【高考突破方案】第十一章 第2讲变压器 远距离输电 -强化训练（解析版）高考物理一轮复习

第十一章 交变电流传感器
第2讲 变压器 远距离输电
1.如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n∶1，原线圈接正弦交流电，电压为u＝U0cos 100πt(V)，副线圈接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为R，当开关S接通后，电流表读数为I，电动机带动一电阻为r、质量为m、长为l的金属杆在光滑的没有电阻的导轨上以速度v匀速上升.
下列判断正确的是(　　)　　
A.电动机两端电压为IR，其消耗的电功率为I2R
B.原线圈中的电流为nI，变压器的输入功率为I2R＋mgv，副线圈电流的频率为50 Hz
C.变压器的输入功率为I2R＋mgv＋
D.电动机的热功率为I2R，副线圈电压的有效值为
【解析】 C　电动机两端电压大于IR，IR是电动机线圈电阻R上的电压，用于发热，A错；原线圈中的电流为，B错；根据能量守恒，变压器的输入功率等于输出功率，即一部分在电动机线圈电阻R上发热变成内能，另一部分用于对外做功，将其中一部分电能转化为金属杆的机械能，其余部分克服安培力做功，转化为电能，电流通过纯电阻电路转化为金属杆的焦耳热，则变压器的输入功率为I2R＋mgv＋，C对；副线圈电压的有效值为，D错.
2.如图a，理想变压器的原线圈接入图b所示的正弦交变电压.副线圈接10个并联的彩色灯泡，每个灯泡的额定电压为4 V、额定电流为0.1 A.若灯泡都正常工作，则(　　)
A.图b中电压的有效值为311 V
B.图b中交流电的频率为25 Hz
C.图a中原线圈上的电流为1 A
D.图a中原副线圈的匝数比为55∶1
【解析】 D　图b中电压的有效值为U1＝＝220 V，选项A错误；图b中交流电的周期为T＝0.02 s，则频率为f＝＝50 Hz，选项B错误；图a中副线圈电流为I2＝10×0.1 A＝1 A，则根据I1U1＝I2U2，原线圈上的电流为I1＝ A≈0.018 A，选项C错误；图a中原副线圈的匝数比为＝＝＝，选项D正确.
　3.如图所示，两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P，且L1、L2、L3为相同的灯泡，匝数比为n1∶n2＝3∶1，则图甲中L1的功率和图乙中L1的功率分别为(　　)
A.P、P B.9P、P
C.P、9P D.P、9P
【解析】 B　由题意可知，两种情况下变压器输入功率均为2P.设灯泡L2、L3两端的电压为U，电流为I，电阻为R，则有P＝＝I2R.根据电压与匝数成正比可知，两种情况下变压器的输入电压均为3U，根据输入功率和输出功率相等可知，变压器输入电流为I.所以图甲中L1的功率为P甲＝＝9P；图乙中L1的功率为P乙＝(I)2R＝P，选项B正确.
　4.电磁感应是目前实现无线充电的重要途径，如图甲所示为该装置简化工作原理图，充电基座接上如图乙的家庭用交流电，受电线圈接上一个理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)给手机电池充电.已知手机电池的充电电压为5 V(有效值)，假设在充电过程中基座线圈的磁场全部穿过受电线圈而无能量的损失，下列说法正确的是(　　)
A.无线充电装置主要利用了电磁感应中的自感现象
B.家庭用交流电电流方向每秒变化50次
C.受电线圈两端的输出电压的电压峰值为10 V
D.基座线圈和受电线圈的匝数比为44∶1
【解析】 C　充电基座接上如图乙的家庭用交流电，基座线圈可产生交变磁场，根据电磁感应原理，手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电；而自感现象是一种特殊的电磁感应现象，是由于导体本身电流发生变化引起自身产生的磁场变化而导致其自身产生的电磁感应现象，故A错误；家庭用交流电的频率为50 Hz，交流电电流方向每秒变化100次，故B错误；受电线圈接上一个理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)给手机电池充电，手机电池的充电电压为5 V(有效值)，则×＝×T，Um＝10 V，可知受电线圈两端的输出电压的电压峰值为10 V，故C正确；基座线圈和受电线圈的匝数比为＝，故D错误.故选C.
　5.(多选)某燃气灶点火装置的原理图如图所示，转换器将直流电压转换为电压瞬时值表达式为u＝5sint(V)的正弦交流电压，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.当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，则(　　)
A.变压器原、副线圈中交变电流的频率相同
B.变压器原线圈两端电压的峰值为5 V
C.变压器原、副线圈的匝数满足<才能实现点火
D.如果没有转换器，变压器副线圈输出的电压仍为5 V
【解析】 AC　根据变压器的原理可知，变压器原、副线圈中交变电流的频率相同，A正确；根据瞬时值表达式可知，变压器原线圈两端电压的峰值为5 V，B错误； 根据变压器原理＝，因U1＝5 V，U2>5000 V，则变压器原、副线圈的匝数满足<，才能实现点火，C正确；如果没有转换器，直流电加在变压器的初级，则变压器副线圈输出的电压为0，D错误.故选AC.
　6.(多选)在图a所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表.已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图b所示.下列说法正确的是(　　)
A.所用交流电的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
【解析】 AD　交流电的频率为f＝＝50 Hz，所以选项A正确；通过R2电流的有效值为I＝ A＝1 A，R2两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知U2＝IR2＝10 V，根据理想变压器的电压规律＝可知原线圈的电压U1＝U2＝10×10 V＝100 V，电阻R1两端分压即为电压表示数，即UV＝U0－U1＝220 V－100 V＝120 V，所以选项B错误；电流表的示数为IA＝＝0.5 A，所以选项C错误；副线圈中流过的总电流为I2＝I＋IA＝1.5 A，变压器原副线圈传输的功率为P＝I2U2＝15 W，所以选项D正确.
　7.(多选)图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝5∶1.原线圈接入如图甲所示的正弦交流电.电路中电表均为理想电表，定值电阻R1＝R2＝4 Ω，D为理想二极管(该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，则(　　)
A.电阻R2两端的电压频率为50 Hz
B.电流表的示数为5 A
C.原线圈的输入功率为150 W
D.将R1摘掉，电压表的示数不变
【解析】 ACD　由题图甲可知，交流电的周期为0.02 s，故频率为50 Hz，而变压器及二极管均不会改变交流电的频率，故电阻R2两端的电压频率为50 Hz，故A正确；经变压器后，输出电压为＝20 V，因二极管的单向导电性，只有一半时间内有电压加在R2两端，则由有效值的定义可得U＝10 V，则电流表的示数为2.5 A，故B错误；原线圈输入功率等于副线圈输出的功率，输出功率P＝ W＋(2.5)2×4 W＝150 W，故C正确；因输出电压由输入电压决定，故将R1摘掉，电压表的示数不变，故D正确.
　8.(多选)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶n，a、b两端接恒定交流电压U(有效值)，原线圈接一电阻为R0(恒定不变)的灯泡L，副线圈接入可变电阻R、理想电压表V，则下列说法正确的是(　　)
A.ab的输出功率等于可变电阻R的功率
B.若可变电阻接入电路的阻值变大，电压表示数变大
C.可变电阻消耗功率最大时，通过灯泡L的电流为
D.当可变电阻接入电路的电阻为n2R0时，可变电阻消耗功率最大　　
【解析】 BD　ab输出功率等于灯泡功率和可变电阻功率之和，A错误；若可变电阻接入电路的阻值变大，则副线圈中电流变小，由变压器规律知，原线圈中电流变小，灯泡两端电压变小，由U＝UL＋U1，知原线圈输入电压变大，副线圈输出电压变大，电压表示数变大，B正确；设原线圈中电流为I1，则可变电阻的功率PR＝I1U－IR0，当I1＝时，有PRmax＝，这时原线圈输入电压U1＝U－I1R0＝，由变压器规律知＝，得副线圈两端电压U2＝，根据PRmax＝＝得R＝n2R0，C错误，D正确.故选BD.