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1、2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流 傳感器 課時作業(yè)33 變壓器 電能的輸送
1.如圖為一種變壓器的實物圖,根據(jù)其銘牌上所提供的信息,以下判斷正確的是( )
A.這是一個升壓變壓器
B.原線圈的匝數(shù)比副線圈的匝數(shù)多
C.當(dāng)原線圈輸入交流電壓220 V時,副線圈輸出直流電壓12 V
D.當(dāng)原線圈輸入交流電壓220 V、副線圈接負(fù)載時,副線圈中電流比原線圈中電流小
【解析】 根據(jù)銘牌上所提供的信息可知:變壓器的輸入電壓為220 V,輸出電壓為12 V,該變壓器為降壓變壓器,故選項A錯誤、選項B正確;變壓器的工作原理是電磁感應(yīng),故變壓器的原、副線圈上的電壓都為交流電壓,選
2、項C錯誤;由理想變壓器的輸出功率等于輸入功率,且原線圈的電壓大于副線圈的電壓,故副線圈接負(fù)載時,副線圈中電流比原線圈中電流大,選項D錯誤.
【答案】 B
2.如圖所示,半徑為L=1 m的金屬圓環(huán),其半徑Oa是銅棒,兩者電阻均不計且接觸良好.今讓Oa以圓心O為軸,以角速度ω=10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動,圓環(huán)處于垂直于環(huán)面,磁感應(yīng)強度為B=2 T的勻強磁場中.從圓心O引出導(dǎo)線,從圓環(huán)上接出導(dǎo)線,并接到匝數(shù)比為n1∶n2=1∶4的理想變壓器原線圈兩端.則接在副線圈兩端的理想電壓表的示數(shù)為( )
A.40 V B.20 V
C.80 V D.0 V
【解析】 由于Oa以圓心O為軸,
3、以角速度ω=10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢,變壓器原線圈兩端的電壓恒定不變,因此變壓器鐵芯中磁通量不變,接在副線圈兩端的理想電壓表的示數(shù)為零,選項D正確.
【答案】 D
3.如圖,理想變壓器原線圈輸入電壓u=Umsin ωt,副線圈電路中R0為定值電阻,R是滑動變阻器.V1和V2是理想交流電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示;A1和A2是理想交流電流表,示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說法正確的是( )
A.I1和I2表示電流的瞬時值
B.U1和U2表示電壓的最大值
C.滑片P向下滑動過程中,U2不變、I1變大
D.滑片P向下滑動過程中,U2變小、I1變小
【解
4、析】 交流電表的示數(shù)表示交流電的有效值,A、B兩項錯誤;滑片P向下滑動過程中,原、副線圈的匝數(shù)n1、n2不變,U1不變,則U2=不變;R連入電路的電阻變小,則流過副線圈的電流I2=變大,根據(jù)U1I1=U2I2,可知I1變大,C項正確,D項錯誤.
【答案】 C
4.如圖所示,理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=3∶1,在原副線圈中電路分別接有阻值相同的電阻R1,R2.交變電壓的大小為U,則下列說法正確的是( )
A.電阻R1,R2兩端的電壓之比為3∶1
B.電阻R1,R2上消耗的電功率之比為1∶1
C.電阻R1,R2兩端的電壓均為
D.電阻R1,R2上消耗的電功率之比為1∶
5、9
【解析】 由變壓器電壓、電流、功率的比例關(guān)系可知:通過R1、R2的電流之比I1∶I2=n2∶n1=1∶3,故兩電阻上電壓之比U1∶U2=I1R∶I2R=1∶3;兩電阻消耗的電功率之比P1∶P2=IR∶IR=1∶9.選項D正確.
【答案】 D
5.如圖,一理想變壓器的原線圈接在電壓為220 V的正弦交流電源上,兩副線圈匝數(shù)分別為n2=16、n3=144,通過理想二極管(具有單向?qū)щ娦?、單刀雙擲開關(guān)與一只“36 V,18 W”的燈泡相連(燈泡電阻不變),當(dāng)開關(guān)接1時,燈泡正常發(fā)光,則下列說法中正確的是( )
A.原線圈的匝數(shù)為880
B.當(dāng)開關(guān)接2時,燈泡兩端電壓的有效值為
6、20 V
C.當(dāng)開關(guān)接2時,原線圈的輸入功率約為18 W
D.當(dāng)開關(guān)接2時,原線圈的輸入功率約為11 W
【解析】 由=得n1=880,選項A正確;當(dāng)開關(guān)接2時,有=,解得U=40 V,設(shè)交流電周期為T,·=T,U′=20 V,選項B正確;燈泡電阻為R==72 Ω,燈泡消耗的實際功率為P== W≈11 W,選項C錯誤,D正確.
【答案】 ABD
6.如圖甲所示的遠(yuǎn)距離輸電示意圖中,變壓器均為理想變壓器.升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100,其輸入電壓如圖乙所示,遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為100 Ω.降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖,其中R1為一定值電阻,R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制
7、成的傳感器,當(dāng)溫度升高時其阻值變?。妷罕鞻顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出).未出現(xiàn)火情時,升壓變壓器的輸入功率為750 kW.下列說法正確的是( )
A.降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為50 Hz
B.輸電線中的電流為60 A
C.輸電線路損耗功率為90 kW
D.當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時,電壓表V的示數(shù)變大
【解析】 由圖乙知交變電流的周期T=0.02 s,所以降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為f=50 Hz,選項A正確;由圖乙知升壓變壓器輸入端電壓有效值為250 V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知,副線圈電壓為25 000 V,所以輸電線中的電流為I==30 A,
8、選項B錯誤;輸電線損失的電壓為ΔU=IR=30×100 V=3 000 V,輸電線路損耗功率為ΔP=ΔUI=90 kW,選項C正確;當(dāng)出現(xiàn)火情時,傳感器R2阻值減小,降壓變壓器副線圈兩端電壓看作不變,副線圈中電流增大,定值電阻的分壓增大,所以電壓表V的示數(shù)變小,選項D錯誤.
【答案】 AC
[創(chuàng)新導(dǎo)向練]
7.科技應(yīng)用——變壓器原理在醫(yī)療器械中及應(yīng)用
心電圖儀是將心肌收縮產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)化為電壓脈沖的儀器,其部分電路可簡化為大電阻R1與交流電源串聯(lián),該電源輸出的電壓恒為U0,如圖所示.心電圖儀與一個理想變壓器的初級線圈相連,一個揚聲器(可等效為一個定值電阻R2)與該變壓器的次級線圈
9、相連.若R2從變壓器得到的功率此時最大,下列說法錯誤的是( )
A.大電阻R1兩端電壓為
B.理想變壓器初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比值為
C.交流電源的輸出功率為
D.通過揚聲器的電流為
【解析】 設(shè)理想變壓器初級線圈和次級線圈的匝數(shù)分別為n1、n2,初級線圈和次級線圈中的電流分別為I1、I2,根據(jù)理想變壓器的初級和次級線圈的電流和電壓關(guān)系可得I1n1=I2n2,=,設(shè)R2的功率為P,聯(lián)立則有P=IR2=-IR1+I(xiàn)1U0,由于揚聲器有最大功率,則I1=、I2=,選項D正確;大電阻R1兩端電壓I1R1=,選項A正確;理想變壓器的初級和次級線圈的匝數(shù)比值為==,選項B錯誤;交流電源
10、的輸出功率為I1U0=,選項C正確.故本題選B.
【答案】 B
8.負(fù)載電阻含熱敏(光敏)電阻元件的理想變壓器的動態(tài)分析問題
如圖甲所示的電路中,S為單刀雙擲開關(guān),電表為理想電表,Rt為熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小),理想變壓器原線圈接圖乙所示的正弦交流電.則( )
A.變壓器原線圈中交流電壓u的表達(dá)式
u=110sin 100πt(V)
B.S接在a端,Rt溫度升高時,變壓器的輸入功率變小
C.S接在a端,Rt溫度升高時,電壓表和電流表的示數(shù)均變大
D.S由a切換到b,Rt消耗的功率變大
【解析】 由題圖乙可知,電壓的最大值為110 V,周期為0.02 s,所以ω
11、=100π rad/s,A項正確;副線圈的輸出電壓由變壓器的變壓比和輸入電壓決定,故電壓表的示數(shù)不變,C項錯誤;溫度升高時,Rt的阻值減小,由P=可知,變壓器的輸出功率增大,故其輸入功率也隨之增大,B項錯誤;S由a切換到b,副線圈匝數(shù)減少,故輸出電壓減小,Rt電阻不變,由P=知,Rt消耗的功率減小,D項錯誤.
【答案】 A
9.變壓器的實際應(yīng)用——電子滅蟲器的工作原理
電子滅蟲器由兩種主要部件組成:誘蟲的黑光燈和殺蟲的電網(wǎng).黑光燈發(fā)出的紫外線能夠引誘害蟲飛近黑光燈,然后再利用黑光燈周圍的交流高壓電網(wǎng)將其“擊斃”.如圖所示是電網(wǎng)的工作電路示意圖,理想變壓器將有效值為220 V的交變電壓變壓
12、,輸送到電網(wǎng),電網(wǎng)相鄰兩平行板電極間距為0.5 cm,空氣在常溫下被擊穿的臨界電場強度為6 220 V/cm.為防止兩極間空氣擊穿而造成短路,理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)應(yīng)滿足一定條件,則下列說法正確的是( )
A.變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比:>10
B.變壓器的副、原線圈的匝數(shù)比:<10
C.此變壓器為降壓變壓器
D.此變壓器為升壓變壓器
【解析】 電網(wǎng)相鄰兩電極間的最高電壓為:U2=Ed=6 220×0.5 V=3 110 V.理想變壓器輸入電壓的最大值為:U1=220× V=311 V,故應(yīng)滿足的條件是:<==,此變壓器為升壓器,選項B、D正確.
【答案】 BD
13、
10.綜合應(yīng)用——考查交變電路中含電容器的問題
如圖所示,矩形線圈abcd與理想變壓器原線圈組成閉合電路.線圈在有界勻強磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉(zhuǎn)動,磁場只分布在bc邊的左側(cè),磁感應(yīng)強度大小為B,線圈面積為S,轉(zhuǎn)動角速度為ω,匝數(shù)為N,線圈電阻不計.下列說法正確的是( )
A.將原線圈抽頭P向上滑動時,燈泡變暗
B.電容器的電容C變大時,燈泡變暗
C.圖示位置時,矩形線圈中瞬時感應(yīng)電動勢最大
D.若線圈abcd轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)?ω,則變壓器原線圈電壓的有效值為NBSω
【解析】 矩形線圈abcd中產(chǎn)生交變電流,將原線圈抽頭P向上滑動時,原線圈匝數(shù)變大,根據(jù)變壓比公式=
14、,輸出電壓減小,故燈泡變暗,A正確;電容器電容變大時,容抗減小電流變大,燈泡變亮,B錯誤;圖示位置時,線圈中的瞬時感應(yīng)電動勢為零,C錯誤;若線圈轉(zhuǎn)動角速度加倍 ,則變壓器原線圈電壓有效值也加倍,Em=NBS·2ω=·2×=×T,得E=NBSω,故D正確.
【答案】 AD
[綜合提升練]
11.如圖所示的理想變壓器原線圈Ⅰ接到220 V的交流電源上,副線圈有兩個,副線圈Ⅱ的匝數(shù)n2=30匝,與一個標(biāo)有“12 V,12 W”的燈泡L組成閉合電路,且燈L正常發(fā)光,副線圈Ⅲ的輸出電壓U3=110 V,與電阻R組成閉合回路,通過電阻R的電流強度為0.4 A,則副線圈Ⅲ的匝數(shù)n3是多少?原線圈Ⅰ中的
15、電流強度I1是多大?
【解析】 由于n2的匝數(shù)是30匝,電壓為12 V,n3的電壓是110 V,
根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可得=,
所以匝數(shù)n3=n2=275匝;
根據(jù)變壓器的輸入的功率和輸出的功率相等可得,U1I1=P2+P3,即220I1=12+100×0.4,
所以I1=0.26 A.
【答案】 275 0.26
12.1897年,舉世聞名的“尼亞加拉”水電站在美麗的尼亞加拉瀑布(如右圖)建成,現(xiàn)已使用100多年.當(dāng)時世界各地都在使用著費用高昂的直流電(因為使用直流電時必須每隔一公里建設(shè)一套發(fā)電機組).而尼亞加拉水電站采用了特斯拉發(fā)明的交流電供、輸電技術(shù),用高壓電實現(xiàn)了遠(yuǎn)距
16、離供電.若其中某一發(fā)電機組設(shè)計為:發(fā)電機最大輸出功率為P=100 kW,輸出電壓為U1=250 V,用戶需要的電壓為U2=220 V,輸電線電阻為R=10 Ω,若輸電線中因生熱而損失的功率為輸送功率的4%.
(1)畫出此輸電線路的示意圖;
(2)求在輸電線路中設(shè)置的升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比;
(3)求降壓變壓器的最大輸出電流I2.(保留整數(shù))
【解析】 (1)電路示意圖如圖所示.
(2)輸電過程中損失的功率:P損=ηP
通過R的電流:I2=
發(fā)電機的輸出電流:I1=
升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比:== ·=× =.
(3)用戶得到的最大功率:P用=P(1-η),降壓變壓器的輸出最大電流
I2′=== A≈436 A.
【答案】 (1)見解析 (2)1∶20 (3)436 A