2020高中物理二轮复习热点题型专练专题102变压器电能的输送含解析

专题10.2变压器电能的输送1．通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和P2P1分别为()A.PRkU，1nB．(PkU)2R，1nC.PRkU，1n2D．(PkU)2R，1n2答案：D解析：当副线圈与原线圈的匝数比为k时，U2＝kU，此时输电线上的电流I＝PkU，线路损耗的功率P1＝I2R＝P2RkU2，当匝数比为nk时，线路损耗的功率P2＝P2RnkU2，则P2P1＝1n2，D选项正确。2.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为()A．380V和5.3AB．380V和9.1AC．240V和5.3AD．240V和9.1A答案：B3.如图所示，理想变压器有两个副线圈，匝数分别为n1和n2，所接负载4R1＝R2，当只闭合S1时，电流表示数为1A，当S1和S2都闭合时，电流表示数为2A，则n1︰n2为()A．1︰1B．1︰2C．1︰3D．1︰4答案：B4．如图所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是()A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表答案：C解析：甲图为电压互感器、乙图为电流互感器。由此判断C项正确。乙图中N3对应大电流，匝数少，可使用较粗导线绕制，减少能量损失。N4对应小电流，匝数多，相对N3来说，可使用细些导线绕制，故A项错。18．(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝2202sin100πtV，则()A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22VB．当t＝1600s时，电压表V0的读数为220VC．单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小19．用一台型号为AED6500S的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示，发电机到安置区的距离是400m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10－4Ω，安置区家用电器的总功率为44kW，当这些额定电压为220V的家用电器都正常工作时()型号AED6500S输出电压范围220～300V最大输出功率60kWA.输电线路中的电流为20AB．发电机的实际输出电压为300VC．在输电线路上损失的电功率为8kWD．如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300V20．某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙所示，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220V的用电器正常工作，则下列说法正确的是()A．乙图中电压的瞬时值表达式为u＝2202sin200πt(V)B.n1n2n4n3C．当用户用电器增加时，输电线上损耗的功率增大D．升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率【答案】C【解析】题图乙中电压最大值Um＝2202V，T＝0.02s，所以ω＝2πT＝100πrad/s，题图乙中的电压瞬时值表达式u＝2202sin100πt(V)，A错误．因为U1＝U4＝220V，U1U2＝n1n2，U3U4＝n3n4，U2U3，所以n1n2n4n3，B错误．当用户用电器增加时，用电器的总功率增大，则I4增大，I3增大，又P损＝I23r，可得输电线上损耗的功率增大，C正确．由于输电线上有功率损耗，所以升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，D错误．21．如图为远距离输电示意图，升压变压器T1的原、副线圈匝数比为n1∶n2＝k∶1，降压变压器T2的原、副线圈匝数比为n3∶n4＝1∶k，在T1的原线圈两端接入一内阻为k2r、电动势e＝Emsinωt的交流电源，两条输电线的总电阻为r，假设用户处的总电阻为R，不考虑其他因素的影响，两变压器均为理想变压器，则输电线上损失的电功率为()A.k2E2mrR＋2k2r2B.k2E2mrR＋k2r2C.k2E2mrR＋r＋k2r2D.k2E2mrR＋r＋k2r222．如图所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.下列说法正确的是()A．当用户的用电器增多时，U2减小，U4变小B．当用户的用电器增多时，P1变大，P3减小C．输电线上损失的功率为ΔP＝U22RD．要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比n2n1，同时应增大降压变压器的匝数比n3n423．(多选)在如图所示的电路中，在ab两端输入稳定的正弦交流电，变压器原线圈中的电流为I1，电压为U1，输入功率为P1，副线圈中的电流为I2，电压为U2，输出功率为P2，则在滑动变阻器滑片移动的过程中，下列图象关系正确的有(B图中曲线为双曲线的一支，D图中曲线为抛物线)()ABCD【答案】AC【解析】由原、副线圈的电压与匝数关系U1U2＝n1n2可知，U1与U2成正比，选项A正确；由原、副线圈的电流与匝数关系I1I2＝n2n1可知，I1与I2成正比，选项B错误；由P1＝P2＝U22R＝n22U21n21R，可知选项C正确，D错误；故选A、C.24．用电压为U的正弦交流电源通过甲、乙两种电路给额定电压为U0的同一小电珠供电．图甲中R为滑动变阻器，图乙中理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，若电珠均能正常工作，则()甲乙图11­2­31A．变压器可能是升压变压器B．甲、乙电路消耗电功率之比为n1∶n2C．电阻R与小电珠的功率之比为n1∶n2D．若将甲、乙电路与输出电压为U的直流电源接通，电珠仍能正常工作【答案】B【解析】由图甲知，电源电压等于变阻器两端的电压与电珠电压之和，所以U＞U0，在图乙中，根据电压与匝数成正比，知n1＞n2，所以该变压器是降压变压器，故A错误；由乙图，根据电压与匝数成正比，得n1n2＝UU0，电珠均能正常工作，所以电流等于额定电流，甲电路消耗的功率为UI，乙电路消耗的功率U0I，所以甲、乙电路消耗的功率之比为U∶U0＝n1∶n2，故B正确；R两端电压的有效值为(U－U0)，电阻R与小电珠的功率之比为PRP0＝U－U0U0＝n1n2－1，选项C错误；若将甲、乙电路与输出电压为U的直流电源接通，则甲图中电珠仍能正常工作，乙图中电珠不亮，选项D错误；故选B.25.(多选)如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表Ⓐ接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大．用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则()A．Uab∶Ucd＝n1∶n2B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大D．将二极管短路，电流表的读数加倍26．心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其部分电路可简化为大电阻R1与交流电源串联，该电源输出的电压恒为U0，如图所示．心电图仪与一个理想变压器的初级线圈相连，一个扬声器(可等效为一个定值电阻R2)与该变压器的次级线圈相连．若R2的功率此时最大，下列说法错误的是()A．大电阻R1两端电压为U02B．理想变压器初级线圈与次级线圈的匝数比值为R1R2C．交流电源的输出功率为U202R1D．通过扬声器的电流为U021R1R227.一理想变压器原、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.U2B.U3C.3U11D.3U10【答案】C【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＝U13＝32IR，又U＝IR＋U1＝112IR，得U2＝311U，C正确．28．一正弦交变电压的电压u随时间t变化的规律如图所示。(1)写出该交变电压的瞬时值表达式；(2)求出该交变电压的有效值；(3)将该交变电压接在匝数比为1︰2的理想变压器原线圈上，副线圈给R＝16Ω的小灯泡供电，求灯泡消耗的功率。答案：(1)u＝10sin(50πt)V(2)7.1V(3)12.5W解析：(1)由题中图象知电压最大值为10V，周期为0.04s，其角频率ω＝2πT＝50πrad/s所以瞬时值表达式为u＝10sin(50πt)V。(2)有效值为U＝Um2＝52V＝7.1V。(3)副线圈输出电压U2＝n2n1U1＝102V。小灯泡的功率为P＝U22R＝12.5W。29．在远距离输电时，要尽量考虑减少输电线上的功率损失。有一个电站，输送的电功率P＝500kW，当使用U＝5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜表示数相差4800kW·h。求：(1)输电效率η和输电线总电阻r。(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电。答案：(1)60%20Ω(2)22.4kV30．发电机的端电压为220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用初、次级线圈匝数之比为1︰10的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为10︰1的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压。答案：(1)略(2)219.6V43.92kW(3)36kW180V解析：(1)线路图如图所示：(2)升压变压器次级的输出电压U2＝n2n1U1＝2200V(3)若不采用高压输电，线路损失电压为U′R＝I1R＝40V用户得到的电压U′＝U1－U′R＝180V用户得到的功率为P′＝U′I1＝36kW。