2017-2018学年高二物理新人教版选修3-2重点强化训练：4 变压器的应用及远距离输电

重点强化卷(四)　变压器的应用及远距离输电
(建议用时：45分钟)
一、选择题
1．理想变压器正常工作时，在其两侧的原、副线圈中不一定相同的物理量是(　　)
A．交流电的频率　
B．输入、输出功率
C．磁通量的变化率
D．电压的最大值
【解析】　理想变压器原、副线圈中交流电的频率相同，磁通量的变化率相同，电压不一定相同，功率相同，故选D.
【答案】　D
2．如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12
V　6
W”的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是(　　)
图1
A．120
V,0.10
A
B．240
V,0.025
A
C．120
V,0.05
A
D．240
V,0.05
A
【解析】　灯泡正常工作，副线圈电压U2＝12
V，副线圈电流I2＝2×
A＝1
A，根据匝数比得原线圈电流I1＝I2＝0.05
A，原线圈电压U1＝20U2＝240
V，选项D正确．
【答案】　D
3．(多选)图2(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)　　　　　　　　　　　(b)　　　
图2
A．变压器输入、输出功率之比为4∶1
B．变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4
C．u随t变化的规律为u＝51sin(50πt)
V(国际单位制)
D．若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大
【解析】　由题意，理想变压器输入、输出功率之比为1∶1，选项A错误；变压器原、副线圈中的电流强度与匝数成反比，即＝＝，故选项B正确；由题图(b)可知交流电压最大值Um＝51
V，周期T＝0.02
s，角速度ω＝100π
rad/s，则可得u＝51sin(100πt)(V)，故选项C错误；RT的温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确．
【答案】　BD
4．(多选)如图3乙所示，一理想自耦变压器的原线圈接有如图甲所示的正弦交变电压，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　　　　　　　乙
图3
A．交流电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos
100πt
V
B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大
C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大
D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大
【解析】　从题图甲可看出，交流电的周期T＝2×10－2
s，最大值为U0，所以交流电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cost
V＝U0cos
100πt
V，选项A正确；因原、副线圈两端电压与其匝数成正比，当仅将触头P向A端滑动时，副线圈两端的电压增大，即电阻R两端的电压增大，则电阻R消耗的电功率增大，选项B正确；若仅使电阻R增大，副线圈两端的电压不变，则电阻R消耗的电功率P＝减小，原线圈的输入电功率也减小，选项C错误；将触头P向B端滑动，副线圈两端的电压减小，同时电阻R增大，通过R的电流I2＝减小，根据变压器的特点，通过A处的电流也一定减小，选项D错误．
【答案】　AB
5．(多选)如图4为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是(　　)
图4
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
【解析】　电路中的功率损耗ΔP＝I2R线，而R线＝ρ，增大输电线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减小输电线上的功率损耗，A项正确；由P＝UI来看，在输送功率一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流越小，则功率损耗越小，B项正确；若输电电压一定，输送功率越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，C项错误；输电电压并不是电压越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，D项正确．
【答案】　ABD
6．如图5所示，某发电机输出功率是100
kW，输出电压是250
V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8
Ω，要使输电线上的功率损失为5%，而用户得到的电压正好为220
V，则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是(　　)
图5
A．16∶1　190∶11
B．1∶16　11∶190
C．1∶16　190∶11
D．16∶1　11∶190
【解析】　输电线损失功率P损＝100×103×5%
W＝5×103
W，所以，输电线电流I2＝＝25
A，升压变压器原线圈电流I1＝＝400
A，故升压变压器原、副线圈匝数比＝＝.升压变压器副线圈两端电压U2＝U1＝4
000
V，输电线损失电压U损＝I2R总＝200
V，降压变压器原线圈电压U3＝U2－U损＝3
800
V，故降压变压器原、副线圈匝数比为＝＝，故选项C正确．
【答案】　C
7．如图6所示的甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上110
V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为55
V．若分别在c、d两端与g、h两端加上110
V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为(　　)
图6
A．220
V,220
V
B．220
V,110
V
C．110
V,110
V
D．220
V,0
【解析】　当a、b两端接110
V电压时，c、d间获得的电压为55
V，说明c、d间线圈的匝数为原线圈a、b间匝数的一半；反过来，当c、d两端接110
V电压时，由电压与匝数的关系知，a、b间电压应为220
V．当e、f两端接110
V电压时，g、h间电压为55
V，说明g、h间电阻为e、f间电阻的一半；当g、h两端接110
V电压时，其等效电路如图所示．
e、g间没有电流，e、g间电压为零，所以e、f间电压与g、h间电压相等，为110
V，故B正确．
【答案】　B
8．如图7为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1、输电线的电阻和理想变压器匝数均不变，且n1∶n2＝n4∶n3.当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是(　　)
图7
A．用户的电压U4增加
B．恒有U1∶U2＝U4∶U3
C．输电线上损耗的功率减小
D．发电机的输出功率不变
【解析】　当用户消耗的功率增大时，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，可知输电线上的电功率损耗增大、电压损耗增大，又因发电机的输出电压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U4减小，故A、C错误．因为原、副线圈的电压比等于匝数之比，则U1∶U2＝n1∶n2，U3∶U4＝n3∶n4，因为n1∶n2＝n4∶n3，所以U1∶U2＝U4∶U3，故B正确．发电机的输出功率等于用户消耗的功率加上输电线上损耗的功率，故D错误．
【答案】　B
9．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图8所示，发电机的输出电压为220
V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220
V的用电器正常工作，则(　　)
图8
A.>
B.<
C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
【解析】　由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数之比的关系，可知要让用电器正常工作，必须有>，故A项对，B、C项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D项也对．
【答案】　AD
10.图9为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器．原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220
V降至110
V．调节前后(　　)
图9
A．副线圈中的电流比为1∶2
B．副线圈输出功率比为2∶1
C．副线圈的接入匝数比为2∶1
D．原线圈输入功率比为1∶2
【解析】　根据欧姆定律I＝，U2由220
V降至110
V，副线圈上的电流变为原来的，即调节前后，副线圈上电流之比为2∶1，选项A错误；根据P＝UI知，U、I均变为原来的时，副线圈上输出的功率变为原来的，即调节前后副线圈的输出功率之比为4∶1，选项B错误；根据理想变压器电压与匝数的关系＝，当U2由220
V降至110
V时，n2变为原来的，即调节前后副线圈接入的匝数比为2∶1，选项C正确；根据理想变压器P入＝P出，所以原线圈输入功率等于副线圈的输出功率，即调节前后原线圈输入功率之比为4∶1，选项D错误．
【答案】　C
二、非选择题
11．在远距离输电时，如果升压变压器输出电压是2
000
V，输出功率是10
kW，输电线电阻是20
Ω，求：
(1)输电线上损失的功率和损失的电压；
(2)用户能得到的功率和电压．
【解析】　本题考查高压输电线路中的电压损失和功率损失，解题的关键是利用输电线损失功率的公式P损＝I2R，求出输送电流．
(1)由P出＝I线U出，得I线＝＝
A＝5
A，
则输电线上损失的功率P损＝IR＝52×20
W＝500
W，
损失的电压ΔU＝I线R＝5×20
V＝100
V.
(2)用户得到的电压和功率分别为
U用＝U出－ΔU＝2
000
V－100
V＝1
900
V，
P用＝P出－P损＝10×103
W－500
W＝9
500
W.
【答案】　(1)P损＝500
W　ΔU＝100
V
(2)P用＝9
500
W　U用＝1
900
V
12．如图10所示，学校有一台应急备用发电机，内阻为r＝1
Ω，升压变压器匝数比为n1∶n2＝1∶4，降压变压器的匝数比为n3∶n4＝4∶1，输电线总电阻为R线＝4
Ω，全校有22间教室，每间教室安装“220
V　40
W”的电灯6盏，要求所有的电灯都正常发光，求：
图10
(1)输电线上损耗的电功率P损为多大？
(2)发电机的电动势E为多大？
【解析】　(1)所有电灯正常发光时消耗的功率为
P灯＝40×22×6
W＝5
280
W＝P4
由于电灯正常发光时降压变压器副线圈两端电压
U4＝220
V
所以降压变压器原线圈两端电压
U3＝U4＝×220
V＝880
V
两变压器之间输电线上的电流为
I线＝＝＝
A＝6
A
输电线上损失的功率
P损＝IR线＝62×4
W＝144
W.
(2)输电线上损失的电压
U损＝I线R线＝6×4
V＝24
V
升压变压器副线圈两端电压
U2＝U3＋U损＝(880＋24)
V＝904
V
升压变压器原线圈两端电压
U1＝U2＝×904
V＝226
V
升压变压器原线圈中的电流
I1＝I线＝×6
A＝24
A
发电机内阻上的电压：Ur＝I1r＝24
V
发电机的电动势
E＝U1＋Ur＝226
V＋24
V＝250
V.
【答案】　(1)144
W　(2)250
V