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2022三维设计一轮课时跟踪检测(三十七) 理想变压器与远距离输电.doc

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课时跟踪检测(三十七) 理想变压器与远距离输电

1.(2020·天津等级考)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电。在充电过程中 (  )

A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
D.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失
解析:选AC 由题意可知,送电线圈中通入了正弦式交变电流,其电流呈周期性变化,电流产生的磁场也呈周期性变化,A正确;由变压器的工作原理可知,受电线圈中输出的电流按余弦规律变化,因此受电线圈中感应电流产生的磁场随电流的变化而变化,B错误;送电线圈和受电线圈的能量传递是通过互感现象实现的,C正确;由于送电线圈产生的磁场并没有全部穿过受电线圈,即有磁通量的损失,因此该充电过程存在能量的损失,D错误。
2.(2020·江苏高考)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器(  )
A.是一种降压变压器
B.能测量直流电路的电流
C.原、副线圈电流的频率不同
D.副线圈的电流小于原线圈的电流
解析:选D 变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,不能改变交变电流的频率,B、C项均错误;根据电压与变压器匝数的关系U1U2 =n1n2 可得副线圈的电压U2=n2n1 U1,由于原线圈匝数少而副线圈的匝数多,即n1U1,电流互感器是一种升压变压器,A项错误;根据电流与变压器匝数的关系I1I2 =n2n1 可得副线圈的电流I2=n1n2 I1,由于n1 3.某住宅区的应急供电系统如图所示,由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成。发电机中矩形线圈所围的面积为S,匝数为N,电阻不计,它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动。矩形线圈通过滑环连接降压变压器,滑动触头P上下移动时可改变输出电压,R0表示输电线的电阻。以线圈平面与磁场方向平行时为计时起点,下列判断正确的是(  )

A.若发电机线圈某时刻处于图示位置,变压器原线圈的电流瞬时值为零
B.发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsin ωt
C.当用电量增加时,为使用户电压保持不变,滑动触头P应向上滑动
D.当滑动触头P向下移动时,变压器原线圈两端的电压将升高
解析:选C 若发电机线圈某时刻处于图示位置,则此时线圈中产生的感应电动势最大,变压器原线圈的电流瞬时值为最大,选项A错误;发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcos ωt,选项B错误;当用电量增加时,导线上的电流增加,导线R0上的电压损失变大,为使用户电压保持不变,变压器次级输出电压应该变大,故滑动触头P应向上滑动,选项C正确;变压器原线圈两端的电压是由发电机的输出电压决定的,与滑动触头P无关,选项D错误。
4.(2018·江苏高考)采用220 kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14 ,输电电压应变为(  )
A.55 kV         B.110 kV
C.440 kV D.880 kV
解析:选C 输送功率P=UI,输电线上损耗的功率P损=I2r=PU 2 r∝1U2 。当P损减小为原来的14 时,输电电压应变为原来的2倍。
5.(2020·山东等级考)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为(  )

A.1 Ω B.5 Ω
C.6 Ω D.8 Ω
解析:选A 由题图乙可知理想变压器输入电压U1=220 V,应用理想变压器变压公式U1U2 =n1n2 =223 ,可得副线圈输出电压U2=30 V。灯泡正常工作时,灯泡两端电压UL=24 V,电流IL=ULRL =1.6 A。设R1两端电压为U,由U2=UL+U可得U=6 V。由UR1 +UR2+R =IL,解得R=1 Ω,选项A正确。
6.(2018·天津高考)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的12 ,则(  )
A.R消耗的功率变为12 P
B.电压表V的读数变为12 U
C.电流表A的读数变为2I
D.通过R的交变电流频率不变
解析:选B 发电机产生的感应电动势最大值Em=NBSω,其中ω=2πn,理想变压器的输入电压(有效值)U1=Em2 。若线圈的转速n变为原来的12 ,根据U1U2 =n1n2 ,则电压表V的读数变为12 U,通过R的电流变为原来的12 ,R消耗的功率变为14 P,根据I1I2 =n2n1 可知电流表A的读数变为12 I,故B正确,A、C错误;交变电流的频率f等于线圈的转速n,故D错误。
7.(多选)如图所示,电路中的变压器为理想变压器,S为单刀双掷开关,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1、I2分别为原、副线圈中的电流。下列说法中正确的是(  )
A.保持U1不变,S由b切换到a,则R上消耗的功率减小
B.保持U1不变,S由a切换到b,则I2减小
C.保持U1不变,S由b切换到a,则I1增大
D.保持U1不变,S由a切换到b,则变压器的输入功率增大
解析:选BC 保持U1不变,S由b切换到a时,副线圈匝数增多,则输出电压U2增大,电流I2增大,R消耗的功率增大,由变压器功率关系可知,其输入功率也增大,故I1增大;S由a切换到b时,副线圈匝数减少,则输出电压U2减小,输出电流I2减小,所以根据P2=I2U2可知P2减小,又因P1=P2,所以变压器输入功率减小。由以上分析可知,选项B、C正确,选项A、D错误。
8.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R=2r。变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是(  )
A.I1I2 =n1n2 B.I2=U2R
C.I1U1=I22R D.I1U1=I2U2
解析:选D 根据变压器的工作原理可知I1I2 =n2n1 ,所以A错误;因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系,所以B错误;U1I1=U2I2,但U2I2≠I22R,C错误,D正确。

9.如图所示,变压器为理想变压器,电流表A1内阻不可忽略,其余的均为理想的电流表和电压表。a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。将滑动变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时,则下列说法正确的是(  )

A.电压表V1、V2示数不变,V3示数变小
B.电压表V1、V2示数变小,V3示数变大
C.电流表A1、A2的示数都增大
D.电流表A1的示数变小,A2的示数增大
解析:选C 当滑动变阻器的滑片从c向d滑动的时候,滑动变阻器接入电路的电阻变小,副线圈的总电阻减小。假设副线圈的总电压不变,则副线圈的总电流I2=U2R总 增大,根据变压器的电流关系I1I2 =n2n1 可知原线圈的总电流I1增大,则原线圈两端的电压U1=U0-I1RA减小,又根据U1U2 =n1n2 可知副线圈两端的电压U2减小,滑动变阻器两端的电压U3=U2-I2R0减小。由电路图可知电压表V1测量值是U1,电压表V2测量值是U2,电压表V3测量值是U3,电流表A1测量值是I1,电流表A2测量值是I2,故A、B、D错误,C正确。
10.(多选)理想变压器的原线圈连接一只电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节,如图所示,在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头。原线圈两端接在电压为U的交流电源上,则(  )
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变小
解析:选BC 在原、副线圈匝数比一定的情况下,变压器的输出电压由输入电压决定。因此,当Q位置不变时,输出电压U不变,此时P向上滑动,负载电阻值R′增大,则输出电流I′减小。根据输入功率P入等于输出功率P出,电流表的读数I变小,A项错误,B项正确;P位置不变,将Q向上滑动,则输出电压U′变大,I′变大,电流表的读数变大,变压器的输入功率变大,C项正确,D项错误。
11.图示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一个位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A。则下列说法正确的是(  )

A.电压表V1示数增大
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
解析:选D 电流表A1的示数增大,说明副线圈中的电流也在增大,滑动变阻器的阻值一定在减小,所以变阻器滑片从c滑向d,故D正确。原、副线圈的匝数不变,原线圈中的电压不变,所以副线圈中的电压也不变,故A、B错误。因为原、副线圈的电压不变,所以电流的变化就为功率的变化,原线圈的功率等于副线圈的功率,所以n1n2 =ΔI2ΔI1 =41 ,所以该变压器为降压变压器,故C错误。
12.模拟远距离输电的部分测试电路如图所示,a、b端接电压稳定的正弦交变电源,定值电阻阻值分别为R1、R2,且R1
A.ΔUΔI =R1k2
B.原线圈两端电压U1一定变小
C.电源的输出功率一定增大
D.R1消耗的功率一定增加
解析:选A 理想变压器的原、副线圈的电压变化比ΔU1ΔU2 =n1n2 ,电流变化比ΔI1ΔI2 =n2n1 ,则有ΔUΔI =ΔU2ΔI2 =n22ΔU1n12ΔI1 ,将R1视为输入端电源内阻,则有ΔU1ΔI1 =R1,所以有ΔUΔI =n22ΔU1n12ΔI1 =R1k2 ,故A正确;向下调节滑动变阻器R3的滑动端P时,副线圈负载电阻R增大,由原副线圈的电压电流的关系得u=I1R1+I1n1n2 2 R,原线圈的电流I1变小,R1消耗的功率减小,电源电压不变,电源的输出功率一定减小,根据闭合电路欧姆定律可知原线圈的输入电压增大,故B、C、D错误。
13.我国“西电东送”采用特高压远距离输电。在西部发电厂附近升压变压器将电压升高,通过输电线输送到东部某地,再用降压变压器降压到稳定的工作电压,为负载提供电压。变压器均为理想变压器,发电机输出电压及输电线的电阻均不变。则(  )
A.增加负载,输电线上损失的功率增大
B.增加负载,升压变压器的原线圈中电流减小
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出电压小于降压变压器的输入电压
解析:选A 由于负载增加,降压变压器输出的功率增加,负载线路电流变大,故高压输电线上的电流变大,根据P损=I2R可知损失功率变大,因为输电线中电流变大,根据变压器原理可知,升压变压器原线圈中电流变大,A正确,B错误;因为输电线存在电阻,有电压损失,所以升压变压器输出电压大于降压变压器输入电压,C、D错误。
14.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源。若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为(  )

A.n1n2 Um24r B.n2n1 Um24r
C.4n1n2 2 PUm 2 r D.4n2n1 2 PUm 2 r
解析:选C 升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1=Um2 ;由变压关系可得U1U2 =n1n2 ,则U2=n2Um2n1 ;因为输送电功率为P,输电线中的电流为I2=PU2 =2n1Pn2Um ,则输电线上损失的电功率为ΔP=I22(2r)=4n12P2rn22Um2 ,故选项C正确。
15.(多选)(2020·天津南开区模拟)人民网西宁2020年9月30日电(甘海琼):“9月29日,“一带一路”清洁能源发展论坛在青海西宁开幕。当天,作为“西电东送”的重要通道,世界首条100%输送清洁能源的特高压线路——青豫直流通电仪式正式启动!”。中国全面掌握了特高压核心技术,成为世界首个也是唯一成功掌握并实际应用特高压技术的国家。某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机输出的电压恒定,通过升压变压器T1和T2降压变压器向用户供电,已知输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,它的副线圈两端的交变电压如图乙所示,若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是(  )


A.降压变压器T2原线圈的输入电压为880 V
B.降压变压器T2的输入功率与输出功率之比为4∶1
C.当用户端用电量增大时,输电线上损耗的功率减小
D.当用户端用电量增大时,发电厂输出的功率也增大
解析:选AD 由图象得到,降压变压器副线圈两端交变电压u=2202 sin 100πt V,有效值为220 V,降压变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,故降压变压器T2原线圈的输入电压为:4×220 V=880 V,故A正确;降压变压器为理想变压器,故输入功率与输出功率之比为1∶1,故B错误;输出功率增大,则输电线上的电流增大,输电线上损耗的功率增大,故C错误;用户消耗的功率等于发电机的输出功率减去输电线上损失的功率,输出和损失的功率都增大,因此发电机输出功率增大,故D正确。

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