高考物理一轮复习 考点通关练 考点39 变压器 电能的输送.doc

考点39变压器电能的输送考点名片考点细研究：考试说明将本考点的要求由调为，对本考点要求有所提高，主要考查内容是：(1)理想变压器；(2)远距离输电等。其中考查到的如：2016年全国卷第16题、2016年全国卷第19题、2016年天津高考第5题、2016年四川高考第2题、2016年江苏高考第4题、2015年全国卷第16题、2015年江苏高考第1题、2015年海南高考第10题、2015年安徽高考16题、2015年天津高考第6题、2015年广东高考第15题、2015年福建高考第15题等。备考正能量：本考点以选择题的形式考查，命题热点是变压器的电压、电流和功率关系的分析计算、变压器和交变电流的综合考查、变压器和动态电路的综合考查，远距离输电的计算。预计今后高考考查形式不会变化，仍将围绕理想变压器的电压、电流和功率关系展开命题。一、基础与经典1. (多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为21。电池和交变电源的电动势都为6 v，内阻均不计。下列说法正确的是()as与a接通的瞬间，r中无感应电流bs与a接通稳定后，r两端的电压为0cs与b接通稳定后，r两端的电压为3 vds与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为21答案bc解析由理想变压器的原理可知，当s与a接通电流稳定时，由于通过原线圈与副线圈中的磁通量不发生变化，故在副线圈中无感应电流，但在刚接通瞬间，副线圈两端的电压不为零，r中有感应电流，故a错误，b正确；当s与b接通稳定后，原线圈中接有交变电流，由变压器的变压比可得副线圈两端电压为3 v，c正确；变压器并不改变交变电流的频率，d错误。2如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率10 w的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40 ，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是()a变压器输入电压的瞬时值表达式为u220sint(v)b电压表的示数为220 vc变压器原、副线圈的匝数比为111d变压器的输入功率为110 w答案c解析由题图乙可知100 rad/s，则变压器输入电压的瞬时值表达式为u220sin100t(v)，a错误。小灯泡的额定功率p10 w，由p可得小灯泡的额定电压u20 v，小灯泡恰好正常发光，电压表的示数为20 v，b错误。根据变压器变压公式u1u2n1n2，可得，c正确。根据额定功率10 w的小灯泡恰好正常发光，理想变压器的输入功率等于输出功率也为10 w，d错误。3在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如图所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是()答案a解析电流互感器是测电流的，应串联在火线上，故b、d选项错误；同时，由i1n1i2n2知要使i2n1，故a选项正确，c选项错误。4如图所示，理想变压器原线圈两端的电压不变，电流表为理想电流表，副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡l1和l2，输电线的等效电阻为r，开始时，开关s断开。当s接通时，以下说法正确的是()a副线圈两端mn输出电压减小b副线圈输电线等效电阻r上的电压减小c通过灯泡l1的电流减小d原线圈中电流表的示数减小答案c解析当s接通时，电路中总电阻减小，交流电源不变，线圈匝数不变，故副线圈两端mn输出电压不变，输电线上电流增大，副线圈输电线等效电阻r上的电压增大，灯泡l1两端电压减小，通过灯泡l1的电流减小，选项a、b错误，选项c正确；当s接通时，副线圈输出功率增大，原线圈输入功率增大，电流表的示数增大，选项d错误。5理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为()a12 b21 c23 d32答案b解析由于三个灯泡相同且均正常发光，设正常发光时的电流为i，则原线圈中电流为i，副线圈中电流为2i，根据变压器工作原理得，b项正确。6有一正弦交流电源u120sin100t(v)向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为u060 v，则在一个小时内，霓虹灯发光时间为()a3600 s b1800 s c2400 s d1200 s答案c解析如图所示，画出一个周期内交流电的ut图象，其中阴影部分对应的时间表示霓虹灯不能发光的时间，由图且根据对称性可知，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，当uu060 v时可求得t1 s。一个周期内能发光的时间：tt4t1 s，再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t总 s2400 s，即选项c正确。7通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率p，原线圈的电压u保持不变，输电线路的总电阻为r。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为p1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为p2，则p1和分别为()a.， b.2r，c.， d.2r，答案d解析当副线圈与原线圈的匝数比为k，u2ku，此时电线上的电流i，线路损耗的功率p1i2r，当匝数比为nk时，线路损耗功率p2，d正确。8. (多选)如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为41，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为r0，负载电阻的阻值r11r0，是理想电压表。现将负载电阻的阻值减小为r5r0，保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为5.0 v，则()a此时原线圈两端电压的最大值约为34 vb此时原线圈两端电压的最大值约为24 vc原线圈两端原来的电压有效值约为68 vd原线圈两端原来的电压有效值约为48 v答案ad解析当负载电阻的阻值减小为r5r0时，根据串并联电路规律，r两端电压为r0两端电压的5倍，因为电压表测量r两端的电压，所以ur05 v1 v，故副线圈两端电压为u26 v，根据公式可得此时原线圈两端电压的有效值为u124 v，所以此时原线圈两端电压的最大值约为24 v34 v，a正确，b错误；因为变化过程中变压器的输入电流不变，所以对于副线圈中变化前后电流也不变，则变化后电压u2ir05ir06ir0，变化前，u2ir011ir012ir0，所以u22u212 v，根据公式可得原线圈两端原来的电压有效值约为48 v，d正确，c错误。9图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，r0为定值电阻，r为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表的示数增大了0.2 a，电流表的示数增大了0.8 a，则下列说法正确的是()a电压表示数增大b电压表、示数均增大c该变压器起升压作用d变阻器滑片是沿cd的方向滑动答案d解析由于变压器原线圈的电压不变，因此电压表、的读数均不变，选项a、b均错误。由电流表的示数增大了0.2 a，电流表的示数增大了0.8 a，可知，该变压器起降压作用，选项c错误。由于副线圈的电压不变，电流表的示数增大，根据欧姆定律可知负载的电阻变小，所以滑动变阻器连入电路的阻值变小，选项d正确。10. (多选)如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd，则()auabucdn1n2b增大负载电阻的阻值r，电流表的读数变小c负载电阻的阻值越小，cd间的电压ucd越大d将二极管短路，电流表的读数加倍答案bd解析a、b端的电压为正弦式交变电压，故电压表测得的电压uab。副线圈两端电压也为正弦式交变电压，但由于二极管的单向导电特性，从而使c、d两端的电压成为脉动直流电，由有效值定义可得t，即ucd，故uabucdn1n2，a错误。因r增大时消耗的功率p减小，原线圈输入功率减小，故u1不变时i1减小，b正确。由uabucdn1n2可知ucd与负载的阻值无关，c错误。将二极管短路时r两端电压成为正弦式交变电压，其有效值ucd，故此时r消耗的功率p为原来的2倍，原线圈中的电流也变为原来的2倍，故d正确。二、真题与模拟112016全国卷一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻r1、r2和r3的阻值分别为3 、1 和4 ，为理想交流电流表，u为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关s断开时，电流表的示数为i；当s闭合时，电流表的示数为4i。该变压器原、副线圈匝数比为()a2 b3 c4 d5答案b解析设原、副线圈匝数比为n，根据能量守恒，当s断开时，uii2r1(ni)2(r2r3)；当s闭合时，4ui(4i)2r1(4ni)2r2，联立解得n3，所以b正确。122016全国卷(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时，两灯均能正常发光，下列说法正确的是()a原、副线圈匝数比为91b原、副线圈匝数比为19c此时a和b的电功率之比为91d此时a和b的电功率之比为19答案ad解析由题意知u10u灯，a、b均正常发光，则变压器输入电压u19u灯，而输出电压u2u灯，所以原、副线圈匝数比n1n2u1u291；而i1i2n2n119，所以两灯功率之比papbu灯i1u灯i219，选项a、d正确。132016天津高考如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()a当滑动变阻器的滑动触头p向上滑动时，r1消耗的功率变大b当滑动变阻器的滑动触头p向上滑动时，电压表v示数变大c当滑动变阻器的滑动触头p向上滑动时，电流表a1示数变大d若闭合开关s，则电流表a1示数变大、a2示数变大答案b解析由于原、副线圈两端电压不变，当滑动变阻器滑动触头p向上滑动时，连入电路的电阻变大，所在电路总电阻变大，副线圈中电流减小，r1中电流减小，r1消耗的功率减小，a项错误；r1中电流减小，则r1两端电压减小，而副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数变大，b项正确；副线圈中电流减小，原线圈中电流随之减小，故c项错误；若闭合开关s，负载电路的总电阻减小，副线圈中电流增大，r1中电流增大，则r1两端电压升高，r2两端电压减小，a2示数变小，d项错误。14. 2016四川高考如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡l供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()a小灯泡变亮b小灯泡变暗c原、副线圈两端电压的比值不变d通过原、副线圈电流的比值不变答案b解析设原、副线圈减少的匝数均为n，则根据变压比有，由于u2u1，u2u1，因此u2小于u2，即副线圈两端的电压变小，小灯泡变暗，a项错误，b项正确；由于匝数比变化，因此原、副线圈两端电压的比值和通过原、副线圈电流的比值均发生变化，c、d项错误。152016江苏高考如图所示，一自耦变压器环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为u1的交变电流时，c、d间的输出电压为u2。在将滑动触头从m点顺时针旋转到n点的过程中()au2u1，u2降低 bu2u1，u2升高cu2u1，u2降低 du2u1，u2升高答案c解析由图可知变压器的原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2，因，则u2u1；在将滑动触头从m点顺时针转到n点的过程中，n2减小，u2降低，选项c正确，选项a、b、d错误。16. 2015全国卷一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 v的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为u，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()au66 v，k bu22 v，kcu66 v，k du22 v，k答案a解析设原线圈中电流为i1，由变压器变压公式可得3，由变压器变流公式有，由欧姆定律可得，副线圈回路中电阻两端电压ui2r，联立解得u66 v。电阻消耗功率pi2r，由于，所以原、副线圈回路中电阻消耗功率的比值为，选项a正确。172015天津高考(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r，p为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为u的正弦交流电，则()a保持q的位置不动，将p向上滑动时，电流表读数变大b保持q的位置不动，将p向上滑动时，电流表读数变小c保持p的位置不动，将q向上滑动时，电流表读数变大d保持p的位置不动，将q向上滑动时，电流表读数变小答案bc解析保持q的位置不动，则副线圈的输出电压不变，当p向上滑动时，副线圈电路中的总电阻变大，副线圈中的电流减小，根据变流比可知，原线圈中的电流减小，因此电流表的读数变小，a项错误，b项正确；保持p的位置不动，副线圈电路中的总电阻不变，当q向上移时，副线圈的匝数增多，由变压比可知，副线圈的输出电压增大，副线圈中的电流增大，输出功率增大，变压器输入功率增大，原线圈中的电流增大，电流表读数变大，c项正确，d项错误。182015福建高考如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器t的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在t的原线圈两端接入一电压uumsint的交流电源，若输送电功率为p，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()a. b.c422r d422r答案c解析因为uumsint，所以有u1，根据变压器变压规律有u2，根据pu2i2得i2，线路损失的功率为p2ir，所以c项正确，a、b、d项错误。192014浙江高考如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是u，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是i1，其末端间的电压为u1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为i2。则()a用户端的电压为b输电线上的电压降为uc理想变压器的输入功率为ird输电线路上损失的电功率为i1u答案a解析由理想变压器输入、输出功率相等可知p1p2，即u1i1u2i2，u2，a正确。输电线上的电压降为uuu1，b错误。理想变压器的输入功率pu1i1ui1ir，c错误。输电线路上损失的电功率为piri1ui1u1，d错误。202014福建高考如图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1n42r，忽略灯丝电阻随温度的变化。当a、b端接入低压交流电源时()a.、两表的示数相同bl1、l2两灯泡的亮度相同cr1消耗的功率大于r3消耗的功率dr2两端的电压小于r4两端的电压答案d解析设两电流表示数分别为ia1、ia2，则ia2。由题意知，升压变压器的升压比与降压变压器的降压比相等、设为k，由变压器匝数与电流、电压的关系可知，升压变压器副线圈两端电压u2ku，降压变压器副线圈中电流i4kia1，u4i4rlkia1rl，则降压变压器原线圈两端电压u3ku4k2ia1rl，则ia1，解得ia1，则1，故ia11，故两灯泡亮度不同，选项b错误；由pi2r可知，pr1pr3，选项c错误；由uir可知，ur2ur4，选项d正确。一、基础与经典21.如图所示，理想变压器有两个副线圈，l1、l2是两盏规格为“8 v10 w”的灯泡，l3、l4是两盏规格为“6 v12 w”的灯泡，当变压器的输入电压为u1220 v时，四盏灯泡恰好都能正常发光。如果原线圈的匝数n11100匝，求：(1)副线圈n2、n3的匝数；(2)电流表的读数。答案(1)40匝60匝(2)0.2 a解析(1)由变压原理可知n1n2n3u1u2u3得n2n1110040(匝)，n3n1110060(匝)。(2)由输入功率等于输出功率知i1u1p1p2p3p4得i1 a0.2 a。22发电机的端电压为220 v，输出电功率为44 kw，输电导线的电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压。答案见解析解析(1)线路图如图所示。(2)升压变压器副线圈上的输出电压u2u12200 v，由pu1i1得升压变压器原线圈上的输入电流i1 a200 a，升压变压器副线圈上的输出电流i2i120 a。输电线路上的电压损失和功率损失分别为uri2r4 v，prir0.08 kw。加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为i3i220 a，u3u2ur2196 v。降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为u4u3219.6 v，i4i3200 a。用户得到的功率p4u4i443.92 kw。(3)若不采用高压输电，线路损失电压为uri1r40 v，用户得到的电压uu1ur180 v，用户得到的功率为pui136 kw。23在远距离输电时，要考虑尽可能减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站，输送的电功率为p500 kw，当使用u5 kv的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800 kwh。求：(1)输电效率和输电线的总电阻r；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线路，那么应使用多高的电压向外输电。答案(1)60%20 (2)22.4 kv解析(1)输电功率p500 kw，一昼夜输送电能ept12000 kwh，输电线上损失的电能e4800 kwh，终点得到的电能e