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高三物理一轮复习课时作业及详细解析 第45讲变压器远距离输电

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2013 届高三物理一轮复习课时作业及详细解析:第 45 讲变压器 远距离输电.
基础热身 1. 在变电站里, 经常要用交流电表去监测电网上的强电流, 所用的器材叫电流互感器. 如 图 K45-1 所示的四个图中,能正确反映其工作原理的是( )

A

B

C

D

图 K45-1 2.2012·葫芦岛模拟一个探究性学习小组利用示波器绘制出了一个原、副线圈匝数比为 2∶1 的理想变压器的副线圈两端输出电压 u 随时间 t 变化的图象如图 K45-2 所示(图线为正 弦曲线),则下列说法错误的是( )

图 K45-2 A.该变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式为 u=20sin100t V B.接在副线圈两端的交流电压表的示数为 7.1 V C.该变压器原线圈输入频率为 50 Hz D.接在副线圈两端阻值为 20 Ω 的白炽灯消耗的功率为 2.5 W 3. 2011·烟台模拟一台理想变压器原、 副线圈匝数比为 22∶1, 当原线圈输入 u=220 2 sin100π t V 的交变电压时,下列说法正确的是( ) A.副线圈两端电压为 10 2 V B.变压器原副线圈的电压频率之比为 22∶1 C.副线圈接一阻值为 10 Ω 的电阻时,通过电阻的电流为 1 A D.副线圈接一阻值为 10 Ω 的电阻时,原线圈中输入功率为 1 W 4.2011·苏北模拟如图 K45-3 甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为 10∶1,电阻 R=22 Ω ,各电表均为理想电表.原线圈输入电压的变化规律如图乙所示.下列说法正确的 是( )

甲 图 K45-3



A.该输入电压的频率为 100 Hz B.电压表的示数为 22 V C.电流表的示数是 1 A D.电阻 R 消耗的电功率是 22 W 技能强化 5.2011·临沂模拟如图 K45-4 所示是一种理想自耦变压器示意图.线圈绕在一个圆环 形的铁芯上,P 是可移动的滑动触头.AB 间接交流电压 u,输出端接有两个相同的灯泡 L1 和 L2,Q 为滑动变阻器的滑动触头.当开关 S 闭合,P 处于如图所示的位置时,两灯均能发光.下 列说法正确的是( )

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图 K45-4 A.P 不动,将 Q 向右移动,变压器的输入功率变大 B.Q 不动,将 P 沿逆时针方向移动,变压器的输入功率变大 C.P 不动,将 Q 向左移动,两灯均变暗 D.P、Q 都不动,断开开关 S,L1 将变暗 6.[2011·福建卷] 图 K45-5 甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n1∶n2=5∶1,电 阻 R=20 Ω ,L1、L2 为规格相同的两只小灯泡,S1 为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源, 输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图 K45-6 乙所示. 现将 S1 接 1、 S2 闭合, 此时 L2 正常发光. 下 列说法正确的是( )

图 K45-5 A.输入电压 u 的表达式为 u=20 2sin50π t V B.只断开 S2 后,L1、L2 均正常发光 C.只断开 S2 后,原线圈的输入功率增大 D.若 S1 换接到 2 后,R 消耗的电功率为 0.8 W 7.2011·三明模拟如图 K45-6 所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为 n,原线圈接正 弦交流电压 U,输出端接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为 R.当输入端接 通电源后,电流表读数为 I,电动机带动一重物匀速上升.下列判断正确的是( )

图 K45-6 A.原线圈中的电流为 nI

UI n 2 C.电动机消耗的功率为 I R D.电动机两端电压为 IR
B.变压器的输入功率为

8.如图 K45-7 所示,电路中有四个完全相同的灯泡,额定电压均为 U,额定功率为 P, 变压器为理想变压器,现在四个灯泡都正常发光,则变压器的匝数比 n1∶n2、电源电压 U1 分别 为( )

图 K45-7 A.1∶2 2U B.1∶2 4U C.2∶1 4U D.2∶1 2U 9.2011·邯郸二模如图 K45-8 所示,在 AB 间接入正弦交流电,AB 间电压 U1=220 V,
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通过理想变压器和二极管 D1、D2 给阻值 R=20 Ω 的纯电阻负载供电,已知 D1、D2 为相同的理 想二极管(正向电阻为 0,反向电阻无穷大),变压器原线圈 n1=110 匝,副线圈 n2=20 匝,Q 为副线圈正中央抽头.为保证安全,二极管的反向耐压值(加在二极管两端的反向电压高到一 定值时,会将二极管击穿,使其失去单向导电能力)至少为 U0.设电阻 R 上消耗的热功率为 P, 则有( )

图 K45-8 A.U0=40 2 V,P=80 W B.U0=40 V,P=80 W C.U0=40 2 V,P=20 W D.U0=40 V,P=20 W 挑战自我 10.[2011·江苏卷] 图 K45-9 甲为一理想变压器,ab 为原线圈,ce 为副线圈,d 为副 线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的 u-t 图象如图乙所示.若只在 ce 间接 一只 Rce=400 Ω 的电阻,或只在 de 间接一只 Rde=225 Ω 的电阻,两种情况下电阻消耗的功 率均为 80 W. (1)请写出原线圈输入电压瞬时值 uab 的表达式; (2)求只在 ce 间接 400 Ω 电阻时,原线圈中的电流 I1; (3)求 ce 和 de 间线圈的匝数比

nce . nde

甲 图 K45-9 课时作业(四十五)



【基础热身】 1.A [解析] 电流互感器要把大电流变为小电流,因此原线圈的匝数少,副线圈的匝 数多;同时监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中. 2.AC [解析] 由图象知,输出电压的峰值为 10 V,周期为 0.04 s,由电压与匝数比关 1 2π 系知,输入电压峰值为 20 V,交变电压的频率为 f= =25 Hz,角频率 ω = =50π rad/s,

T

T

输入电压的瞬时值表达式为 u=20sin50π t V,选项 A、C 错误;输出电压的有效值为 U2= =5 2 V=7.1 V,选项 B 正确;电灯的功率为 P= =2.5 W,选项 D 正确. 3.C

U2 m
2

U R

2 2

[解析] 变压器副线圈电压 U2=U1· =10 V,原副线圈的电压频率相等,通过电

n2 n1

阻的电流为 I2= =1 A,原线圈中输入功率等于电阻消耗的功率,P=I2U2=10 W. 4.BD [解析] 由图象可知,原线圈输入电压的周期 T=0.02 s,频率为 f=50 Hz,选
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U2 R

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项 A 错误;原线圈输入电压的有效值为 220 V,副线圈的输出电压为 22 V,选项 B 正确;电 2 22 22 阻 R 消耗的电功率是 P= W=22 W,电流表的示数是 I= A=0.1 A,选项 C 错误,D 正 22 220 确. 【技能强化】 5. B [解析] P 不动, 则变压器输出电压不变, 将 Q 向右移动, 电阻 R 变大, 据 P 出=

U2 2 R+R灯

得变压器的输出功率变小,选项 A 错误;Q 不动,电阻 R 不变,将 P 沿逆时针方向移动,则变

U2 2 压器输出电压变大,据 P 出= 得变压器的输出功率变大,选项 B 正确;P 不动,输出电压 R+R灯 不变,将 Q 向左移动,电阻 R 变小,变压器的输出功率变大,据 P 出=I2U2 得 I2 变大,两灯均 变亮,选项 C 错误;P、Q 都不动,断开开关 S,则总电阻变大,变压器的输出功率变小,输
出电流变小,滑动变阻器的电压变小,所以灯 L1 两端的电压变大,L1 将变亮,选项 D 错误. 2π 6.D [解析] 由图乙,T=0.02 s,所以 ω = =100π rad/s,u=Emsinω t=20 2

T

sin100π t V,A 错;只断开 S2,副线圈电压 U2 不变,但副线圈总电阻 R 副增大,流过 L1、L2

U2 2 的电流减小且每个小灯泡两端的电压小于其额定电压,无法正常发光,由 P 副= 可得,副线 R副 U1 圈的功率减小,副线圈的功率决定原线圈的功率,所以原线圈的输入功率减小,BC 错;由 = U2 2 2 n1 U2 4 得 U2=4 V,所以 S1 接到 2 后,R 消耗的电功率 P= = W=0.8 W,D 正确. n2 R 20 U 7.B [解析] 根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比可知,副线圈两端电压为 ,根 n I UI 据原、副线圈电流比等于匝数反比可知,原线圈中电流为 ,变压器的输入功率为 ,电动机 n n UI 2 的热功率为 I R,总功率是 ,选项 B 正确,AC 错误;因电动机不是纯电阻,欧姆定律不成立, n 所以电压不等于 IR,选项 D 错误.
8.C [解析] 变压器原、副线圈电压与匝数成正比,电流与匝数成反比;电源电压等于 原线圈电压与两个串联灯泡电压之和. 9.C [解析] 变压器副线圈总电压 U2=U1· =40 V,电压峰值为 U2m=40 2 V.副线圈 上端电势高时,D1 导通,D2 不通,D2 两端的最大反向电压为 UD2=U2m=40 2 V;副线圈下端电 势高时,D2 导通,D1 不通,D1 两端的最大反向电压为 UD1=U2m=40 2 V.通过定值电阻的电流 为方向不变的半正弦电流,其有效值与正弦交变电流相同,电阻两端电压 UR= =20 V,功率 2

n2 n1

U2

U2 R P= =20 W.选项 C 正确. R
【挑战自我】 10.(1)uab=400sin200t V (2)0.28 A (3)4∶3 [解析] (1)由图知 ω =200π rad/s 电压瞬时值 uab=400sin200π t V (2)电压有效值 U1=200 2 V 理想变压器 P1=P2 原线圈中的电流 I1= 解得 I1=0.28 A(或

P1 U1

2 A) 5

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(3)设 ab 间匝数为 n1

U1 Uce = n1 nce U1 Ude 同理 = n1 nde U2 U2 ce de 由题意知 = Rce Rde nce Rce 解得 = nde Rde nce 4 代入数据得 = nde 3

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