电线总电阻为R线＝120Ω，输电线上允许损耗的功率为输送功率的6%，用户所需电压为220V．g取10m/s2.求：(1)画出输电的示意图；(2)求发电机的发电功率P1；(3)所用升压理想变压器和降压理想变压器的原副线圈的匝数比．【解析】(1)输电的示意图(2)发电机的发电功率P1＝50%mgh/t，又m/t＝Qρ联立解得P1＝5×104W(3)输电线上功率损失P损＝I2线R线而P损＝P1×6%＝3×103W，联立解得I线＝5A由P1＝I1U1，解得I1＝250A又升压变压器n1∶n2＝I2∶I1＝I线∶I1解得n1∶n2＝1∶50降压变压器的输入功率P3＝P1－P损P3＝I线U3联立解得U3＝9400V又用户得到电压U4＝220V故降压变压器n3∶n4＝U3∶U4＝470∶11【答案】(1)见解析(2)5×104W(3)1∶50470∶11