第2講變壓器電能的輸送時間：50分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共11小題，每小題7分，共77分。其中1～7題為單選，8～11題為多選)1．(2021·八省聯(lián)考廣東卷)科學(xué)中心某款手搖點(diǎn)火器原理如圖所示。當(dāng)鋼針和金屬板間瞬時電壓超過5000V時可以產(chǎn)生電火花。已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小為0.2T，手搖發(fā)電機(jī)線圈的面積為0.25m2，共50匝，不計內(nèi)阻，變壓器為理想變壓器，其原、副線圈匝數(shù)比為1∶100。下列說法正確的是()A．線圈轉(zhuǎn)速等于2r/s時，點(diǎn)火器可以產(chǎn)生電火花B．線圈轉(zhuǎn)速等于4r/s時，點(diǎn)火器可以產(chǎn)生電火花C．電壓表的示數(shù)為5V時，點(diǎn)火器可以產(chǎn)生電火花D．電壓表的示數(shù)為25V時，點(diǎn)火器可以產(chǎn)生電火花答案B解析線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電，設(shè)轉(zhuǎn)速為n，則發(fā)電機(jī)的最大電動勢為Em＝NBSω＝NBS·2πn，發(fā)電機(jī)的最大電動勢等于變壓器原線圈兩端電壓的最大值，即U1m＝Em，根據(jù)理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比等于其兩端電壓之比，有eq\f(1,100)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(\f(U1m,\r(2)),\f(U2m,\r(2)))；鋼針和金屬板間瞬時電壓超過5000V時可以產(chǎn)生電火花，現(xiàn)令U2m＝5000V，聯(lián)立各式解得U1m＝50V，n＝eq\f(10,π)r/s≈3.18r/s，故線圈轉(zhuǎn)速等于2r/s時，點(diǎn)火器不能產(chǎn)生電火花，線圈轉(zhuǎn)速等于4r/s時，點(diǎn)火器能產(chǎn)生電火花，故A錯誤，B正確；電壓表的示數(shù)為原線圈兩端的電壓有效值，恰好能點(diǎn)火時，電壓表示數(shù)UV＝eq\f(U1m,\r(2))＝25eq\r(2)V,5V和25V均小于25eq\r(2)V，故C、D錯誤。2．(2018·江蘇高考)采用220kV高壓向遠(yuǎn)方的城市輸電。當(dāng)輸送功率一定時，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的eq\f(1,4)，輸電電壓應(yīng)變?yōu)?)A．55kV B.110kVC.440kV D.880kV答案C解析輸電功率P＝UI，U為輸電電壓，I為輸電線路中的電流，輸電線路損失的功率為P損＝I2R，R為輸電線路的電阻，即P損＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))2R。當(dāng)輸電功率一定時，輸電線路損失的功率為原來的eq\f(1,4)，則輸電電壓為原來的2倍，即440kV，故C正確。3.(2018·天津高考)教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，則()A．R消耗的功率變?yōu)閑q\f(1,2)PB．電壓表V的讀數(shù)為eq\f(1,2)UC．電流表A的讀數(shù)變?yōu)?ID．通過R的交變電流頻率不變答案B解析根據(jù)ω＝2πn可知轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，則角速度變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，根據(jù)Em＝nBSω可知發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的最大電動勢為原來的eq\f(1,2)，根據(jù)U＝eq\f(Em,\r(2))可知發(fā)電機(jī)的輸出電壓有效值變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，即原線圈的輸出電壓變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知副線圈的輸入電壓變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，即電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，根據(jù)P＝eq\f(U2,R)可知R消耗的電功率變?yōu)閑q\f(1,4)P，A錯誤，B正確；副線圈中的電流為I2＝eq\f(\f(1,2)U,R)，即變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，根據(jù)eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)可知原線圈中的電流也變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，C錯誤；轉(zhuǎn)速減小為原來的eq\f(1,2)，則頻率變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，D錯誤。4．(2020·河南省三市第二次質(zhì)量檢測)如圖所示，甲圖中滑動變阻器的輸入端a、b之間接一電壓為U1的直流電源，變阻器的輸出端c、d之間接一額定電壓為220V、額定功率為40W的燈泡。乙圖中理想變壓器的輸入端e、f之間接一電壓為U2的正弦式交變電源，理想變壓器的輸出端g、h之間也接一額定電壓為220V、額定功率為40W的燈泡。已知滑動變阻器的滑動觸頭在變阻器的中點(diǎn)，理想變壓器的滑動端在線圈的中點(diǎn)，此時兩個燈泡都正常發(fā)光。下列說法正確的是()A．U1和U2均為110VB．U1為110V，U2為220VC．U1為220V，U2為110VD．U1大于220V，U2為110V答案D解析甲圖中，燈泡與滑動變阻器滑動觸頭以下部分串聯(lián)，燈泡正常發(fā)光，則燈泡兩端電壓為220V，根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律可得U1＝eq\f(RL＋R下,RL)UL＞220V；乙圖中，燈泡正常發(fā)光，說明副線圈兩端電壓是220V，根據(jù)理想變壓器原理可得eq\f(U2,UL)＝eq\f(n1,n2)，因理想變壓器的滑動端在線圈中點(diǎn)，所以eq\f(n1,n2)＝eq\f(1,2)，解得U2＝eq\f(n1,n2)UL＝110V，故A、B、C錯誤，D正確。5.在繞制變壓器時，某人將兩個線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個臂上。當(dāng)通以交變電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間的臂。已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1∶n2＝2∶1。在不接負(fù)載的情況下()A．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時，線圈2輸出電壓為110VB．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時，線圈2輸出電壓為55VC．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時，線圈1輸出電壓為220VD．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時，線圈1輸出電壓為440V答案B解析在不考慮原、副線圈內(nèi)電阻的情況下，變壓器原、副線圈電壓之比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(U1,U2)))等于原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢之比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E1,E2)))；給一個線圈通交變電流后，其內(nèi)部磁通量只有一半通過另一個線圈，因此另一線圈的磁通量的變化率只有通電線圈的一半；當(dāng)給線圈1輸入電壓為U1＝220V時，因eq\f(U1,U2)＝eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1\f(ΔΦ1,Δt),n2\f(ΔΦ2,Δt))＝eq\f(n1ΔΦ1,n2ΔΦ2)＝eq\f(2,1)×eq\f(2,1)＝eq\f(4,1)，則線圈2輸出電壓為U2＝eq\f(1,4)U1＝55V；當(dāng)給線圈2輸入電壓為U2′＝110V時，因eq\f(U2′,U1′)＝eq\f(E2′,E1′)＝eq\f(n2\f(ΔΦ2′,Δt),n1\f(ΔΦ1′,Δt))＝eq\f(n2ΔΦ2′,n1ΔΦ1′)＝eq\f(1,2)×eq\f(2,1)＝eq\f(1,1)，則線圈1輸出電壓為U1′＝U2′＝110V；所以B正確，A、C、D錯誤。6.(2020·廣西柳州高級中學(xué)高三下學(xué)期4月線上模擬)如圖所示的理想變壓器，兩個副線圈匝數(shù)分別為n1和n2，當(dāng)把電熱器接在a、b間，使c、d空載時，電流表示數(shù)為I1，當(dāng)把同一電熱器接在c、d間，而使a、b空載時，電流表的示數(shù)為I2，則I1∶I2等于()A．n1∶n2 B.neq\o\al(2,1)∶neq\o\al(2,2)C．n2∶n1 D.neq\o\al(2,2)∶neq\o\al(2,1)答案B解析設(shè)副線圈中的電壓分別為U2、U3，根據(jù)理想變壓器輸入功率等于輸出功率以及電壓與匝數(shù)成正比可知，UI1＝eq\f(U\o\al(2,2),R)，UI2＝eq\f(U\o\al(2,3),R)，聯(lián)立解得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U\o\al(2,2),U\o\al(2,3))＝eq\f(n\o\al(2,1),n\o\al(2,2))，故B正確，A、C、D錯誤。7.(2020·江蘇省啟東市高三下學(xué)期期初考試)電風(fēng)扇的擋位變換器電路如圖所示，把它視為一個可調(diào)壓的理想變壓器，總匝數(shù)為2400匝的原線圈輸入電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，擋位1、2、3、4對應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為240匝、600匝、1200匝、2400匝。電動機(jī)M的內(nèi)阻r＝8Ω，額定電壓為U＝220V，額定功率P＝110W。下列判斷正確的是()A．該交變電源的頻率為100HzB．當(dāng)選擇3擋位后，電動機(jī)兩端電壓的最大值為110VC．當(dāng)擋位由3變?yōu)?后，原線圈的電流變大D．當(dāng)選擇擋位4后，電動機(jī)的輸出功率為108W答案D解析根據(jù)原線圈輸入電壓的瞬時值表達(dá)式知：ω＝100πrad/s，則該交變電源的頻率f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，故A錯誤；根據(jù)題意輸入電壓的有效值為220V，當(dāng)選擇3擋位后，副線圈的匝數(shù)為1200匝，根據(jù)理想變壓器電壓與匝數(shù)成正比得：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，即eq\f(220V,U2)＝eq\f(2400,1200)，解得：U2＝110V，所以電動機(jī)兩端電壓的最大值為110eq\r(2)V，故B錯誤；當(dāng)擋位由3變?yōu)?后，副線圈匝數(shù)減小，副線圈兩端的電壓減小，輸出功率變小，則輸入功率變小，根據(jù)P1＝U1I1知原線圈電流變小，故C錯誤；當(dāng)選擇擋位4后，副線圈匝數(shù)等于2400匝，根據(jù)理想變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系得副線圈兩端的電壓為220V，電動機(jī)正常工作，流過電動機(jī)的電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(110,220)A＝0.5A，電動機(jī)的發(fā)熱功率P熱＝I2r＝0.52×8W＝2W，電動機(jī)的輸出功率P出＝P－P熱＝110W－2W＝108W，故D正確。8.(2020·河北省張家口市5月模擬)如圖所示為一理想變壓器，原線圈a、b兩端接入電壓u＝Umsinωt的交變電流，Um和原線圈接入電阻阻值均保持不變，電表均為理想電表。當(dāng)用戶并聯(lián)在副線圈兩端上的用電器增加時，下列說法正確的是()A．電流表A1的示數(shù)變大 B.電流表A2的示數(shù)變小C．電壓表V1的示數(shù)變大 D.電壓表V2的示數(shù)變小答案AD解析Um和原線圈接入電阻阻值均保持不變，當(dāng)用戶并聯(lián)在副線圈兩端的用電器增加時，副線圈兩端總電阻減小，則原線圈兩端的等效電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律知，A1示數(shù)增大，V1示數(shù)減??；再根據(jù)理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系可知，A2示數(shù)增大，V2示數(shù)減小。故A、D正確，B、C錯誤。9.(2020·云南省高中畢業(yè)生統(tǒng)一檢測)如圖所示，理想變壓器的原線圈接在穩(wěn)壓交流電源上，R1、R2、R3是阻值相等的定值電阻，電表A為理想電流表，調(diào)節(jié)滑片P可以改變原線圈匝數(shù)。初始時，開關(guān)K處于斷開狀態(tài)，下列說法正確的是()A．只把滑片P向上滑動，電流表示數(shù)將增大B．只把滑片P向下滑動，電阻R1消耗的功率將增大C．只閉合開關(guān)K，電阻R2消耗的功率將增大D．只閉合開關(guān)K，電流表示數(shù)將變大答案BD解析只把滑片P向上滑動，原線圈匝數(shù)增大，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，副線圈兩端電壓U2變小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，副線圈中電流變小，副線圈功率P2＝I2U2變小，則輸入功率變小，輸入電壓不變，則原線圈電流變小，電流表示數(shù)將變小，故A錯誤。只把滑片P向下滑動，原線圈匝數(shù)變小，副線圈兩端電壓U2變大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，副線圈中電流變大，根據(jù)P＝Ieq\o\al(2,2)R1，可知電阻R1消耗的功率將增大，故B正確。只閉合開關(guān)K，副線圈所在電路總電阻變小，匝數(shù)比和輸入電壓不變，則輸出電壓不變，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，副線圈所在電路干路電流變大，R1分壓變大，則R2兩端電壓變小，R2消耗的功率將減??；副線圈所在電路干路電流變大，變壓器輸出功率變大，則輸入功率變大，輸入電壓不變，則原線圈中電流變大，電流表示數(shù)將變大，故C錯誤，D正確。10．(2021·八省聯(lián)考重慶卷)如圖1、2所示，理想變壓器對電器供電，其輸入電壓u＝27000eq\r(2)sin100πt(V)，電器RL與RL′的參數(shù)分別為“220V1100W”“220V440W”，輸電線的總電阻r＝2Ω。若兩圖中電器都能正常工作，則()A．圖1中電阻r的功率為50WB．圖2中變壓器的輸入功率比圖1中變壓器的輸入功率增加了440WC．圖1中原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2700∶23D．圖2中原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝1500∶13答案ACD解析圖1中，根據(jù)P＝UI可得通過電器RL的電流為IL＝eq\f(PL,UL)＝eq\f(1100,220)A＝5A，電阻r的功率為Pr＝Ieq\o\al(2,L)r＝52×2W＝50W，故A正確；圖1變壓器輸出電壓為U出＝UL＋I(xiàn)Lr＝220V＋5×2V＝230V，圖1變壓器的輸入功率等于輸出功率，為P1＝U出IL＝230×5W＝1150W，電器RL′正常工作的電流為IL′＝eq\f(PL′,UL′)＝eq\f(440,220)A＝2A，圖2中干路電流為I總＝IL＋I(xiàn)L′＝7A，圖2中輸出電壓為U出′＝UL′＋I(xiàn)總r＝220V＋2×7V＝234V，圖2中變壓器的輸入功率等于輸出功率，為P2＝U出′I總＝234×7W＝1638W，圖2中變壓器的輸入功率比圖1中變壓器的輸入功率增加了ΔP＝P2－P1＝1638W－1150W＝488W，故B錯誤；由于兩理想變壓器輸入電壓為U入＝eq\f(Um,\r(2))＝eq\f(27000\r(2),\r(2))V＝27000V，則圖1中原、副線圈匝數(shù)比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U入,U出)＝eq\f(2700,23)，圖2中原、副線圈匝數(shù)比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U入,U出′)＝eq\f(1500,13)，故C、D正確。11．(2020·貴州省貴陽市調(diào)研)在圖甲所示的理想變壓器a、b端加圖乙所示的交變電壓。已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，R1為熱敏電阻(溫度升高時，其電阻減小)，R為定值電阻，兩電壓表均為理想電表。下列判斷正確的是()A．電壓表V1的示數(shù)為22VB．電壓表V2的示數(shù)為11VC．R1處溫度升高時，V1示數(shù)與V2示數(shù)的比值變小D．R1處溫度升高時，V1示數(shù)與V2示數(shù)的比值變大答案AD解析電壓表V1測的是原線圈電壓，也就是輸入電壓，正弦式交流電的有效值是峰值的eq\f(\r(2),2)倍，所以電壓表V1的示數(shù)是22V，故A正確；因原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，所以副線圈兩端電壓為11V，電壓表V2測的是R1兩端電壓，應(yīng)該小于11V，故B錯誤；R1處溫度升高時，R1電阻減小，R阻值不變，R1分得的電壓變小，V2減小，V1不變，所以V1與V2示數(shù)的比值變大，故C錯誤，D正確。二、非選擇題(本題共2小題，共23分)12．(9分)在“探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)利用“教學(xué)用的可拆變壓器”進(jìn)行探究。(1)下列器材中，實驗需要的器材是________。A．干電池 B.低壓交流電源C．220V交流電源 D.條形磁體E．可拆變壓器和導(dǎo)線 F．直流電壓表G．多用電表(2)該同學(xué)認(rèn)真檢查電路無誤后，先保證原線圈匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)；再保證副線圈匝數(shù)不變，改變原線圈匝數(shù)。分別測出相應(yīng)的原、副線圈兩端的電壓值。由于交變電流的電壓是變化的，所以，我們實際上測量的是電壓的________(選填“有效”或“最大”)值。其中一次操作后副線圈所接多用電表讀數(shù)如圖所示，此時電表讀數(shù)為________。(3)理想變壓器原、副線圈電壓應(yīng)與其匝數(shù)成________(選填“正比”或“反比”)，實驗中由于變壓器的銅損和鐵損導(dǎo)致原線圈與副線圈的電壓之比一般________(選填“大于”“小于”或“等于”)原線圈與副線圈的匝數(shù)之比。答案(1)BEG(2)有效7.2(3)正比大于解析(1)“探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”要用低壓交流電源和交流電壓表，所以只需要多用電表、