2018年山东省济南一中高三物理三轮冲刺变压器与电能的输送-精美

变压器与电能的输送一、单选题（本大题共5小题，共30.0分）图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2rA.(n1n2)Um24r D（济南一中）解：加在原线圈上的电压U1根据电压比与匝数比关系：U1所以：U2根据I=PU，输电线上的电流I=PU2，输电线上消耗的功率P耗=I2故选：D。理想变压器输入功率和输出功率相等，通过原线圈的电压求出副线圈的电压，再根据I=P解决本题的关键注意电压有效值的使用及变压器的特点，输入功率等于输出功率，电压比等于匝数比。如图所示，理想变压器的原线圈接在u=2202sinπt(V)的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是()A.原线圈的输入功率为2202W B.电流表的读数为C.电压表的读数为1102V D.副线圈输出交流电的周期为B（济南一中）解：A、由题意知，原线圈电压有效值为220V，原、副线圈匝数之比为2：1，由U1U2=n1nB、副线圈的电流为I2=U2R=11055=2A，由C、电压表的读数为有效值，即U=110V，故C错误；D、由u=2202sinπt(V)可知，ω=π，又由ω=2πT故选：B。根据瞬时值的表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，即可求得结论．本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解．如图所示，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，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是()A.原、副线圈匝数之比为1：9 B.原、副线圈匝数之比为9：1C.此时a和b的电功率之比为10：1 D.此时a和b的电功率之比为1：10B（济南一中）解：AB、灯泡正常发光，则其电压均为额定电压U，则说明原线圈输入电压为9U，输出电压为U；则可知，原副线圈匝数之比为9：1：故B正确；A错误；CD、根据公式I1I2=n2n1可得I1I2故选：B根据灯泡电压与输入电压的关系可明确接在输入端和输出端的电压关系，则可求得匝数之比；根据变压器电流之间的关系和功率公式可明确功率之比。本题考查变压器原理，要注意明确输入电压为灯泡两端电压与输入端电压之和，从而可以确定输入端电压；则可求得匝数之比。如图所示电路中a、b端接有电压有效值为U的交流电，变压器为理想变压器，各电阻的阻值相等，电流表为理想交流电表.开关S断开时，电流表读数为I，开关S闭合时，电流表读数为53I，则各电阻的阻值R和变压器原、副线圈匝数的比值k分别为()A.R=U3I，k=3 B.R=C.R=U5I，k=2 D.R=C（济南一中）解：开关S断开时，根据题意，原线圈中电流为I，副线圈中的电流kI原线圈输入电压：U-IR，副线圈电压kIR，根据变压器的变压比规律：U-IRkIR=k①

开关S闭合时，根据题意，原线圈中电流原线圈输入电压：U-53IRU-53IR5kIRk=2

故选：变压器输入电压为U与电阻R1两端电压的差值；再根据电流之比等于匝数的反比可求得输出电流；根据电压之比等于匝数之比对两种情况列式，联立可求得U与I本题主要考查变压器、欧姆定律.解决这类问题的关键是掌握变压器的构造和原理，对于变压器需要掌握公式U1U2=n如图所示是远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，发电机的输出电压恒定，输电线上损耗的功率为PR，变压器原副线圈的电压以及电流用图中的量表示.则当用户用电处于高峰期时，下列说法正确的是()A.U2变大 B.PR增大 C.U4变大 B（济南一中）解：A、由于输入电压不变，升压变压器原副线圈匝数不变，故U2不变，故AB、当用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，可知输电线上的功率损失增大，故B正确；C、当用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，可知输电线上的电压损失增大，发电机的输出电压U1不变，则U2不变，可知降压变压器的输入电压减小，所以用户得到的电压U4D、当用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，根据n1I1=n故选：B。当用电器增多时，用户消耗的功率增大，根据降压变压器的输出电流的变化得出输电线上的电流变化，从而得出电压损失的变化，根据升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压和电压损失之和得出用户电压的变化.升压变压器的输出功率等于功率损失和降压变压器的输入功率之和.变压器的原副线圈的电压之比等于匝数之比．解决本题的关键知道：1、输送功率与输送电压、电流的关系；2、变压器原副线圈的电压比与匝数比的关系；3、升压变压器输出电压、降压变压器输入电压、电压损失的关系；4、升压变压器的输出功率、功率损失、降压变压器的输入功率关系．二、多选题（本大题共4小题，共24分）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A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(A.Uab：UcdB.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UcdD.将二极管短路，电流表的读数加倍BD（济南一中）解：A、若没有二极管，根据理想变压器的电压与匝数成正比，即有：Uab：Ucd=n1：n2；而因二极管的单向导电性，UabB、副线圈两段的电压依赖于输入电压和匝数，所以副线圈两端的电压不变，电阻增大，则电流减小，副线圈的功率减小，最后使得输入功率减小，而输入电压不变，最后使得电流减小，所以电流表的示数减小，故B正确；C、cd间的电压由原线圈的输入电压以及原、副线圈的匝数比有关，与负载电阻无关，所以cd间的电压Ucd不会随着负载电阻变化，故CD、根据变压器上的能量关系有E输入=E输出，在一个周期T的时间内，二极管末短路时有UabI1T=U2R·T2+0(U为副线圈两端的电压故选：BD．假设没有二极管，则可根据理想变压器的原副线圈的功率相等，且电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，即可求解电压关系，电流变化情况，再由二极管的单向导电性，根据副线圈的电压与时间变化规律，从而可求得结果．考查变压器的电压与匝数的关系，掌握闭合电路欧姆定律的应用，理解二极管单向导电性，注意原副线圈的功率相等，是解题的关键．如图所示，手摇发电机产生正弦交流电，经理想变压器给灯泡L供电.当线圈以角速度ω匀速转动时，额定电压为U的灯泡正常发光.已知发电机线圈的电阻为r，灯泡正常发光时的电阻为R，其它电阻不计，变压器原线圈与副线圈的匝数比为n：1.则()A.电压表的读数为UB.原线圈中的电流为UC.从中性面开始计时，原线圈输入电压瞬时值的表达式为u=D.发电机的线圈中产生的电动势有效值为nBC（济南一中）解：A、根据理想变压器的变压规律UVU=n1，得UB、灯泡的额定电流I2=UR，根据变流比规律有I1I2C、原线圈输入电压的最大值2nU，从中性面开始计时，原线圈输入电压的瞬时值表达式u=UmD、发电机线圈中产生的交变电动势有效值E1，根据闭合电路欧姆定律E1=nU+故选：BC利用原副线圈电流与匝数成反比，计算出原线圈的电流，再利用闭合电路欧姆定律计算发电机的线圈中产生的电动势的有效值，再求出电动势最大值；求出原线圈电压最大值，写出瞬时值表达式．本题结合交流发电机考查变压器的原理，特别注意原副线圈电压、电流与匝数比之间的关系图(a)所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4：1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示.下列说法正确的是(A.变压器输入.输出功率之比为4：1B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1：4C.u随t变化的规律为u=51sin(50πt)(D.若热敏电阻RTBD（济南一中）解：A、原副线圈输入功率和输出功率相等，故A错误．B、根据I1I2=n2nC、交变电压的峰值为51V，周期T=0.02s，则角速度ω=2πT=100πrad/s，则u随t的变化规律为u=51D、若热敏电阻RT的温度升高，则热敏电阻的阻值减小，由于原线圈的电压不变，则副线圈的电压不变，副线圈中的电流变大，故D故选：BD．变压器原副线圈的输入功率和输出功率相等，根据电流之比等于匝数之反比求出原副线圈的电流比.根据交变电压的u-t图线得出峰值和周期，从而求出角速度，得出u-t的表达式.抓住输入电压不变，得出输出电压不变，结合副线圈负载电阻的变化得出电流的变化．根据图象准确找出已知量，是对学生认图的基本要求，准确掌握理想变压器的特点及电压、电流比与匝数比的关系，是解决本题的关键．如图，理想变压器的原副线圈匝数之比为n1：n2=5：1，原线圈回路中电阻A与副线圈回路中负载电阻B阻值相等.a、b端接正弦式交变电压，则()A.A、B两电阻两端的电压之比为5：1B.A、B两电阻消耗的电功率之比为1：25C.通过A、B两电阻的电流之比为1：5D.通过A、B两电阻的电流频率之比为1：1BCD（济南一中）解：A、设原线圈电流为I，根据根据变压器原副线圈电流与匝数成反比得，副线圈的电流5I，A、B两电阻阻值相等，A电阻两端的电压IR，B电阻两端的电压5IR，所以A、B两电阻两端的电压之比为1：5，故A错误；B、A电阻消耗的电功率I2R，B电阻消耗的电功率(5I)2R，A、B两电阻消耗的电功率之比为1C、通过A电阻的电流为I，通过B电阻的电流5I，所以通过A、B两电阻的电流之比为1：5，故选C；D、变压器不改变交变电流的频率，所以通过两电阻的电流之比为1：1，故D正确；故选：BCD变压器原副线圈电流与匝数成反比，求出电流之比，根据电阻消耗的功率P=I2R本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解．三、填空题（本大题共1小题，共3分）如图所示，理想变压器的原.副线圈匝数之比为n1：n2=4：1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=______；两电阻两端的电压之比UA1：16；1：4（济南一中）解：根据变压器原副线圈电流与匝数成反比得：IA电阻消耗的功率P=I2R，所以两电阻消耗的电功率之比PA：电阻两端的电压U=IR，所以两电阻两端的电压之比UA：UB=1故答案为：1：16

1：4变压器原副线圈电流与匝数成反比，求出电流之比，根据电阻消耗的功率P=I2R本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解．四、实验题探究题（本大题共2小题，共15分）(1)在某实验中，两位同学用10等分游标卡尺测量用圆柱形导体制成的金属小圆环的粗细，如图甲、乙所示.测量方法比较合理的是______(选填“甲”或“乙”).某一次测量结果如图丙所示，则该金属小圆环所用导体的直径为______mm．(2)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，要先组装变压器，若组装前的零部件和组装后的变压器如图丁所示，由于变压器铁芯A没有放到变压器铁芯B上，这样会导致变压器的输出电压______(选填“变高”或“变低”)．乙；2.5；变低（济南一中）解：(1)用游标卡尺测量小金属圆环的粗细，应将金属圆环卡在外爪的刀口上，故选乙；游标卡尺的主尺读数为：2mm，游标尺上第5个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为5×0.1mm=0.5mm，所以最终读数为：2m+0.5cm=2.5mm．(2)变压器的工作原理是互感现象，铁芯是由硅钢片叠合而成，该同学实验中没有把变压器铁芯A装到变压器铁芯B上，有漏磁现象，存在电能损失，这会导致变压器的输出电压变低．故答案为：(1)乙；2.5；(2)变低．(1)用游标卡尺测量小球的直径，应将小球卡在外爪的刀口上；解决本题的关键掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读.螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读；(2)根据变压器的工作原理判断．解答本题关键是明确变压器的工作原理和游标卡尺的原理，注意本题中游标卡尺是十分度，精确度是0.1mm，读数时不估读．(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，测量单摆的周期时，图1中______(填“甲”“乙”或“丙”)作为计时开始与终止的位置更好些．(2)如图2所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是______(填字母)．A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱、副线圈电压大于原线圈电压D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响．乙；AD（济南一中）解：(1)应在摆球通过平衡位置开始计时：因为摆球经过平衡位置时速度最大，在相同的空间尺度产生的时间误差相对较小，测量的周期较准确，故选乙(2)AD、变压器的输出电压跟输入电压以及原副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆卸的变压器研究，故AD正确．B、变压器只能对交变电流的电压有作用，不能用直流电压表，故B错误．C、根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出电压之比可知，原线圈接0、8，副线圈接0、4，那么副线圈的电压小于原线圈电压，故C错误．故选：AD故答案为：(1)乙；(2)AD(1)在摆球经过最低点开始计时，产生的时间误差较小，(2)可拆变压器能方便选取不同匝数的线圈；变压器只能改变交流电压，因此实验中用交流电压表；原副线圈电压与匝数成正比；探究副线圈电压与匝数关系用控制变量法本题考查了单摆周期的实验操作和变压器实验操作的注意事项，注意能从减小测量误差的角度，理解并掌握实验要求．五、计算题（本大题共4小题，共38分）三峡水电站是我国最大的水力发电站，平均水位落差约100m，水的流量约1.35×104m3/s。船只通航需要约3500(1)按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多大；(2)本市现行阶梯电价每户每月1挡用电量最高为240kW⋅h，如果按照本市现行阶梯电价1挡最高用电量计算，三峡电站可以满足多少户家庭生活用电；(3)把抽水蓄能电站产生的电能输送到北京城区。已知输电功率为P，输电线路的总阻值为R，要使输电线路上损耗的功率小于△P。a.求输电电压的最小值U；b.在输电功率一定时，请提出两种减少输电过程中功率损耗的方法。解：(1)三峡发电站的发电功率：；(2)每户平均功率：P'=三峡电站可以满足庭生活用电的户数：n=2×(3)a.输电导线损失热功率△P=输电功率

P=IU，解得：U=Pb.

在输电功率一定时，减少输电过程中功率损耗的方法：①.提高输电电压；②.增大导线横截面积，减小电阻。答：(1)三峡发电站的发电功率最大是2×10(2)三峡电站可以满足6×10(3)a.求输电电压的最小值PRb.①.提高输电电压；②.增大导线横截面积，减小电阻。（济南一中）(1)先求出用于发电的水流量，根据W=Gh求出水的重力所做的功，然后结合效率求出的发电功率；(2)先求每户的用电量，再根据总电量求出可以满足多少个城市用电；(3)a、根据△P=I2Rb、①.提高输电电压；②.增大导线横截面积，减小电阻。本题考查了学生对电功率公式、功的计算公式、电功的计算公式的了解与掌握，解答本题要掌握减少输电过程中功率损耗的方法。某理想变压器初级线圈输入电功率为P，初级、次级线圈匝数比为k，其次级线圈接一内阻为r的电动机，电动机正以速度v匀速向上提升质量为m的重物，已知重力加速度为g，则变压器初级线圈两端的电压为______．PK（济南一中）解：电动机的输出功率即为对重物做功的机械功率的大小，即mgv，所以电动机的发热的功率为I22r=P-mgv，所以副线圈的电流的大小为I2=P-mgvr故答案为：PK电动机的总功率的大小为电动机的机械功率加上电动机的发热功率的大小，根据变压器的输入功率和输出功率大小相等可以求得电动机的电压的大小即为副线圈的电压，再有电压和匝数成正比可以求得变压器初级线圈两端的电压．电动机的总功率的大小一部分对外做功，另一部分转化为内能，根据电动机的这两部分消耗的功率可以求得副线圈的电流进而通过输入和输出的功率相等可以求得原线圈的电压的大小．一台理想变压器有二个副线圈，如图所示，已知12伏