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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練36 變壓器、電能的輸送
一、選擇題
1.(xx四川卷)如圖所示,甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖,乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時(shí)間變化的圖象,則( )
A.用戶用電器上交流電的頻率是100 Hz
B.發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500 V
C.輸電線的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定
D.當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí),輸電線上損失的功率減小
解析:整個(gè)遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中,交流電的頻率不變,由圖乙可知,交流電的頻率為50 Hz,A錯(cuò)誤.發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓最大值為500 V,B錯(cuò)誤.輸電線的電流由用戶端電流和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比共同決定,C錯(cuò)誤.當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí),用戶電流減小,輸電線電流減小,輸電線損失的功率減小,D正確.
答案:D
2.
(xx安徽師大摸底)一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=11∶5,原線圈與正弦交變電源連接,輸入電壓u隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示,副線圈僅接入一個(gè)10 Ω的電阻,則( )
A.流過(guò)電阻的最大電流是20 A
B.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是141 V
C.變壓器的輸入功率是2.2103 W
D.在交變電流變化的—個(gè)周期內(nèi),電阻產(chǎn)生的焦耳熱是20 J
解析:由變壓器變壓公式,副線圈輸出電壓U=100 V,輸出電流I=10 A,由歐姆定律可得流過(guò)電阻的最大電流是Im=I=10 A,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由變壓器變壓公式,知與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;變壓器輸出功率P=UI=10010 W=1000 W,則變壓器的輸入功率是1000 W,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在交變電流變化的一個(gè)周期內(nèi),電阻產(chǎn)生的焦耳熱是Q=I2RT=102100.02 J=20 J,選項(xiàng)D正確.
答案:D
3.
普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測(cè)量電流,通常要通過(guò)電流互感器來(lái)連接,圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少,工作時(shí)電流為Iab,cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多,工作時(shí)電流為Icd,為了使電流表能正常工作,則( )
A.a(chǎn)b接MN、cd接PQ,Iab
Icd
C.a(chǎn)b接PQ、cd接MN,IabIcd
解析:為使電流表正常工作,電流表應(yīng)接在電流較小一側(cè),由=可知,匝數(shù)較多的cd端應(yīng)接PQ,匝數(shù)少的ab端接MN,這樣Iab>Icd,選項(xiàng)B正確.
答案:B
4.(xx四川自貢一診)如圖所示,M是一個(gè)小型理想變壓器,原、副線圈匝數(shù)之比n1∶n2=10∶1,接線柱a、b接一正弦交變電源,電壓u=311sin 100πt V.變壓器右側(cè)部分為一火警系統(tǒng)原理圖.其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器(電阻隨溫度升高而減小),R1為一定值電阻.下列說(shuō)法正確的是( )
A.當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),電阻R1的功率變小
B.當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),電壓表V2的示數(shù)變大
C.當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),電流表A的示數(shù)變小
D.電壓表V1示數(shù)為22 V
解析:根據(jù)題意,輸入電壓的有效值U1=220 V,再根據(jù)電壓比公式可知,副線圈的輸出電壓為U2=22 V,因?yàn)檩斎腚妷簺Q定輸出電壓,所以當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),副線圈電壓不變,仍是22 V,即電壓表V1示數(shù)仍是22 V,選項(xiàng)D正確;當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),R2阻值隨溫度升高而減小,副線圈電路的總電阻減小,輸出電流I2增大,電阻R1的功率P=IR1變大,R2兩端的電壓U2=U1-I2R1變小,即電壓表V2的示數(shù)變小,輸入電流I1=I2=0.1I2變大,所以電流表A的示數(shù)變大,選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤.
答案:D
5.(多選)(xx懷化市高三模擬)如圖是一個(gè)小型電風(fēng)扇電路簡(jiǎn)圖,其中理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n∶1,原線圈接電壓為U的交流電源,輸出端接有一只電阻為R的燈泡L和風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D,電動(dòng)機(jī)線圈電阻為r.接通電源后,電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn),測(cè)出通過(guò)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的電流為I,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D兩端的電壓為Ir
B.理想變壓器的輸入功率為
C.風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D輸出的機(jī)械功率為-I2r
D.若電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住,則通過(guò)原線圈的電流為
解析:風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn),為非純電阻電路,風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的兩端電壓U′>Ir,選項(xiàng)A錯(cuò).根據(jù)原副線圈匝數(shù)比等于電壓比可得=n,副線圈電壓U2=,副線圈電流I2=I+I(xiàn)L,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比,可得原線圈電流I1=,理想變壓器輸入功率等于UI1=,選項(xiàng)B錯(cuò).風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D輸出的機(jī)械功率為總功率減去熱功率即U2I-I2r=-I2r,選項(xiàng)C對(duì).若電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住,則風(fēng)扇變?yōu)榧冸娮?,此時(shí)副線圈電流I2=+=,原線圈電流I1==,選項(xiàng)D對(duì).
答案:CD
6.(多選)(xx寧波市十校高三聯(lián)考)圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖,兩極M、N間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),A為理想交流電流表,V為理想交流電壓表.內(nèi)阻不計(jì)的矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的水平軸OO′沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),矩形線圈通過(guò)滑環(huán)接一理想變壓器,滑動(dòng)觸頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變變壓器副線圈的輸出電壓,副線圈接有可調(diào)電阻R,從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),發(fā)電機(jī)線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示,以下判斷正確的是( )
A.電壓表的示數(shù)為10 V
B.0.01 s時(shí)發(fā)電機(jī)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行
C.若P的位置向上移動(dòng)、R的大小不變時(shí),電流表讀數(shù)將減小
D.若P的位置不變、R的大小不變,而把發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍,則變壓器的輸入功率將增大到原來(lái)的4倍
解析:由圖乙知交流電電壓峰值為10 V,電壓表顯示的為有效值10 V,A正確;0.01 s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流達(dá)到最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,則穿過(guò)線圈的磁通量變化最快,磁通量為0,故線圈平面與磁場(chǎng)方向平行,故B正確;若P的位置向上移動(dòng),匝數(shù)比減小,副線圈電壓增大,R的大小不變時(shí),電流表讀數(shù)將增大,故C錯(cuò)誤;若P的位置不變、R的大小不變,而把發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍,電壓增大為原來(lái)的2倍,則變壓器的輸入功率將增大到原來(lái)的4倍,故D正確.
答案:ABD
7.(多選)(xx浙江省金華十校高考模擬)如圖所示,電阻不計(jì)的正方形導(dǎo)線框abcd處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.線框繞中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=200cos(100πt)V.線框的輸出端與理想變壓器原線圈相連,副線圈連接著一只“20 V、8 W”的燈泡,且燈泡能正常發(fā)光,電路中熔斷器熔斷電流為0.4 A,熔斷器與輸電導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì).下列判斷正確的是( )
A.t=0 s時(shí)刻的線框中磁通量變化率為最大
B.理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1
C.若副線圈兩端并聯(lián)多只“20 V、8 W”的燈泡,則最多不能超過(guò)10只
D.若線框轉(zhuǎn)速減半,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=100cos(100πt)V
解析:由題意知線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=200cos(100πt)V,故t=0 s時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)最大,線框中磁通量的變化率最大,所以A正確;變壓器原線圈的電壓U1=200 V,又燈泡能正常發(fā)光,副線圈的電壓U2=20 V,根據(jù)變壓規(guī)律==,所以B正確;燈泡的電流I==0.4 A,因?yàn)槿蹟嗥魅蹟嚯娏鳛?.4 A,故原線圈的電流有效值最大為0.4 A,根據(jù)變流規(guī)律可知副線圈的電流最大為4 A大于10I,所以副線圈并聯(lián)的燈泡能超過(guò)10只,故C錯(cuò)誤;若線框轉(zhuǎn)速減半,即角速度減半產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=100cos(50πt)V,故D錯(cuò)誤.
答案:AB
8.(多選)(xx新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ)如圖所示,一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2.原線圈通過(guò)一理想電流表?接正弦交流電源,一個(gè)二極管和阻值為R的負(fù)載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端.假設(shè)該二極管的正向電阻為零,反向電阻為無(wú)窮大.用交流電壓表測(cè)得a、b端和c、d端的電壓分別為Uab和Ucd,則( )
A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大負(fù)載電阻的阻值R,電流表的讀數(shù)變小
C.負(fù)載電阻的阻值越小,cd間的電壓Ucd越大
D.將二極管短路,電流表的讀數(shù)加倍
解析:由于二極管的單向?qū)щ娦?,Uab∶Ucd≠n1∶n2,A錯(cuò)誤.增大負(fù)載電阻的阻值R,副線圈中的電流減小,則原線圈中的電流也減小,即電流表的讀數(shù)變小,B正確.c、d間的電壓由原線圈中的電壓和變壓器的匝數(shù)比決定,與電阻R無(wú)關(guān),C錯(cuò)誤.將二極管短路,副線圈中的電流加倍,則原線圈中的電流也加倍,D正確.
答案:BD
9.(多選)(xx揚(yáng)州中學(xué)高三階段測(cè)試)如圖所示,理想變壓器,原副線圈的匝數(shù)比為n.原線圈接正弦交流電壓U,輸出端A、A1、A2、A3為理想的交流電流表,R為三個(gè)完全相同的電阻,L為電感,C為電容,當(dāng)輸入端接通電源后,電流表A讀數(shù)為I.下列判斷正確的是( )
A.副線圈兩端的電壓為nU
B.通過(guò)副線圈的最大電流I
C.電流表A1的讀數(shù)I1大于電流表A2的讀數(shù)I2
D.電流表A3的讀數(shù)I3=0
解析:根據(jù)=,得=n,故A錯(cuò)誤;根據(jù)題意得,電流表A讀數(shù)為I,副線圈的電流有效值為I,所以通過(guò)副線圈的最大電流為I,故B正確;電感線圈會(huì)對(duì)交流電有阻礙作用,即I1>I2,故C正確;電容器通交流阻直流,故有電流通過(guò)電流表A3,即I3≠0,故D錯(cuò)誤.
答案:BC
10.(xx邯鄲市高三模擬)圖甲中的變壓器為理想變壓器,原線圈匝數(shù)n1與副線圈匝數(shù)n2之比為10∶1,變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦式交流電,電阻R1=R2=R3=20 Ω和電容器C連接成如圖甲所示的電路.其中,電容器擊穿電壓為8 V,各電表均為理想交流電表,開(kāi)關(guān)S處于斷開(kāi)狀態(tài),則( )
A.電壓表的讀數(shù)為10 V
B.電流表的讀數(shù)約為0.05 A
C.電阻R2上消耗的功率為2.5 W
D.若閉合開(kāi)關(guān)S,電容器會(huì)被擊穿
解析:由乙圖知,原線圈電壓的有效值為U1=100 V,根據(jù)變壓規(guī)律得U2=10 V,開(kāi)關(guān)S處于斷開(kāi)狀態(tài),負(fù)載為R1、R2串聯(lián),電壓表測(cè)量R2的電壓,又R1=R2,可得電壓表讀數(shù)為5 V,所以A錯(cuò)誤;副線圈電流I2== A,所以B錯(cuò)誤;電阻R2上消耗的功率P2=IR2=2.5 W,故C正確;若閉合開(kāi)關(guān)S,電容器等于U2= V小于8 V,故電容器不會(huì)被擊穿,所以D錯(cuò)誤.
答案:C
二、非選擇題
11.理想變壓器原線圈中輸入電壓U1=3300 V,副線圈兩端電壓U2為220 V,輸出端連有完全相同的兩個(gè)燈泡L1和L2,繞過(guò)鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表的示數(shù)U=2 V.求:
(1)原線圈n1等于多少匝?
(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電流表A2的示數(shù)I2=5 A.則電流表A1的示數(shù)I1為多少?
(3)當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),電流表A1的示數(shù)I1′等于多少?
解析:(1)由電壓與變壓器匝數(shù)的關(guān)系可得:
U1/n1=U2/n2=U,則n1=1650匝.
(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),有:U1I1=U2I2,I1== A.
(3)當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),有:RL=U2/I2=44 Ω.當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),設(shè)副線圈總電阻為R′,有R′=RL/2=22 Ω,副線圈中的總電流為I2′,則I2′=U2/R′=10 A.由U1I1′=U2I2′可知,I1′== A.
答案:(1)1650匝 (2) A (3) A
12.三峽水利樞紐工程是長(zhǎng)江流域治理開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵工程,是中國(guó)規(guī)模最大的水利工程.樞紐控制流域面積為1.0106 km2,占長(zhǎng)江流域面積的56%,壩址處年平均流量為Q=4.511011 m3.水利樞紐的主要任務(wù)包括防洪、發(fā)電、航運(yùn)三方面.在發(fā)電方面,三峽電站安裝水輪發(fā)電機(jī)組26臺(tái),總裝機(jī)容量(指26臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)工作的總發(fā)電功率)為P=1.82107 kW,年平均發(fā)電量約為W=8.401010 kWh.該工程已全部竣工,電站主要向華中、華東電網(wǎng)供電,以緩解這兩個(gè)地區(qū)的供電緊張局面.閱讀上述資料,解答下列問(wèn)題(水的密度ρ=1.0103 kg/m3,g取10 m/s2):
(1)若三峽電站上、下游水位差按h=100 m計(jì)算,試推導(dǎo)三峽電站將水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的效率η的公式,并計(jì)算出效率η的數(shù)值.
(2)若26臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部建成并發(fā)電,要達(dá)到年發(fā)電量的要求,每臺(tái)發(fā)電機(jī)組平均年發(fā)電時(shí)間t為多少天?
(3)將該電站的電能輸送到華中地區(qū),送電功率為P1=4.5105 kW,采用超高壓輸電,輸電電壓為U=500 kV,而發(fā)電機(jī)輸出的電壓約為U0=18 kV.若輸電線上損耗的功率為輸電功率的5%,求發(fā)電站的升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比和輸電線路的總電阻.
解析:(1)一年里水流做功(即減少的勢(shì)能)W′=Qρgh.
水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的效率η==,
將數(shù)據(jù)代入上式得η≈67%.
(2)設(shè)每臺(tái)發(fā)電機(jī)組平均年發(fā)電n天,則W=Pt,
即Pn24=W.
所以n==天≈192.3天.
(3)升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比===,輸電線上的電流I==900 A.
損失功率P損=5%P1=I2r,所以r≈27.8 Ω.
答案:(1)η= 67% (2)192.3天
(3) 27.8 Ω
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