高考物理一輪基礎(chǔ)復(fù)習 變壓器及遠距離輸電1

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變壓器及遠距離輸電 一、選擇題(每小題5分，共40分) 1．如圖所示，一理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝1 100匝，副線圈匝數(shù)n2＝220匝，交流電源的電壓u＝220sin 100πt V，電阻R＝44 Ω，電壓表、電流表為理想電表，則下列說法錯誤的是(　　) A．交流電的頻率為50 Hz B．電流表的示數(shù)為0.2 A C．電流表的示數(shù)為 A D．電壓表的示數(shù)為44 V 　解析　C　由交流電源的電壓瞬時值表達式可知，ω＝100π，所以頻率f＝＝＝50 Hz，A正確；理想變壓器的電壓比等于線圈匝數(shù)比，即＝，其中原線圈電壓的有效值U1＝220 V，U2＝U1＝44 V，故D正確；I2＝＝1 A，故C錯誤；由電流比與線圈匝數(shù)成反比，即＝，所以I1＝I2＝0.2 A，故B正確．綜上所述，說法錯誤的是C項． 2.圖甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化．下列說法正確的是(　　) A．圖甲表示交流電，圖乙表示直流電 B．兩種電壓的有效值相等 C．圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u＝311sin100 πt V D．圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10∶1的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼? 　解析　C　由題圖可知兩個電流的大小和方向均作周期性變化，所以都是交流電，故A錯；有效值E＝只對正弦交流電適用，雖然最大值一樣，有效值不同，所以B錯；由題圖可知，C對；變壓之后頻率不變，D錯． 3．為了減少輸電線路中電力損失，發(fā)電廠發(fā)出的電通常是經(jīng)過變電所升壓后通過遠距離輸送，再經(jīng)變電所將高壓變?yōu)榈蛪海匙冸娝鶎㈦妷簎0＝11 000sin 100πt V的交流電降為220 V供居民小區(qū)用電，則變電所變壓器(　　) A．原、副線圈匝數(shù)比為50∶1 B．副線圈中電流的頻率是50 Hz C．原線圈的導(dǎo)線比副線圈的要粗 D．輸入原線圈的電流等于居民小區(qū)各用電器電流的總和 　解析　AB　u0＝11 000sin 100πt V中的11 000指的是電壓的最大值，有效值為11 000 V，則原、副線圈之間的匝數(shù)之比等于兩線圈的電壓之比，即50∶1，A正確；由ω＝100π可得頻率為50 Hz，B正確；電流與匝數(shù)成反比，即原線圈的電流比副線圈電流要小，因此，副線圈的導(dǎo)線要比原線圈粗，C錯誤；居民小區(qū)各個用電器都是并聯(lián)的，它們的電流總和等于副線圈中的電流，D錯誤． 4．在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，所用的器材叫電流互感器．如下所示的四個圖中，能正確反映其工作原理的是(　　) 　解析　A　電流互感器應(yīng)是測電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線上，故B、D選項錯誤．同時，由I1n1＝I2n2知要使I2n1，故A選項正確，C選項錯誤． 5．理想變壓器連接電路如圖甲所示，當輸入電壓波形如圖乙時，已知原副線圈的匝數(shù)比為10∶1，電流表讀數(shù)為2 A，則(　　) A．電壓表讀數(shù)為282 V B．電壓表讀數(shù)為28.2 V C．輸入功率為56.4 W D．輸入功率為40 W 　解析　D　交流電表測得的是有效值，副線圈兩端電壓有效值為V＝20 V，故A、B項錯；理想變壓器輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出＝UI＝202 W＝40 W，故選項D正確． 6.如圖所示是一臺理想自耦變壓器，在a、b之間接正弦交流電，、分別為理想交流電流表和交流電壓表．若將調(diào)壓端的滑動頭P向上移動，則(　　) A．電壓表的示數(shù)變大 B．電流表的示數(shù)變小 C．變壓器的輸出功率變小 D．變壓器的輸入功率不變 　解析　BC　考查變壓器原理和規(guī)律以及動態(tài)變化．滑動頭P向上移動，原線圈的匝數(shù)將變大，根據(jù)原副線圈的電壓比＝，可判斷副線圈的電壓U2將變小，電壓表示數(shù)變小，A錯；根據(jù)電功率公式P＝，可知副線圈的輸出功率變小，根據(jù)能量守恒，原線圈的輸入功率也隨之變小，故原線圈的電流應(yīng)變小，電流表的示數(shù)變小，B、C正確， D錯． 7.如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1∶5，原線圈兩端的交變電壓為u＝20sin 100πt V，氖泡在兩端電壓達到100 V時開始發(fā)光，下列說法中正確的有(　　) A．開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100 Hz B．開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100 V C．開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大 D．開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變 　解析　AB　由交變電壓的瞬時值表達式知，原線圈兩端電壓的有效值為U1＝ V＝20 V，由＝得副線圈兩端的電壓為U2＝100 V，電壓表的示數(shù)為交流電的有效值，B正確；交變電壓的頻率為f＝＝50 Hz，一個周期內(nèi)電壓兩次大于100 V，即一個周期內(nèi)氖泡能兩次發(fā)光，所以其發(fā)光頻率為100 Hz，A項正確；開關(guān)斷開前后，輸入電壓不變，變壓器的變壓比不變，故輸出電壓不變，C項錯誤；開關(guān)斷開后，電路消耗的功率減小，輸出功率決定輸入功率，D項錯誤． 8．某小型水電站的電能輸送示意圖如圖．發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)．要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則(　　) A.> B.< C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D．升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 　解析　AD　根據(jù)變壓器工作原理可知＝，＝，由于輸電線上損失一部分電壓，升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，有U2>U3，所以>，A正確，B、C不正確．升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率加上輸電線損失功率，D正確． 二、非選擇題(共60分) 9．(12分)汽車等交通工具用電火花點燃汽油混合氣，如圖所示．已知汽車蓄電池電壓為12 V，變壓器匝數(shù)之比為1∶100，當開關(guān)S閉合后，火花塞上電壓為多少？開關(guān)S從閉合到突然斷開這一過程，可為火花塞提供瞬時高電壓，產(chǎn)生電火花．蓄電池提供的是直流電，為什么變壓器的副線圈也能得到高電壓呢？ 【答案】　開關(guān)S閉合后，變壓器原線圈中是恒定電流，鐵芯中的磁通量不變，副線圈中沒有感應(yīng)電動勢，火花塞上電壓為零．當開關(guān)從閉合到突然斷開，鐵芯中磁通量突然變小，副線圈會產(chǎn)生一個瞬時高電壓(脈沖高電壓可達104 V左右)，使火花塞產(chǎn)生電火花． 10．(14分)如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2＝4∶1，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負載電阻B的阻值相等．a(chǎn)、b兩端加一定交流電壓后，求兩電阻消耗的電功率之比和兩電阻兩端電壓之比． 　解析　根據(jù)變壓器原、副線圈電流比＝＝， 設(shè)流過A電阻的電流I1＝I， 則流過B電阻的電流為I2＝4I， 所以功率比＝＝＝. 兩電阻兩端電壓比＝＝. 【答案】　　 11．(16分)某小型實驗水電站輸出功率是20 kW，輸電線路總電阻是6 Ω. (1)若采用380 V輸電，求輸電線路損耗的功率． (2)若改用5 000 V高壓輸電，用戶端利用n1∶n2＝22∶1 的變壓器降壓，求用戶得到的電壓． 　解析　(1)輸電線上的電流強度為 I＝＝ A＝52.63 A 輸電線路損耗的功率為 P損＝I2R＝52.6326 W≈16 620 W＝16.62 kW. (2)改用高壓輸電后，輸電線上的電流強度變?yōu)? I′＝＝ A＝4 A 用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓 U1＝U′－I′R＝(5 000－46)V＝4 976 V 根據(jù)＝，用戶得到的電壓為 U2＝U1＝4 976 V＝226.18 V. 【答案】　(1)16.62 kW　(2)226.18 V 12．(18分)水力發(fā)電具有防洪、防旱、減少污染多項功能，是功在當代、利在千秋的大事，現(xiàn)在水力發(fā)電已經(jīng)成為我國的重要能源之一．某小河水流量為40 m3/s，現(xiàn)在欲在此河段安裝一臺發(fā)電功率為1 000 kW的發(fā)電機發(fā)電． (1)設(shè)發(fā)電機輸出電壓為500 V，在輸送途中允許的電阻為5 Ω，允許損耗總功率的5%，則所用升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)是多少？ (2)若所用發(fā)電機總效率為50%，要使發(fā)電機能發(fā)揮它的最佳效能，則攔河壩至少要建多高？(g取10 m/s2) 　解析　(1)設(shè)送電電流為I，損耗的功率為P耗，導(dǎo)線電阻為R線，由P＝I2R得： I＝＝ A＝100 A. 設(shè)送電電壓為U送，由P＝IU得： U送＝＝ V＝1104 V， 則升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比： ＝＝＝. (2)發(fā)電時水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，故：50%mgh＝Pt， 其中：＝ρ＝110340 kg/s＝4104 kg/s， 所以h＝＝ m＝5 m. 【答案】　(1)1∶20　(2)5 m - 6 -