2020版高考物理一轮复习第十一章 微专题78变压器与远距离输电

2020版高考物理一轮复习第十一章 微专题78变压器与远距离输电

变压器与远距离输电 ‎[方法点拨]　(1)变压器联系着两个电路：原线圈电路、副线圈电路.原线圈在原线圈电路中相当于一用电器.副线圈在副线圈电路中相当于电源.(2)远距离输电示意图中涉及三个电路，在中间的远距离输电线路中升压变压器的副线圈、导线、降压变压器的原线圈相当于闭合回路的电源、电阻、用电器.‎ ‎1.(多选)(2018·广东省东莞市模拟)如图1所示，理想变压器的原线圈接在一个交变电源上，交变电压瞬时值随时间变化的规律为u＝220sin100πt (V)，副线圈所在电路中接有灯泡、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，灯泡的电阻为22Ω，电动机内阻为1Ω，电流表示数为3A，各用电器均正常工作.则(　　)‎ 图1‎ A.通过副线圈的电流频率为5Hz B.电压表示数为22V C.变压器原线圈的输入功率为66W D.电动机的输出功率为40W ‎2.如图2所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5，原线圈接u＝220sin100πt (V)的交流电，电阻R1＝R2＝25Ω，D1、D2为两只理想二极管，假设两二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，则副线圈电路中理想交流电流表的读数为(　　)‎ 图2‎ A.1AB.2AC.AD.2A ‎3.(多选)(2018·山东省潍坊市一模)如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为T，矩形线圈面积为0.08m2，匝数为10，电阻不计，通过电刷与理想变压器原线圈相连.当线圈绕垂直磁场的轴OO′以50πrad/s的角速度转动时，副线圈两端的理想交流电压表的示数为16V，则(　　)‎ 图3‎ A.在图示位置时矩形线圈产生的电动势为零 B.矩形线圈产生的交流电周期为0.02s C.矩形线圈产生的电动势有效值为80V D.变压器原、副线圈匝数之比为5∶1‎ ‎4.(2018·天津市十二区联考)如图4所示，为远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器T1的原、副线圈匝数比为k1，降压变压器T2的原、副线圈匝数比为k2.升压变压器原线圈两端接入一电压u＝Umsinωt的交流电源，用户的总电阻为R(可视为纯电阻)，输电线总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则用户获得的电压U为(　　)‎ 图4‎ A. B. C. D. ‎5.(多选)(2018·河北省邢台市质检)如图5所示，一个面积为S的单匝金属线圈(电阻不计)在匀强磁场B中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈两端通过电刷与图示的电路连接.其中电阻R1＝R，光敏电阻R2在无光照时其阻值也为R(有光照时其电阻减小)，理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，则(　　)‎ 图5‎ A.从图示位置开始计时，线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式为e＝BSωsinωt B.开关S处于闭合状态，当减小光照强度时，电压表的示数不变，电流表的示数减小 C.开关S处于闭合状态，当R2上端串联理想二极管(正向电阻为零，反向电阻无穷大)时，电流表的示数不变 D.当开关S断开、R2用黑纸包裹时，R2两端电压的有效值为 ‎6.(2019·广东省东莞市质检)如图6所示，甲图是副线圈接有灯泡和理想交流电流表的理想变压器，乙图是输出端电压的U2－t图象，已知变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电流表的示数为1A.则(　　)‎ 图6‎ A.电压表V1的示数为220V B.电压表V2的示数为28.2V C.变压器原线圈电流的最大值为A D.灯泡实际消耗的功率为20W ‎7.(2018·四川省成都市模拟)如图7所示，一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝55∶1，原线圈接入电压u＝220sin100πt(V)的交流电源，图中电表均为理想电表，闭合开关后，当滑动变阻器的滑动触头P从最上端滑到最下端的过程中，下列说法正确的是(　　)‎ 图7‎ A.副线圈中交变电流的频率为100Hz B.t＝0.02s时，电压表的示数为0‎ C.电流表的示数先变小后变大 D.定值电阻R消耗的功率先变大后变小 ‎8.(2018·河北省石家庄市质检)如图8所示，理想变压器三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中匝数为n1的原线圈接到220V的交流电源上，匝数为n2和n3的两个副线圈分别与电阻R2、R3组成闭合回路.已知通过电阻R3的电流I3＝2A，电阻R2＝110Ω，则通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1分别是(　　)‎ 图8‎ A.10A,12A B.10A,20A C.1A,0.7A D.1A,3A ‎9.(2018·重庆一中月考)调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图9所示，线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，CD之间加上输入电压，当滑动触头P转动时，改变了副线圈匝 数，从而调节输出电压.图中A为交流电流表，V为交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C、D两端接恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，则(　　)‎ 图9‎ A.当滑动变阻器滑片向下滑动时，电压表读数变大 B.当滑动变阻器滑片向下滑动时，电流表读数变小 C.当变压器滑动触头P逆时针转动时，M、N之间的电压变大 D.当变压器滑动触头P顺时针转动时，变压器输出功率变大 ‎10.(多选)(2018·云南师大附中月考)如图10所示为模拟远距离输电的实验电路图.两理想变压器的匝数n1＝n4＜n2＝n3，模拟输电线上的四个电阻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RL＞2R，忽略灯丝电阻随温度的变化.在A、B端接入输出电压为U的低压交流电源，下列说法正确的是(　　)‎ 图10‎ A.A1的示数I1＝ B.灯泡L1比灯泡L2亮 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 ‎11.(2018·广西桂林、百色、崇左联考)如图11所示，矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路.线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁感应强度大小为B，线圈转动的角速度为ω，匝数为N，线圈电阻不计.下列说法正确的是(　　)‎ 图11‎ A.电容器的电容C变小时，灯泡变亮 B.将原线圈滑动触头P向下滑动时，灯泡变暗 C.若线圈转动的角速度变为2ω，灯泡变亮 D.线圈处于图示位置时，电压表读数为零 ‎12.如图12所示，一理想变压器的原线圈接在电压有效值为220V的正弦式交流电源上，两副线圈匝数分别为n2＝16，n3＝144，通过理想二极管(具有单向导电性)、单刀双掷开关与一只“36V　18W”的灯泡相连(灯泡电阻不变)，当开关接1时，灯泡正常发光，则下列说法中不正确的是(　　)‎ 图12‎ A.原线圈的匝数为880‎ B.当开关接2时，灯泡两端电压的有效值为20V C.当开关接2时，灯泡消耗的功率约为18W D.当开关接2时，灯泡消耗的功率为W 答案精析 ‎1.BD　[由u＝220sin100πt (V)知交变电流的频率f＝＝50Hz，变压器不改变交变电流的频率，A错误；由理想变压器的变压规律＝，可知U2＝U1＝22V，故电压表的示数为22V，B正确；变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，为P＝U2I2＝66W，C错误；流过小灯泡的电流I＝＝1A，故流过电动机的电流IM＝2A，电动机的输出功率P出＝U2IM－IM2r＝40W，D正确.]‎ ‎2.B　[由于二极管具有单向导电性，在一个周期内相当于只有一个电阻能够正常工作，由理想变压器变压规律＝可知，输出电压U2＝50V，所以电流表读数I＝A＝2A，故B正确.]‎ ‎3.AD　[在题图所示位置时，穿过矩形线圈的磁通量最大，产生的电动势为零，故A正确；矩形线圈产生的交流电周期为T＝＝＝0.04s，故B错误；矩形线圈产生的电动势最大值为Emax＝NBSω＝10××0.08×50πV＝80V，矩形线圈产生的电动势有效值为E有＝＝80V，故C错误；变压器原、副线圈匝数之比为＝＝＝5∶1，故D正确.]‎ ‎4.D　[设用户用电的总功率为P，流过用户电阻的电流为I4＝，故在输电线路上的电流为I3＝＝；升压变压器原线圈两端电压的有效值为U1＝；输电线路上损失的电压为ΔU＝I3·2r；升压变压器副线圈两端的电压为U2＝，故降压变压器原线圈两端电压为U3＝U2－ΔU，又因为U3＝k2U＝k2I4·R，联立解得U＝，故选D.]‎ ‎5.BD　[从题图所示位置开始计时，线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式为e＝BSωcosωt，故选项A错误；减小光照强度时，R2电阻增大，副线圈的电压由匝数和输入电压决定，电压表的示数不变，通过R2的电流减小，电流表示数减小，故选项B正确；由于理想二极管具有单向导电性，在一个周期内有·＋0＝·T，电阻消耗的功率减小，原线圈输入功率减小，电流表示数将减小，故选项C错误；开关S断开时，电阻R1和理想变压器串联，根据串联电路规律有：U1′＝－I1′R1，＝n，＝，I2′＝，联立解得：I1‎ ‎′＝，U2′＝，故选项D正确.]‎ ‎6.C　[电表的示数均为有效值，故电压表V2的示数为20V，因原、副线圈匝数之比为10∶1，故电压表V1的示数为U1＝20×10V＝200V，故A、B错误；电流表的示数为1A，根据电流大小与匝数成反比得原线圈电流I1＝×1A＝0.1A，原线圈的最大电流为A，故C正确；由P＝UI可知，灯泡实际消耗的功率为P＝20×1W＝20W，故D错误.]‎ ‎7.C　[由电压公式知ω＝100πrad/s，f＝＝Hz＝50Hz，A项错误；原线圈两端的输入电压有效值为220V，由电压与匝数成正比知，＝，所以副线圈两端电压为：U2＝·U1＝×220V＝4V(即为电压表的读数)，B项错误；由题图可知，滑动变阻器的上、下两部分并联后与R串联，根据串并联电路的特点可知，当P位于中间位置时，并联电阻的电阻值最大，所以当滑动变阻器的滑动触头P从最上端滑到最下端的过程中，电路中的总电阻先增大后减小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流先减小后增大，定值电阻R消耗功率将先减小后增大.变压器的输出电流先减小后增大，则输入的电流也是先减小后增大，即电流表的示数先变小后变大，C项正确，D项错误.]‎ ‎8.C　[由于＝＝，且n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，U1＝220V，解得U2＝110V，U3＝22V，根据欧姆定律得I2＝＝A＝1A，根据理想变压器的输入功率和输出功率相等可得U1I1＝U2I2＋U3I3，代入数据得I1＝0.7A，故C正确，A、B、D错误.]‎ ‎9.C　[当保持P的位置不动，即保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，则M、N两端的电压不变，将滑片向下移动时，连入电路的电阻的阻值变小，因而总电流增大，R1分得的电压增大，并联支路的电压即电压表的示数减小，R2中电流减小，R3中电流变大，即电流表读数变大，故A、B错误；保持滑动变阻器连入电路的阻值不变，将P沿逆时针方向移动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数增大，M、N两端的电压变大，C正确；将P沿顺时针方向移动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数减少，M、N两端的电压减小，总电流减小，则变压器输出功率变小，D错误.]‎ ‎10.BD　[根据＝，＝＝，∶＝，联立解得L1两端电压UL1＝U4＝，A1的示数为I1＝＝，将U4代入可知A错误；L2所在回路中，由欧姆定律可知电流I′＝，L2两端电压UL2＝I′RL＝＜UL1，由P＝可得灯泡L1比灯泡L2亮，B正确；电阻消耗功率P＝‎ I2R，由过程分析知I＜I′，所以P1＜P3，C错误；因I＜I′，又根据欧姆定律U＝IR得，R2两端的电压小于R4两端的电压，D正确.]‎ ‎11.C　[电容器的电容C变小时，其容抗变大，故副线圈回路中电流减小，灯泡变暗，故A错误；将原线圈滑动触头P向下滑动时，原线圈匝数减小，根据＝，知输出电压变大，故灯泡会变亮，故B错误；若线圈转动角速度变为2ω，根据公式Em＝NBSω，电动势最大值增加为原来的2倍，根据有效值U＝以及＝可知，输出电压变大，所以灯泡会变亮，故C正确；线圈处于题图所示位置时，是中性面位置，感应电动势的瞬时值为零，但电压表读数为有效值，不为零，故D错误.]‎ ‎12.C　[由＝得n1＝880，所以选项A正确；当开关接2时，有＝，解得U＝40V，设交流电的周期为T，由·＝T，可得灯泡两端电压的有效值U′＝20V，灯泡电阻为RL＝＝72Ω，灯泡消耗的实际功率为P＝＝W，即选项C错误，B、D正确.]‎