高中物理沪科版选修3-2第4章 电能的输送与变压器综合与测试课堂检测

第3章测评B

(高考体验卷)

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一个选项符合题目要求,第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分)

1.如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2,则(　　)

A.用户端的电压为

B.输电线上的电压降为U

C.理想变压器的输入功率为r

D.输电线路上损失的电功率为I1U

解析:理想变压器输入端与输出端功率相等,U1I1=U2I2,用户端的电压U2=U1,选项A正确;输电线上的电压降ΔU=U-U1=I1r,选项B错误;理想变压器输电线上损失的功率为r,选项C、D错误。

答案:A

2.如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图像,则(　　)

A.用户用电器上交变电流的频率是100 Hz

B.发电机输出交变电流的电压有效值是500 V

C.输出线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定

D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小

解析:从图乙得到交变电流的频率是50Hz,变压器在输电过程中不改变交变电流的频率,选项A错误;从图乙得到发电机输出电压的最大值是500V,所以有效值为250V,选项B错误;输电线的电流是由降压变压器的负载电阻和输出电压决定的,选项C错误;由于变压器的输出电压不变,当用户用电器的总电阻增大时,输出电流减小,根据电流与匝数成反比的关系可知,输电线上的电流减小,由P线=I线R线可知,输电线上损失的功率减小,选项D正确。

答案:D

3.普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则(　　)

A.ab接MN、cd接PQ,Iab<Icd

B.ab接MN、cd接PQ,Iab>Icd

C.ab接PQ、cd接MN,Iab<Icd

D.ab接PQ、cd接MN,Iab>Icd

解析:根据电流互感器原理,原线圈中电流与副线圈电流的比值等于副线圈匝数与原线圈匝数的比值,电流互感器原线圈匝数少,接高压电路,副线圈匝数多,接电流表,所以ab接MN、cd接PQ,Iab>Icd,选项B正确。

答案:B

4.

用220 V的正弦式交变电流通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V,通过负载的电流图像如图所示,则(　　)

A.变压器输入功率约为3.9 W

B.输出电压的最大值是110 V

C.变压器原、副线圈的匝数比是1∶2

D.负载电流的函数表达式i=0.05sin A

解析:通过负载的电流有效值为0.025A,变压器输入功率约为P=UI=110×0.025W=3.9W,选项A正确;变压器输出电压的最大值是110V,选项B错误;由变压公式,变压器原、副线圈的匝数比是2∶1,选项C错误;负载电流的函数表达式i=0.05sin(100πt)A,选项D错误。

答案:A

5.如图所示,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(　　)

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:副线圈电压U2=12V,由,得U1=240V,副线圈中电流I2==2×A=1A,由,得I1=0.05A,选项D正确。

答案:D

6.如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是(　　)

A.P向下滑动时,灯L变亮

B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变

C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小

D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大

解析:由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡两端的电压没有影响,故灯泡亮度不变,选项A错误;滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,选项B正确;滑片P上滑,电阻减小,副线圈输出电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,选项C错误;此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,选项D正确。

答案:BD

7.

如图所示,将额定电压为60 V的用电器通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　)

A.变压器输入功率为484 W

B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A

C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A

D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3

解析:理想电流表没有电阻,显示的2.2A是理想变压器的输出电流的有效值,理想电压表的电阻无穷大,显示的220V是理想变压器的输入电压的有效值。用电器正常工作,所以,理想变压器的输出电压的有效值为60V。根据理想变压器的电压与匝数成正比,可得n1∶n2=U1∶U2=11∶3,选项D正确;理想变压器的输入功率等于输出功率,P入=P出=60×2.2W=132W,选项A错误;根据理想变压器的电流与匝数成反比,即I1∶I2=n2∶n1,可得通过原线圈的电流的有效值为I1=I2=0.6A,选项B正确;通过变压器的是正弦式交变电流,所以副线圈的电流的最大值为Im=I2=2.2A,选项C错误。

答案:BD

8.在图甲所示的电路中,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乙所示。下列说法正确的是 (　　)

甲

乙

A.所用交变电流的频率为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:由题图乙可得交变电流的周期为0.02s,频率为f==50Hz,选项A正确;由题图乙知流过R2的最大电流为Im=A,电流的有效值为I2==1A,R2的电阻为R3的一半,则流过R3的电流的有效值为I3=0.5A,所以电流表示数为0.5A,选项C错误;副线圈的电压为U2=I2R2=10V,根据可得,原线圈电压的有效值为U1=100V,电压表的示数为220V-100V=120V,选项B错误;副线圈的总功率为P2=R2+R3=15.0W,则原线圈的输入功率也为15.0W,选项D正确。

答案:AD

二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)

9.(8分)如图,理想变压器原线圈与一10 V的交流电源相连,副线圈并联两个小灯泡a和b。小灯泡a的额定功率为0.3 W,正常发光时电阻为30 Ω,已知两灯泡均正常发光,流过原线圈的电流为0.09 A,可计算出原、副线圈的匝数比为　　　　,流过灯泡b的电流为　　　　A。 

解析:根据P=和P=I2R得灯泡a两端的电压U2=V=3V,通过灯泡a的电流Ia=A=0.1A,根据得原、副线圈匝数之比,根据,得副线圈上的电流I2=I1=×0.09A=0.3A,根据I2=Ia+Ib得,流过灯泡b的电流为Ib=I2-Ia=0.2A。

答案:10∶3　0.2

10.(8分)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1为　　　　,为　　　　。 

解析:根据变压器的变压规律,得=k,=nk,所以U1=kU,U2=nkU。根据P=UI可知,匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1=,I2=。根据P=I2R,输电线路损耗的电功率分别为P1=R=R,P2=R=R,所以。

答案:R　

三、计算题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

11.(10分)有一理想变压器原、副线圈的匝数比为100∶1,原线圈上所加电压为23 kV,副线圈通过总电阻为2 Ω的输电导线向用户供电,用户用电器得到的电压是220 V,求供电导线上损耗的功率。

解析:设原线圈上所加电压为U1,匝数为n1,副线圈上两端电压为U2,匝数为n2,有　①

副线圈两端通过导线向用户供电,设用户电压为U3,导线上的电压为U4,有U2=U3+U4　②

输电导线上损失功率为P=　③

由①②③式得P=W=50W。

答案:50 W

12.(12分)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上,向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电,使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,使副线圈电路中电流超过12 mA时,熔丝就熔断。

(1)熔丝的熔断电流是多大?

(2)当副线圈电路中电流为10 mA时,变压器的输入功率是多大?

解析:(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,有I1U1=I2U2。当I2=12mA时,即为熔断电流。代入数据,得I1=0.98A。

(2)设副线圈中电流为I2'=10mA时,变压器的输入功率为P1,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,有P1=I2'U2,代入数据,得P1=180W。

答案:(1)0.98 A　(2)P1=180 W

13.(14分)发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω,如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线路后,再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图。(2)求用户得到的电压和功率。(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。

解:(1)线路图如图所示:

(2)升压变压器次级的输出电压U2=U1=2200V,升压变压器次级输出电流I2=I1,升压变压器初级输入电流,由P=U1I1得I1=A=200A,所以I2=A=20A,输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR=I2R=4V,PR=R=0.08kW,加到降压变压器初级线圈上的输入电流和电压为I3=I2=20A,U3=2200V-4V=2196V,降压变压器次级线圈的输出电压和电流U4=U3=219.6V,I4=I3=200A,用户得到的功率P4=U4I4=43.92kW。

(3)若不采用高压输电,线路损失电压为UR'=I1R=40V,用户得到的电压U'=U1-UR'=180V,用户得到的功率为P'=U'I1=36kW

答案:(1)如图所示　(2)219.6 V　43.92 kW

(3)36 kW　180 V