2019年高考物理 母題題源系列 專(zhuān)題12 變壓器 遠(yuǎn)距離輸電（含解析）

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1、專(zhuān)題12 變壓器 遠(yuǎn)距離輸電 【母題來(lái)源一】2019年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理（江蘇卷） 【母題原題】（2019·江蘇卷）某理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)之比為1：10，當(dāng)輸入電壓增加20 V時(shí)，輸出電壓 A．降低2 V B．增加2 V C．降低200 V D．增加200 V 【答案】D 【解析】由理想變壓器原、副線(xiàn)圈電壓比等于匝數(shù)比即，得：，即副線(xiàn)圈兩端電壓與原線(xiàn)圈兩端電壓成正比，所以有：，當(dāng)輸入電壓增加20V時(shí)，輸出電壓增大200V，故D正確。 【命題意圖】考查變壓器的工作原理、歐姆定律、閉合電路歐姆定律和電功率等知識(shí)，意在考查考生的理解能力和綜合分析能力。

2、 【考試方向】對(duì)理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析的考查：一是負(fù)載不變，通過(guò)匝數(shù)變化求解原副線(xiàn)圈的各參量；二是匝數(shù)不變，負(fù)載變化，討論各量的變化。 【得分要點(diǎn)】1、電壓器的幾個(gè)常用關(guān)系： （1）電壓關(guān)系：或者或者（多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)），即原副線(xiàn)圈兩端電壓之比等于線(xiàn)圈的匝數(shù)之比。 （2）電流關(guān)系：根據(jù)P入=P出可求出，或者n1I1=n2I2或者n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+n5I5+…（有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)）。 （3）功率關(guān)系：P入＝P出，即I1U1＝I2U2（一個(gè)副線(xiàn)圈）或者I1U1＝I2U2+I3U3+I4U4+…（多個(gè)副線(xiàn)圈）。 （4）各物理量之間的制約關(guān)系：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出功

3、率P出決定輸入功率P入；輸出電流I2決定輸入電流I1。 對(duì)于動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題，求解思路是：通過(guò)某一電阻變化判斷整體電阻變化，據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路電流變化；再抓住“原線(xiàn)圈電壓決定副線(xiàn)圈電壓、副線(xiàn)圈電路決定原線(xiàn)圈電流、副線(xiàn)圈輸出功率決定輸入功率”這個(gè)結(jié)論。 2、解遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題必備技巧 （1）正確畫(huà)出輸電過(guò)程示意圖，并在圖上標(biāo)出各物理量。 （2）抓住變壓器變壓前、后各量間關(guān)系，求出輸電線(xiàn)上的電流。 （3）計(jì)算電路功率問(wèn)題時(shí)常用關(guān)系式：，注意輸電線(xiàn)上的功率損失和電壓損失。 （4）電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則，說(shuō)明原線(xiàn)圈電流由副線(xiàn)圈電流決定。 1．（2018·玉溪市第五中學(xué)期

4、末）交流發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈電阻r＝1 Ω，用電器電阻R＝9 Ω，電壓表示數(shù)為9 V，如圖所示，那么該交流發(fā)電機(jī) A．電動(dòng)勢(shì)的峰值為10 V B．電動(dòng)勢(shì)的有效值為9 V C．交流發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈通過(guò)中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為10 V D．交流發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈自中性面轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 【答案】D 【解析】用電器電阻R＝9 Ω，電壓表示數(shù)為9 V，則電路中的電流I＝1 A，所以，電路中的電動(dòng)勢(shì)E＝I（R＋r）＝1×（1＋9） V＝10 V。電壓表的讀數(shù)是交流電的有效值，所以10 V是電路中電動(dòng)勢(shì)的有效值，其最大值Em＝E＝10 V，故AB錯(cuò)誤。由交流電的產(chǎn)生與變化的規(guī)律可知，交流發(fā)電機(jī)

5、線(xiàn)圈通過(guò)中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最小為零，故C錯(cuò)誤；線(xiàn)圈自中性面轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為，故D正確。 2．（2017·四川高二期末）我國(guó)“西電東送”采用特高壓遠(yuǎn)距離輸電。在西部發(fā)電廠(chǎng)附近升壓變壓器將電壓升高，通過(guò)輸電線(xiàn)輸送到東部某地，再用降壓變壓器降壓到穩(wěn)定的工作電壓，為負(fù)載提供電壓。變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機(jī)輸出電壓及輸電線(xiàn)的電阻均不變。則 A．增加負(fù)載，輸電線(xiàn)上損失的功率增大 B．增加負(fù)載，升壓變壓器的原線(xiàn)圈中電流減小 C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D．升壓變壓器的輸出電壓小于降壓變壓器的輸入電壓 【答案】A 【解析】AB、由于負(fù)載增加，降壓變

6、壓器輸出的功率增加，負(fù)載線(xiàn)路電流變大，故高壓輸電線(xiàn)上的電流變大，，損失功率變大，因?yàn)檩旊娋€(xiàn)中電流變大，根據(jù)變壓器原理可知，升壓變壓器中電流變大，A正確B錯(cuò)誤。CD、因?yàn)檩旊娋€(xiàn)存在電阻，有電壓損失，所以升壓變壓器輸出電壓大于降壓變壓器輸入電壓，CD錯(cuò)誤。 3．（2018·河南高三期中）圖甲為小型交流發(fā)電機(jī)的原理圖，發(fā)電機(jī)的矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從t＝0時(shí)刻開(kāi)始，通過(guò)矩形線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，已知線(xiàn)圈的匝數(shù)n＝50，線(xiàn)圈的電阻r＝5 Ω，線(xiàn)圈與外電路連接的定值電阻R＝45 Ω，電壓表為理想交流電表。則下列判斷正確的是 A．線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為

7、6.28 s B．t＝0時(shí)刻線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行 C．線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為100 V D．電壓表的示數(shù)為45 V 【答案】BD 【解析】A．由乙圖可知，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．由乙可知，時(shí)刻，磁通量為零，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行，B項(xiàng)正確；C．線(xiàn)圈中的最大電動(dòng)勢(shì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．電壓表的示數(shù)為，D項(xiàng)正確。 4．（2016·廣東湛江一中高二期末）如圖所示，圖線(xiàn)a是線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線(xiàn)b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說(shuō)法正確的是 A．在圖中t=0時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量均為零 B．線(xiàn)圈先

8、后兩次轉(zhuǎn)速之比為2:3 C．交流電b的最大值為 V D．交流電a的瞬時(shí)值為u=10sin5πt（V） 【答案】CD 【解析】時(shí)刻，兩次時(shí)刻線(xiàn)圈平面均與中性面重合，磁通量最大，故A錯(cuò)誤；由圖可知，周期，，則線(xiàn)圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比，故B錯(cuò)誤；由電動(dòng)勢(shì)的最大值，則兩個(gè)電壓最大之值比，則交流電b電壓的最大值為，故C正確；由圖電壓最大值，周期，，交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為，故D正確。 5．（2017·鄂爾多斯市第一中學(xué)期末）如圖所示，先后用不同的交流電源給同一燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，如圖甲所示；第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙中的U0、T所表示的電壓、周

9、期值是相等的，下列說(shuō)法正確的是 A．第一次燈泡兩端的電壓有效值為U0 B．第二次燈泡兩端的電壓有效值為U0 C．第一次和第二次燈泡的電功率之比為1∶5 D．第一次和第二次燈泡的電功率之比為2∶9 【答案】AC 【解析】第一次燈泡兩端的電壓有效值為．設(shè)第二次電壓的有效值為U2，根據(jù)有效值的定義，則有，解得，，故A正確，B錯(cuò)誤；由功率的公式得，燈泡的電功率之比是．故C正確，D錯(cuò)誤；故選AC。 6．（2019·天津高考模擬）高壓輸電可大大節(jié)能，至2017年11月，我國(guó)已建成投運(yùn)8項(xiàng)1000 kV特高壓交流工程和11項(xiàng) kV特高壓直流工程。中國(guó)全面掌握了特高壓核心技術(shù)，成為世界首個(gè)也

10、是唯一成功掌握并實(shí)際應(yīng)用特高壓技術(shù)的國(guó)家。某小型水電站的電能輸送示意圖如圖甲所示，發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒定，通過(guò)升壓變壓器和降壓變壓器向用戶(hù)供電，已知輸電線(xiàn)的總電阻為，降壓變壓器的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為4:1，它的副線(xiàn)圈兩端的交變電壓如圖乙所示，若將變壓器視為理想變壓器，則下列說(shuō)法中正確的是 A．降壓變壓器原線(xiàn)圈的輸入電壓為880 V B．降壓變壓器的輸入功率與輸出功率之比為4:1 C．當(dāng)用戶(hù)端用電量增大時(shí)，輸電線(xiàn)上損耗的功率減小 D．當(dāng)用戶(hù)端用電量增大時(shí)，發(fā)電廠(chǎng)輸出的功率也增大 【答案】AD 【解析】A．由圖象得到，降壓變壓器副線(xiàn)圈兩端交變電壓U＝220sin100πt V，有效值

11、為220 V，降壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為4:l，故降壓變壓器T2原線(xiàn)圈的輸入電壓為：4×220 V＝880 V，故A正確；B．降壓變壓器為理想變壓器，故輸入功率與輸出功率之比為1:1，故B錯(cuò)誤；C．輸出功率增大，則輸電線(xiàn)上的電流增大，輸電線(xiàn)上損耗的功率增大，故C錯(cuò)誤；D．用戶(hù)消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率減去輸電線(xiàn)上損失的功率，輸出和損失的功率都增大，故發(fā)電機(jī)輸出功率增大，故D正確。 7．（2019·內(nèi)蒙古集寧一中高二月考）如圖甲所示為理想變壓器，其原線(xiàn)圈匝數(shù)n1=50匝，副線(xiàn)圈匝數(shù)n2=100匝，電阻R1、R2的阻值均為100 Ω。副線(xiàn)圈兩端的電壓U隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示，

12、下列說(shuō)法正確的是 A．電流表的示數(shù)為 B．原線(xiàn)圈中電流變化的頻率為25 Hz C．電阻的熱功率 D．a(chǎn)、b間的輸入電壓的有效值 【答案】CD 【解析】A、電流表的示數(shù)是電流的有效值，則，A選項(xiàng)錯(cuò)誤。B、由圖乙可知，副線(xiàn)圈中交流電的頻率，變壓器不改變交流電的頻率，故原線(xiàn)圈中電流變化的頻率為，故B錯(cuò)誤。CD、原線(xiàn)圈中電流的有效值，原線(xiàn)圈兩端電壓，電阻R1的熱功率，a、b間的輸入電壓的有效值，故CD正確。 8．（2019·浙江高二期末）如圖甲所示，在變壓器輸入端加上如圖乙所示的交變電壓，在副線(xiàn)圈的輸出端串接上一只理想整流二極管D和滑動(dòng)變阻器R，則 A．當(dāng)滑片P上移時(shí)，原線(xiàn)圈中

13、的電流I1變大 B．當(dāng)滑片P上移時(shí)，原線(xiàn)圈的輸入功率變小 C．當(dāng)拿掉二極管后，副線(xiàn)圈中的交流電周期與原來(lái)相同 D．保持滑片P不動(dòng)，R上電流有效值是無(wú)二極管時(shí)的 【答案】BCD 【解析】A項(xiàng)、由于原線(xiàn)圈兩端電壓不變，副線(xiàn)圈兩端電壓不變，當(dāng)滑片P上移時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻變大，所以副線(xiàn)圈中的電流變小，則原線(xiàn)圈中的電流變小，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)、由于原線(xiàn)圈中的電流變小，電壓不變，所以功率變小，故B正確；C項(xiàng)、有二極管存在時(shí)，副線(xiàn)圈中交變電流一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期有電流，但周期不變，拿掉二極管后，副線(xiàn)圈中交變電流的周期不變，故C正確；D項(xiàng)、設(shè)副線(xiàn)圈兩端電壓為U0，有二極管時(shí)，根據(jù)電流的熱效應(yīng)得：，解得，無(wú)二極管時(shí)，R兩端的電壓為：，根據(jù)可得：保持滑片P不動(dòng)，R上電流有效值是無(wú)二極管時(shí)的，故D正確。 8