(全國(guó)通用)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 微專題78 變壓器與遠(yuǎn)距離輸電加練半小時(shí)(含解析)
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1、變壓器與遠(yuǎn)距離輸電 [方法點(diǎn)撥] (1)變壓器聯(lián)系著兩個(gè)電路:原線圈電路、副線圈電路.原線圈在原線圈電路中相當(dāng)于一用電器.副線圈在副線圈電路中相當(dāng)于電源.(2)遠(yuǎn)距離輸電示意圖中涉及三個(gè)電路,在中間的遠(yuǎn)距離輸電線路中升壓變壓器的副線圈、導(dǎo)線、降壓變壓器的原線圈相當(dāng)于閉合回路的電源、電阻、用電器. 1.(多選)(2018·廣東省東莞市模擬)如圖1所示,理想變壓器的原線圈接在一個(gè)交變電源上,交變電壓瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的規(guī)律為u=220sin100πt (V),副線圈所在電路中接有燈泡、電動(dòng)機(jī)、理想交流電壓表和理想交流電流表.已知理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1,燈泡的電阻為22Ω,電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻
2、為1Ω,電流表示數(shù)為3A,各用電器均正常工作.則( ) 圖1 A.通過副線圈的電流頻率為5Hz B.電壓表示數(shù)為22V C.變壓器原線圈的輸入功率為66W D.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為40W 2.如圖2所示的電路中,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=22∶5,原線圈接u=220sin100πt (V)的交流電,電阻R1=R2=25Ω,D1、D2為兩只理想二極管,假設(shè)兩二極管的正向電阻為零,反向電阻為無窮大,則副線圈電路中理想交流電流表的讀數(shù)為( ) 圖2 A.1AB.2AC.AD.2A 3.(多選)(2018·山東省濰坊市一模)如圖3所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為T
3、,矩形線圈面積為0.08m2,匝數(shù)為10,電阻不計(jì),通過電刷與理想變壓器原線圈相連.當(dāng)線圈繞垂直磁場(chǎng)的軸OO′以50πrad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),副線圈兩端的理想交流電壓表的示數(shù)為16V,則( ) 圖3 A.在圖示位置時(shí)矩形線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為零 B.矩形線圈產(chǎn)生的交流電周期為0.02s C.矩形線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有效值為80V D.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為5∶1 4.(2018·天津市十二區(qū)聯(lián)考)如圖4所示,為遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)比為k1,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)比為k2.升壓變壓器原線圈兩端接入一電壓u=Umsinωt
4、的交流電源,用戶的總電阻為R(可視為純電阻),輸電線總電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則用戶獲得的電壓U為( ) 圖4 A. B. C. D. 5.(多選)(2018·河北省邢臺(tái)市質(zhì)檢)如圖5所示,一個(gè)面積為S的單匝金屬線圈(電阻不計(jì))在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈兩端通過電刷與圖示的電路連接.其中電阻R1=R,光敏電阻R2在無光照時(shí)其阻值也為R(有光照時(shí)其電阻減小),理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n,則( ) 圖5 A.從圖示位置開始計(jì)時(shí),線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=BSωsinωt B.開關(guān)S處于閉合
5、狀態(tài),當(dāng)減小光照強(qiáng)度時(shí),電壓表的示數(shù)不變,電流表的示數(shù)減小 C.開關(guān)S處于閉合狀態(tài),當(dāng)R2上端串聯(lián)理想二極管(正向電阻為零,反向電阻無窮大)時(shí),電流表的示數(shù)不變 D.當(dāng)開關(guān)S斷開、R2用黑紙包裹時(shí),R2兩端電壓的有效值為 6.(2019·廣東省東莞市質(zhì)檢)如圖6所示,甲圖是副線圈接有燈泡和理想交流電流表的理想變壓器,乙圖是輸出端電壓的U2-t圖象,已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,電流表的示數(shù)為1A.則( ) 圖6 A.電壓表V1的示數(shù)為220V B.電壓表V2的示數(shù)為28.2V C.變壓器原線圈電流的最大值為A D.燈泡實(shí)際消耗的功率為20W 7.(2018·四
6、川省成都市模擬)如圖7所示,一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2=55∶1,原線圈接入電壓u=220sin100πt(V)的交流電源,圖中電表均為理想電表,閉合開關(guān)后,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最上端滑到最下端的過程中,下列說法正確的是( ) 圖7 A.副線圈中交變電流的頻率為100Hz B.t=0.02s時(shí),電壓表的示數(shù)為0 C.電流表的示數(shù)先變小后變大 D.定值電阻R消耗的功率先變大后變小 8.(2018·河北省石家莊市質(zhì)檢)如圖8所示,理想變壓器三個(gè)線圈的匝數(shù)比n1∶n2∶n3=10∶5∶1,其中匝數(shù)為n1的原線圈接到220V的交流電源上,匝數(shù)為n2和n3的兩個(gè)
7、副線圈分別與電阻R2、R3組成閉合回路.已知通過電阻R3的電流I3=2A,電阻R2=110Ω,則通過電阻R2的電流I2和通過原線圈的電流I1分別是( ) 圖8 A.10A,12A B.10A,20A C.1A,0.7A D.1A,3A 9.(2018·重慶一中月考)調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器,它的構(gòu)造如圖9所示,線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上,CD之間加上輸入電壓,當(dāng)滑動(dòng)觸頭P轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),改變了副線圈匝數(shù),從而調(diào)節(jié)輸出電壓.圖中A為交流電流表,V為交流電壓表,R1、R2為定值電阻,R3為滑動(dòng)變阻器,C、D兩端接恒壓交流電源,變壓器可視為理想變壓器,則( ) 圖9 A.當(dāng)滑
8、動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)時(shí),電壓表讀數(shù)變大 B.當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變小 C.當(dāng)變壓器滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),M、N之間的電壓變大 D.當(dāng)變壓器滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),變壓器輸出功率變大 10.(多選)(2018·云南師大附中月考)如圖10所示為模擬遠(yuǎn)距離輸電的實(shí)驗(yàn)電路圖.兩理想變壓器的匝數(shù)n1=n4<n2=n3,模擬輸電線上的四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4的阻值均為R,A1、A2為相同的理想交流電流表,L1、L2為相同的小燈泡,燈絲電阻RL>2R,忽略燈絲電阻隨溫度的變化.在A、B端接入輸出電壓為U的低壓交流電源,下列說法正確的是( ) 圖10 A.A1的示數(shù)
9、I1= B.燈泡L1比燈泡L2亮 C.R1消耗的功率大于R3消耗的功率 D.R2兩端的電壓小于R4兩端的電壓 11.(2018·廣西桂林、百色、崇左聯(lián)考)如圖11所示,矩形線圈abcd與理想變壓器原線圈組成閉合電路.線圈在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω,匝數(shù)為N,線圈電阻不計(jì).下列說法正確的是( ) 圖11 A.電容器的電容C變小時(shí),燈泡變亮 B.將原線圈滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)時(shí),燈泡變暗 C.若線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)?ω,燈泡變亮 D.線圈處于圖示位置時(shí),電壓表讀數(shù)為零 12.如圖12所示,一理想變壓器的原線圈接在電壓
10、有效值為220V的正弦式交流電源上,兩副線圈匝數(shù)分別為n2=16,n3=144,通過理想二極管(具有單向?qū)щ娦?、單刀雙擲開關(guān)與一只“36V 18W”的燈泡相連(燈泡電阻不變),當(dāng)開關(guān)接1時(shí),燈泡正常發(fā)光,則下列說法中不正確的是( ) 圖12 A.原線圈的匝數(shù)為880 B.當(dāng)開關(guān)接2時(shí),燈泡兩端電壓的有效值為20V C.當(dāng)開關(guān)接2時(shí),燈泡消耗的功率約為18W D.當(dāng)開關(guān)接2時(shí),燈泡消耗的功率為W 答案精析 1.BD [由u=220sin100πt (V)知交變電流的頻率f==50Hz,變壓器不改變交變電流的頻率,A錯(cuò)誤;由理想變壓器的變壓規(guī)律=,可知U2=U1=22V,
11、故電壓表的示數(shù)為22V,B正確;變壓器原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,為P=U2I2=66W,C錯(cuò)誤;流過小燈泡的電流I==1A,故流過電動(dòng)機(jī)的電流IM=2A,電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=U2IM-IM2r=40W,D正確.] 2.B [由于二極管具有單向?qū)щ娦?,在一個(gè)周期內(nèi)相當(dāng)于只有一個(gè)電阻能夠正常工作,由理想變壓器變壓規(guī)律=可知,輸出電壓U2=50V,所以電流表讀數(shù)I=A=2A,故B正確.] 3.AD [在題圖所示位置時(shí),穿過矩形線圈的磁通量最大,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為零,故A正確;矩形線圈產(chǎn)生的交流電周期為T===0.04s,故B錯(cuò)誤;矩形線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值為Emax=NBSω=10××
12、0.08×50πV=80V,矩形線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有效值為E有==80V,故C錯(cuò)誤;變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為===5∶1,故D正確.] 4.D [設(shè)用戶用電的總功率為P,流過用戶電阻的電流為I4=,故在輸電線路上的電流為I3==;升壓變壓器原線圈兩端電壓的有效值為U1=;輸電線路上損失的電壓為ΔU=I3·2r;升壓變壓器副線圈兩端的電壓為U2=,故降壓變壓器原線圈兩端電壓為U3=U2-ΔU,又因?yàn)閁3=k2U=k2I4·R,聯(lián)立解得U=,故選D.] 5.BD [從題圖所示位置開始計(jì)時(shí),線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=BSωcosωt,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;減小光照強(qiáng)度時(shí),R2電阻增大,
13、副線圈的電壓由匝數(shù)和輸入電壓決定,電壓表的示數(shù)不變,通過R2的電流減小,電流表示數(shù)減小,故選項(xiàng)B正確;由于理想二極管具有單向?qū)щ娦?,在一個(gè)周期內(nèi)有·+0=·T,電阻消耗的功率減小,原線圈輸入功率減小,電流表示數(shù)將減小,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;開關(guān)S斷開時(shí),電阻R1和理想變壓器串聯(lián),根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律有:U1′=-I1′R1,=n,=,I2′=,聯(lián)立解得:I1′=,U2′=,故選項(xiàng)D正確.] 6.C [電表的示數(shù)均為有效值,故電壓表V2的示數(shù)為20V,因原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1,故電壓表V1的示數(shù)為U1=20×10V=200V,故A、B錯(cuò)誤;電流表的示數(shù)為1A,根據(jù)電流大小與匝數(shù)成反比得原線圈電流I1
14、=×1A=0.1A,原線圈的最大電流為A,故C正確;由P=UI可知,燈泡實(shí)際消耗的功率為P=20×1W=20W,故D錯(cuò)誤.] 7.C [由電壓公式知ω=100πrad/s,f==Hz=50Hz,A項(xiàng)錯(cuò)誤;原線圈兩端的輸入電壓有效值為220V,由電壓與匝數(shù)成正比知,=,所以副線圈兩端電壓為:U2=·U1=×220V=4V(即為電壓表的讀數(shù)),B項(xiàng)錯(cuò)誤;由題圖可知,滑動(dòng)變阻器的上、下兩部分并聯(lián)后與R串聯(lián),根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知,當(dāng)P位于中間位置時(shí),并聯(lián)電阻的電阻值最大,所以當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從最上端滑到最下端的過程中,電路中的總電阻先增大后減小,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,電路中的電流先減
15、小后增大,定值電阻R消耗功率將先減小后增大.變壓器的輸出電流先減小后增大,則輸入的電流也是先減小后增大,即電流表的示數(shù)先變小后變大,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.] 8.C [由于==,且n1∶n2∶n3=10∶5∶1,U1=220V,解得U2=110V,U3=22V,根據(jù)歐姆定律得I2==A=1A,根據(jù)理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等可得U1I1=U2I2+U3I3,代入數(shù)據(jù)得I1=0.7A,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤.] 9.C [當(dāng)保持P的位置不動(dòng),即保持變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比不變,則M、N兩端的電壓不變,將滑片向下移動(dòng)時(shí),連入電路的電阻的阻值變小,因而總電流增大,R1分得的電壓增大,并聯(lián)
16、支路的電壓即電壓表的示數(shù)減小,R2中電流減小,R3中電流變大,即電流表讀數(shù)變大,故A、B錯(cuò)誤;保持滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值不變,將P沿逆時(shí)針方向移動(dòng)時(shí),變壓器的原線圈的匝數(shù)不變,副線圈的匝數(shù)增大,M、N兩端的電壓變大,C正確;將P沿順時(shí)針方向移動(dòng)時(shí),變壓器的原線圈的匝數(shù)不變,副線圈的匝數(shù)減少,M、N兩端的電壓減小,總電流減小,則變壓器輸出功率變小,D錯(cuò)誤.] 10.BD [根據(jù)=,==,∶=,聯(lián)立解得L1兩端電壓UL1=U4=,A1的示數(shù)為I1==,將U4代入可知A錯(cuò)誤;L2所在回路中,由歐姆定律可知電流I′=,L2兩端電壓UL2=I′RL=<UL1,由P=可得燈泡L1比燈泡L2亮,B正確;
17、電阻消耗功率P=I2R,由過程分析知I<I′,所以P1<P3,C錯(cuò)誤;因I<I′,又根據(jù)歐姆定律U=IR得,R2兩端的電壓小于R4兩端的電壓,D正確.] 11.C [電容器的電容C變小時(shí),其容抗變大,故副線圈回路中電流減小,燈泡變暗,故A錯(cuò)誤;將原線圈滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)時(shí),原線圈匝數(shù)減小,根據(jù)=,知輸出電壓變大,故燈泡會(huì)變亮,故B錯(cuò)誤;若線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度變?yōu)?ω,根據(jù)公式Em=NBSω,電動(dòng)勢(shì)最大值增加為原來的2倍,根據(jù)有效值U=以及=可知,輸出電壓變大,所以燈泡會(huì)變亮,故C正確;線圈處于題圖所示位置時(shí),是中性面位置,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為零,但電壓表讀數(shù)為有效值,不為零,故D錯(cuò)誤.] 12.C [由=得n1=880,所以選項(xiàng)A正確;當(dāng)開關(guān)接2時(shí),有=,解得U=40V,設(shè)交流電的周期為T,由·=T,可得燈泡兩端電壓的有效值U′=20V,燈泡電阻為RL==72Ω,燈泡消耗的實(shí)際功率為P==W,即選項(xiàng)C錯(cuò)誤,B、D正確.] 9
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