【创新设计】高中物理 5.7 习题课 变压器的应用及远距离输电问题同步训练 新人教版选修32.doc

变压器基本规律的应用1.图576如图576所示，q是熔断电流为1 a的保险丝，r为用电器，理想变压器的原副线圈的匝数比为n1n221.原线圈的电压为u220sin(100t) v要使保险丝不熔断，r的阻值一定( )a不能小于55 b不能大于55 c不能小于77 d不能大于77 解析 保险丝原理是电流热效应，应该用电流有效值由得：u2u1220 v110 v，由得：i2i11 a2 a，所以rmin55 ，故a正确答案 a变压器电路的动态分析问题2如图577所示，m是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u311sin 314t v的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中r2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表a2为值班室的显示器，显示通过r1的电流，电压表v2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，r3为一定值电阻当传感器r2所在处出现火警时，以下说法中正确的是( )图577aa1的示数不变，a2的示数增大bv1的示数不变，v2的示数减小cv1的示数增大，v2的示数增大da1的示数增大，a2的示数增大解析 温度升高则r2减小而报警，即输出功率增大答案 b3如图578所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为15, 原线圈两端的交变电压为u20sin 100 t v氖泡在两端电压达到100 v时开始发光下列说法中正确的有( )图578a开关接通后，氖泡的发光频率为100 hzb开关接通后，电压表的示数为100 vc开关断开后，电压表的示数变大d开关断开后，变压器的输出功率不变解析 变压器不能改变交变电流的频率，t s0.02 s，f50 hz.因为一个周期内氖泡发光2次，故开关接通后氖泡的发光频率为100 hz，a项正确；电压表的示数代表有效值，u1 v20 v，u2u1100 v，b项正确；不论开关是否断开，电压表示数不变，c项错误；开关断开后，变压器的输出功率减小，d项错误答案 ab 远距离输电问题4一台发电机最大输出功率为4 000 kw，电压为4 000 v，经变压器t1升压后向远方输电，输电线路总电阻r1 k，到目的地经变压器t2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 v,60 w)若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器t1和t2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )at1原、副线圈电流分别为103 a和20 abt2原、副线圈电压分别为1.8105 v和220 vct1和t2的变压比分别为150和401d有6104盏灯泡(220 v、60 w)正常发光解析 根据题意画出输电线路示意图如图所示对升压变压器有p1u1i1，可知i1103 a，由输电线上消耗的功率pir线400 kw，可知输电线上电流为i220 a，a项正确；t1的变压比为i2i1150；根据pu2i2得u22105 v，输电线上电压ui2r线20 000 v，则副线圈输入电压为u3u2u线1.8105 v，又灯泡正常发光，可知副线圈电压u4为220 v，b项正确； t2的变压比为n3n4u3u41.8105220，c项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率p3p4u3i260 wn，解得n6104，d项正确答案 abd(时间：60分钟)题组一 变压器基本规律的应用1如图579所示，理想变压器的原线圈的输入电压u220sin(100t) v，原、副线圈的匝数比为n1n2101电阻r的阻值为100 ，则1 s内电阻r上产生的焦耳热为( )图579 a484 j b242 jc2.42 j d1.21 j解析 每个周期内只有半个周期有电流通过r.由u1u2n1n2，得u222 v，又因电流的热效应用其电压有效值，t可得u211 v，由qt1 j1.21 j.答案 d2如图5710所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2101，输出端电阻r50 ，把原线圈接入“220 v，50 hz”的正弦交流电时(电表为理想电表)( )图5710a当x为电流表时，若电阻r增大，则原线圈中的电流将增大b当x为电流表时，电压表v的示数为22 vc当x为电流表时，电流表的示数为0.44 ad当x为二极管时，电压表v的示数为11 v解析 若使电阻r增大，副线圈中的电流变小，原线圈中的电流也变小，a项错误；根据公式，解得u222 v，电压表测量的电压为有效值，所以电压表v的示数为22 v，b项正确；当x为电流表时，电流表的示数为i2 a0.44 a，c项错误；当x为二极管时，在一个周期内只有半个周期的时间有电流通过，此时由t，解得u11 v，d项错误答案 b3如图5711甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，r120 ，r230 ，c为电容器已知通过r1的正弦交变电流如图乙所示，则( )图5711a交变电流的频率为0.02 hzb原线圈输入电压的最大值为200 vc电阻r2的电功率约为6.67 wd通过r3的电流始终为零解析 周期t0.02 s，f50 hz，a错；u输出r110 v，u输入u输出100 v，输入电压最大值umu输出200 v，b错；u1r110 v，u2u1，p22 w6.67 w，c对；电容器通交流，隔直流，i30，d错答案 c4如图5712甲所示是某燃气炉点火装置的原理图转换器将直流电压转换为图5712乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，为交流电压表当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 v时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体以下判断正确的是( )图5712a电压表的示数等于5 vb电压表的示数等于 vc实现点火的条件是1 000d实现点火的条件是5 000，所以1 000，c对，d错答案 bc5如图5713所示，一只理想变压器原线圈与频率为50 hz的正弦交变电源相连，两个阻值均为20 的电阻串联后接在副线圈的两端，图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原、副线圈分别为200匝和100匝，电压表的示数为5 v则( )图5713a电流表的读数为0.5 ab流过电阻的交变电流的频率为100 hzc交变电源的输出电压的最大值为20 vd交变电源的输出功率为2.5 w解析 根据欧姆定律可得副线圈中的电流i20.25 a，根据理想变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系，可解得i10.125 a，a错误；理想变压器原、副线圈中的交变电流的频率相同，都为50 hz，b错误；副线圈输出电压的有效值为10 v，根据正弦交变电流的最大值和有效值的关系可得其最大值应为u2m10 v，原、副线圈电压比为，可得交变电源输出电压的最大值为u1m20 v，c正确；对于理想变压器，交变电源的输出功率等于变压器副线圈负载消耗的功率，p2 w2.5 w，故d正确答案 cd题组二 变压器电路的动态分析6如图5714所示电路中的变压器为理想变压器，s为单刀双掷开关p是滑动变阻器r的滑动触头，u1为加在原线圈两端的交变电压，i1、i2分别为原线圈和副线圈中的电流下列说法正确的是( )图5714a保持p的位置及u1不变，s由b切换到a，则r上消耗的功率减小b保持p的位置及u1不变，s由a切换到b，则i2减小c保持p的位置及u1不变，s由b切换到a，则i1增大d保持u1不变，s接在b端，将p向上滑动，则i1减小解析 保持p的位置及u1不变，s由b切换到a，则副线圈匝数增加，输出电压增大，输出功率增大，则输入功率随之增大，故a错，c对；s由a切换到b，副线圈匝数减小，输出电压减小，则输出电流减小，b对；只是将p上滑，r减小，i2增大，由i1可知i1增大，则d错答案 bc7如图5715所示为一理想变压器，k为单刀双掷开关，p为滑动变阻器的滑动触头，u1为加在原线圈的电压，则( )图5715a保持u1及p的位置不变，k由a合到b时，i1将增大b保持p的位置及u1不变，k由b合到a时，r消耗功率将减小c保持u1不变，k合在a处，使p上滑，i1将增大d保持p 的位置不变，k合在a处，若u1增大，i1将增大解析 k由a合到b时，n1减小而u1不变，由可知副线圈上电压u2增大，负载r的电流i2增大，p2增大，又由于p1p2u1i1，故i1增大，a项正确同理k由b合到a时，p2减小，b项正确；p上滑时，负载电阻r增大，而u1、u2均不变，由i2可知i2减小，又由于n1、n2均不变，由可知i1将减小，故c项错误；当u1增大时，由可知u2也增大，i2增大，再由可知i1增大，故d项正确答案 abd8如图5716所示，为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡l1、l2，电路中分别接了理想交流电压表v1、v2和理想交流电流表a1、a2，导线电阻不计当开关s闭合后( )图5716aa1示数变大，a1与a2示数的比值不变ba1示数变大，a1与a2示数的比值变大cv2示数变小，v1与v2示数的比值变大dv2示数不变，v1与v2示数的比值不变解析 电源电压有效值不变，所以v1示数不变，原、副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数之比不变，故v2示数不变，v1与v2示数的比值也不变，所以c错误，d正确；当开关s闭合后，副线圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈电路中的电流增大，a2的示数增大，原、副线圈的电流之比等于匝数反比，匝数之比不变，a1与a2示数的比值不变，a1的示数也增大，所以a正确，b错误答案 ad9如图5717所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中r1、r2、r3和r4均为固定电阻，开关s是闭合的v1 和v2 为理想交流电压表，读数分别为u1和u2；a1 、a2 和a3 为理想交流电流表，读数分别为i1、i2和i3.现断开s，u1数值不变，下列推断中正确的是( )图5717au2变小、i3变小 bu2不变、i3变大ci1变小、i2变小 di1变大、i2变大解析 由u2u1得u1不变，u2就不变；s断开，r总增大，u2不变，则i2变小，由i1i2得i1也变小；i2变小，加在r1两端的电压变小，由ur3u2ur1，得ur3增大，所以i3变大答案 bc10为保证用户电压稳定在220 v，变电所需适时进行调压，图5718甲为变压器示意图保持输入电压u1不变，当滑动接头p上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图5718乙所示以下正确的是( )图5718au2190sin (50t) vbu2190sin (100t) vc为使用户电压稳定在220 v，应将p适当下移d为使用户电压稳定在220 v，应将p适当上移解析 由电压u2随时间t变化的曲线可知，用户电压的最大值是190 v，周期是2102 s，所以u2190sin(100t)v，a错误，b正确；根据，n1减小，u2增大，因此为使用户电压稳定在220 v，应将p适当上移，c错误，d正确答案 bd11调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图5719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，转动滑动触头p就可以调节输出电压，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，cd两端接恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，以下说法正确的是( )图5719a当滑动触头p逆时针转动时，电流表读数变大，电压表读数变大b当滑动触头p逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大c当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变小，电压表读数变大d当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变小解析 当滑动触头p逆时针转动时，相当于增加了副线圈的匝数，而原线圈匝数保持不变，根据可知，输出电压增大，其它因素不变时，电压表读数变大，电流表读数变大当线圈匝数不变化而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时，输出电压不变，总电阻减小，则总电流增大，r1两端电压增大，r2两端电压减小，流过r2的电流减小，因此，流过r3的电流增大，电流表示数变大答案 ad题组三 远距离输电问题12中国已投产运行的1 000 kv特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原采用500 kv的超高压输电，输电线上损耗的电功率为p.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kv特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )a. b.c2p d4p解析 由pui可知当输出电压由500 kv升高到1 000 kv时，电路中的电流将减为原来的一半；由p损i2r线可知电路中损耗的功率变为原来的.答案 a题组四 远距离输电问题分析13某小型水电站，水以3 m/s的速度流入水轮机，而以1 m/s的速度流出，流出水位比流入水位低1.6 m，水流量为2 m3/s.如果水流能量的75%供给发电机求：(1)若发电机效率为80%，则发电机的输出功率为多大？(2)发电机的输出电压为240 v，输电线路的电阻为19.2 ，许可损耗功率为2%，用户所需电压为220 v，则所用升压