2021版高考物理一轮复习选修3-2第4讲变压器电能的输送练习含解析

2021版高考物理一轮复习选修3-2第4讲变压器电能的输送练习含解析

第4讲 变压器 电能的输送 考点1　理想变压器原理及应用(c)‎ ‎【典例1】(2019·衢州模拟)如图所示为汽车的点火装置,此装置的核心是一个变压器,该变压器的原线圈通过开关连接到12 V的蓄电池上,副线圈连接到火花塞的两端,开关由机械控制,当开关由闭合变为断开时,副线圈中产生10 000 V以上的电压,火花塞中产生火花。下列说法中正确的是 (　　)‎ A.变压器的原线圈要用粗导线绕制,而副线圈可以用细导线绕制 B.若该点火装置的开关始终闭合,火花塞的两端会持续产生高压 C.变压器原线圈输入的12 V电压必须是交流电,否则就不能在副线圈中产生高压 D.该点火装置中变压器的副线圈匝数必须小于原线圈的匝数 ‎【解题思路】解答本题应注意以下几点:‎ ‎【解析】选A。汽车的点火装置是利用变压器原理工作的,当开关始终闭合时,通过原线圈的电流恒定,原线圈中产生的磁场恒定,则在副线圈上不会产生电压,所以B错误;由题可知原线圈处接12 V的直流电源,当断开开关瞬间原线圈中电流迅速变化,会产生变化的磁场,则在副线圈中可能产生高压,所以C错误;由=可知,要在副线圈中产生高压,则原线圈匝数必须小于副线圈的匝数,所以D错误。故选A。‎ 8‎ ‎1.(2019·嘉兴模拟)如图所示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220 V时,副线圈输出直流电压12 V D.当原线圈输入交流电压220 V、副线圈接负载时,副线圈中电流比原线圈中电流小 ‎【解析】选B。根据铭牌上所提供的信息可知,变压器的输入电压为220 V,输出电压为12 V,该变压器为降压变压器,故选项A错误,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。‎ ‎2.(2017·浙江4月选考真题)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验,必须要选用的是____________ (多选)。 ‎ A.有闭合铁芯的原副线圈　B.无铁芯的原副线圈 C.交流电源 D.直流电源 E.多用电表(交流电压挡) F.多用电表(交流电流挡) ‎ 用匝数na=60匝和nb=120匝的变压器,实验测量数据如表,‎ U1/V ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.80‎ ‎4.90‎ U2/V ‎4.00‎ ‎6.01‎ ‎8.02‎ ‎9.98‎ 根据测量数据可判断连接电源的线圈是_________(填“na”或“nb”)。  ‎ ‎【解析】变压器原副线圈需要有闭合铁芯,才能尽可能地减少漏磁,使穿过两线圈的磁通量相同,也才能更好地观察到原副线圈电压与匝数的关系,故A项正确,B项错误。直流电源通过线圈不可能引发自感现象,从而也就无法产生感应电动势,实现变压器更是无从谈起,故C项正确,D项错误。为了探究变压器线圈两端电压与匝数的关系,必须要测量原副线圈电压,因此必须要用到多用电表(交流电压挡),而不是多用电表(交流电流挡),故E项正确,F 8‎ 项错误。已知==,那么理论上Ua与Ub之比也应为。但是由于实验中很难达到理想条件,不可避免地存在漏磁等现象,导致副线圈电压比理论值略小。那么据此对照实验数据即可发现,Ua均略小于,故na为副线圈,nb为原线圈,那么连接电源的原线圈自然应该是nb。‎ 答案:ACE　nb ‎1.变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。‎ ‎2.两类理想变压器的动态分析问题:‎ ‎(1)匝数比不变的情况(如图甲所示):‎ ‎①U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2都不变。‎ ‎②当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。‎ ‎③I2变化引起P2变化,由P1=P2知P1发生变化。‎ ‎(2)负载电阻不变的情况(如图乙所示):‎ ‎①U1不变,发生变化,U2变化。‎ ‎②R不变,U2变化,I2发生变化。‎ ‎③根据P2=和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化。‎ ‎【加固训练】‎ ‎(2015·浙江10月选考真题)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,‎ 8‎ 电源输出端与变压器线圈连接方式正确的是________(选填“图1”或“图2”)。变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝,测得的电压分别为8.2 V和3.6 V,据此可知电压比与匝数比不相等,主要原因是____________________。 ‎ ‎【解析】变压器是靠电磁感应原理工作的,必须接交流电,故正确的是图2;理想变压器电压与匝数成正比,实际变压器不成正比的原因是由于漏磁、铁芯发热、导线发热等电能损失造成的。‎ 答案:图2　漏磁、铁芯发热、导线发热 考点2　电能的输送(c)‎ ‎【典例2】(多选)某小型发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向用户供电。已知输电线的总电阻为R=10 Ω,降压变压器T2原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压u=‎ ‎220sin 100πt(V),降压变压器的副线圈与滑动变阻器组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,当负载R0=11 Ω时 (　　)‎ A.通过R的电流有效值是20 A B.升压变压器的输入功率为4 650 W C.当负载R0增大时,发电机的输出功率减小 D.发电机中电流变化的频率为100 Hz 8‎ ‎【解析】选B、C。通过R0的电流有效值I4== A=20 A,根据=得,输电线上的电流I3=20× A=5 A,故A错误;输电线上损耗的功率P损=R=250 W,降压变压器的输入功率P3=U4I4=220×20 W=4 400 W,则升压变压器的输入功率为P1=P2=P3+P损=(4 400+250)W=4 650 W,故B正确;当R0增大时,降压变压器的输出电流减小,则输电线上的电流减小,升压变压器原线圈中的电流变小,根据P=UI知,发电机的输出功率减小,故C正确;交流电的频率f== Hz=50 Hz,故D错误。‎ ‎1.(多选)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则 (　　)‎ A.用户用电器上交流电的频率是50 Hz B.发电机输出交流电的电压有效值是500 V C.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小 ‎【解析】选A、D。由图乙可知交流电的周期为0.02 s,频率为50 Hz,则A正确;发电机输出电压的有效值是 V,则B错误;输电线上的电流由用户消耗的功率及降压变压器原副线圈的匝数比共同决定,则C错误;当用户用电器的总电阻增大时,‎ 8‎ 设降压变压器副线圈两端的电压为U4,则U4没变,由P=知,用户消耗功率变小,降压变压器输入功率变小,设降压变压器原线圈电压为U3,又P入=I线U3,U3没变,I线变小,P线=R线,R线未变,则输电线上损失的功率减少,故D正确。‎ ‎2.(2019·丽水模拟)如图所示,利用理想变压器进行远距离输电,发电厂的输出电压恒定,输电线路的电阻不变,当用电高峰到来时 (　　)‎ A.输电线上损耗的功率减小 B.电压表V1的示数减小,电流表A1的示数增大 C.电压表V2的示数增大,电流表A2的示数减小 D.用户功率与发电厂输出功率的比值减小 ‎【解析】选D。当用电高峰到来时,用户消耗的功率变大,则电流表A2读数变大,输电线上的电流变大,输电线上损耗的功率变大,选项A错误;电流表A1增大,因为发电厂的输出电压恒定,则升压变压器的次级电压不变,即电压表V1的示数不变,选项B错误;输电线上的电压损失变大,故降压变压器的初级电压减小,次级电压也减小,即电压表V2的示数减小,选项C错误;用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例=1-=1-,因为输电线上的电流增大,则电压损失增大,U1不变,所以用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例减小,故D正确。‎ ‎1.降低输电损耗的两个途径:‎ ‎(1)减小输电线的电阻,由电阻定律R=ρ可知,在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应采用电阻率小的材料,也可以增加导线的横截面积。‎ ‎(2)减小输电导线中的输电电流,由P=UI可知,当输送功率一定时,提高输电电压,可以减小输电电流。‎ 8‎ ‎2.远距离输电问题的“三二一”:‎ ‎(1)理清三个回路。‎ ‎(2)抓住两个联系。‎ ‎①理想的升压变压器联系了回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是=,=,P1=P2。‎ ‎②理想的降压变压器联系了回路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是=,=,P3=P4。‎ ‎(3)掌握一个守恒:能量守恒关系式P1=P损+P3‎ ‎【加固训练】‎ ‎(多选)一台发电机最大输出功率为4 000 kW,电压为4 000 V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻为R=1 kΩ。到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220 V　60 W)。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的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则(　　)‎ A.T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A B.T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V C.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1‎ D.有6×104盏灯泡(220 V　60 W)正常发光 ‎【解析】选A、B、D。远距离输电的模型如图所示。T1原线圈的电流为I1== A=1×103 A,输电线路上损失的功率为P损=R=10%P1,所以I2= ‎ 8‎ ‎= A=20 A,选项A正确;T1的原、副线圈匝数比为===;T1上副线圈的电压为U2=50U1=2×105 V,T2原线圈的电压为U3=U2-‎ I2R=2×105 V-20×103 V=1.8×105 V,选项B正确;T2上原、副线圈的变压比为===,选项C错误;能正常发光的灯泡的盏数为:N==6×104,选项D正确。‎ 8‎