高考变压器 电能的输送(建议用时40分钟)1.将输入电压为220V,输出电压为6V的理想变压器改绕成输出电压为30V的理想变压器。已知原线圈匝数不变,副线圈原来是30匝,则副线圈新增匝数为( )A.120匝B.150匝C.180匝D.220匝【解析】选A。由理想变压器的电压与匝数关系=可知,起初原、副线圈匝数分别是1100匝和30匝,把输出电压等于30V代入公式=可得n2′=150匝,所以需要新增150匝-30匝=120匝,选项A正确。2.如图所示,理想变压器原线圈的两端a、b接正弦交流电源时,电压表V的示数为220V,电流表A1的示数为0.20A。已知负载电阻R=44Ω,则下列判断正确的是(电表均为理想交流电表)( )A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1C.电流表A2的示数为0.1AD.电流表A2的示数为0.4A【解析】选B。理想变压器的输入功率等于输出功率,则U1I1=IR,解得I2==-10-/10
高考A=1.0A,所以原线圈和副线圈的匝数比===,B正确,A、C、D错误。3.(创新题)电加热器是指利用电能达到加热效果的电器。采用智能控制模式,控温精度高,可与计算机联网。如图为智能加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器。原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,通过人工智能设备调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V,调节前后( )A.副线圈中的电流比为1∶2B.副线圈输出功率比为2∶1C.副线圈的接入匝数比为2∶1D.原线圈输入功率比为1∶2【解析】选C。在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下,使输出电压U2有效值由220V降至110V,由=知,副线圈接入匝数应该减为原来的一半,故副线圈的接入匝数之比为2∶1,故C正确;副线圈电压减半,电阻不变,电流也随之减半,所以电流之比为2∶1,故A错误;由P=UI知,输出功率之比为4∶1,故B错误;原线圈输入功率等于副线圈输出功率,所以原线圈输入功率之比为4∶1,故D错误。4.(多选)(2021·某某模拟)如图所示为一理想变压器,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1为原线圈中的电流,则( )-10-/10
高考A.保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,I1将增大B.保持U1及P的位置不变,K由b扳向a时,R消耗功率减小C.保持U1不变,K接在a处,使P上滑,I1将增大D.保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,I1将增大【解析】选A、B、D。保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,n1减小,增大,由U2=U1知U2变大,则输出电流I2增大,输出功率增大,输入功率也增大,由P1=U1I1知,I1增大,A正确;同理,K若由b扳向a,R消耗功率将减小,B正确;U1不变,K接在a处,使P上滑时,I2减小,I1也减小,故C错误;保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,则U2也增大,即I2=增大,则P2增大,P1=P2,故I1也应增大,故D正确。5.(多选)输电线路中某处漏电时,输电线通过大地和电源构成的回路中就存在漏电电流。如图所示为交流输电线路上安装的某漏电保护器工作原理图,图中M为电流互感器,原线圈为两根输电线双绕线,双线的绕线匝数为n1,副线圈的匝数为n2。当副线圈中的电流达到一定值时,就会触发开关断开电源供电电路(图中未画出),下列说法正确的是( )A.无论输电线路上有无漏电现象,副线圈中都会产生感应电流B.只有输电线路上有漏电现象时,副线圈中才会产生感应电流C.如图,人的一只手接触输电线上的P-10-/10
高考点时,电流会经人体传入大地,如果允许通过人体的安全电流为Im,那么开关的触发电流应小于ImD.如图,人的一只手接触输电线上的P点时,电流会经人体传入大地,如果允许通过人体的安全电流为Im,那么开关的触发电流应小于Im【解析】选B、D。输电线路上没有漏电现象时,由于原线圈为输电线双绕线,两根导线中的电流始终大小相等、方向相反,线圈中磁通量为零且磁通量保持不变,所以副线圈中没有感应电流产生,A错误;当输电线上有漏电现象时,漏电点通过大地与电源构成回路,原线圈上两根双绕线中的电流大小不同,磁通量不为0且发生变化,所以副线圈中就会产生感应电流,B正确;当人体与线路中的P点接触时,安全流过人体的最大电流为Im,等效为流过原线圈的电流为Im,根据理想变压器变流比关系有=,解得I2=Im,C错误,D正确。【题后反思】输电线有无漏电现象的条件(1)输电线路上无漏电现象时,线圈中磁通量为零,副线圈中没有感应电流产生;(2)输电线路上有漏电现象时,会产生感应电流;根据理想变压器匝数与电流关系分析触发电流。6.(2021·乌鲁木齐模拟)把图甲所示的正弦式交变电流接在图乙中理想变压器的A、B两端,电压表和电流表均为理想电表,Rt为热敏电阻(温度升高时其电阻减小),R为定值电阻。下列说法正确的是( )A.Rt处温度升高时,电流表的示数变大,变压器输入功率变大B.Rt处温度升高时,电压表V1、V2示数的比值不变C.在t=1×10-2s时,穿过该矩形线圈的磁通量为零-10-/10
高考D.变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=36sin50πt(V)【解析】选A。Rt温度升高时,阻值减小,电流增大,而输出电压不变,所以变压器输出功率变大,而输入功率等于输出功率,则输入功率变大,故A正确;Rt处温度升高时,电阻减小,电压表V2测量Rt的电压,则电压表V2示数减小,V1示数不变,则电压表V1示数与V2示数的比值变大,故B错误;在题图甲的t=0.01s时刻,u=0,则磁通量最大,此时矩形线圈平面与磁场方向垂直,故C错误;根据题图甲可知,Em=36V,T=0.02s,则ω===100πrad/s,变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=36sin100πt(V),故D错误。故选A。7.(创新题)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数n1∶n2=3∶1,原线圈电路中接有一量程为3A的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若干“6V6W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图象如图乙所示。(1)求图甲中电压表的读数。(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数。(3)为满足第(2)问中要求,求可变电阻R应调到的电阻值。【解析】(1)根据图象可得原线圈电压的最大值U1m=27V,其有效值为U1=27V-10-/10
高考根据n1∶n2=U1∶U2代入数据后可得U2=9V此即为电压表的读数。(2)设原线圈中通过的电流为I1,副线圈中通过的电流为I2为使副线圈接入的灯泡最多,则I1取允许通过的最大电流的有效值为3A根据U1I1=U2I2代入数据后可得I2=9A正常发光时每个灯泡中电流为IL==1A,所以允许接入的灯泡个数为n==9盏。(3)电阻两端电压为UR=9V-6V=3V电阻阻值为R==Ω。答案:(1)9V (2)9 (3)Ω【题后反思】由图象可知原线圈两端电压和周期,根据电压与匝数成正比,电流与匝数成反比,变压器的输入功率和输出功率相等,逐项分析即可得出结论。本题考查的是学生读图的能力,根据图象读出交流电压的最大值和周期,根据电压和匝数之间的关系即可求得。8.(多选)(2020·全国Ⅱ卷)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550kV的超高压向B-10-/10
高考处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1100kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP′,到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响,则( )A.ΔP′=ΔPB.ΔP′=ΔPC.ΔU′=ΔUD.ΔU′=ΔU【解析】选A、D。由电功率公式得ΔP=I2R,输电线上电压下降ΔU=IR,输电电流为I=,在输送的电功率和输电线电阻都不变时,U变为原来的2倍,电流变为原来的,则ΔP′=ΔP,ΔU′=ΔU,选项A、D正确,B、C错误。9.理想变压器原、副线圈各接一个电阻R1和R2,原线圈中接有220V交流电源,此时两只电阻上的电压都是10V,设变压器原、副线圈的匝数比为n∶1,电阻R1和R2消耗的功率之比为k∶1,则( )A.n=21,k=B.n=21,k=C.n=441,k=D.n=441,k=【解析】选A。原线圈接220V的电压,而R1两端的电压为10-10-/10
高考V,所以理想变压器输入端的电压为U1=210V,输出端的电压为U2=10V,根据公式=可得n=21,电阻R1和R2消耗的功率之比为k∶1,即=,因为=1,=,故k=,A正确。10.(多选)如图所示,在绕制变压器时,某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上,当通入交变电流时,每个线圈产生的磁通量都只有三分之一通过另一个线圈,另三分之二通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数比为2∶1,在不接负载的情况下,下列说法正确的是( )A.当从线圈1输入的电压为180V时,从线圈2输出的电压为30VB.当从线圈1输入的电压为180V时,从线圈2输出的电压为60VC.当从线圈2输入的电压为120V时,从线圈1输出的电压为120VD.当从线圈2输入的电压为120V时,从线圈1输出的电压为80V【解析】选A、D。变压器的工作原理为互感现象,当线圈1输入的电压为180V时,线圈1中每匝产生的感应电动势为,即线圈1中磁通量的变化率为,而线圈2只通过了三分之一的磁通量,所以每匝产生的感应电动势为,所以线圈2产生的感应电动势为·n2=30V,故A正确,B错误;当线圈2输入的电压为120V时,线圈2中每匝产生的感应电动势为,即线圈2中磁通量的变化率为,而线圈1中只有三分之一的磁通量通过,所以每匝产生的感应电动势为,所以线圈1产生的感应电动势为·n1=80V,故C错误,D正确。-10-/10
高考11.(创新题)如图所示,一理想变压器原线圈与每个副线圈的匝数比均为3∶1,原线圈与每个副线圈所连的电阻阻值均为R,原线圈接220V的正弦交流电,副线圈n2回路中电阻两端的电压为UR2,原线圈电阻与每个副线圈电阻消耗的功率的比值均为k。则( )A.UR2=60Vk=B.UR2=60Vk=C.UR2=Vk=D.UR2=Vk=【解析】选A。设原线圈电流为I1,则根据n1I1=2n2I2可得I2=1.5I1,由题意可知=k,解得k=,设原线圈电阻R上的电压为UR1,则∶=k,即UR1=UR2,又=,解得UR2=60V,A正确,B、C、D错误。12.某发电厂引进秸秆焚烧发电机设备,该发电机输出功率为40kW,输出电压为400V,用变压比(原、副线圈匝数比)为n1∶n2=1∶5的变压器升压后向某小区供电,输电线的总电阻为r=5Ω,电能到达该小区后再用变压器降为220V。(1)画出输电过程的电路示意图。(2)求输电线上损失的电功率。(3)求降压变压器的变压比n3∶n4。-10-/10
高考【解析】(1)输电过程,电路示意图如图所示。(2)因为=输电电压U2=U1=2000V因为P输=U2I2解得输电电流I2=20A输电线上损失的功率P损=Ir=(20A)2×5Ω=2000W。(3)输电线上损失的电压U损=I2r=20A×5Ω=100V降压变压器的输入电压U3=U2-U损=2000V-100V=1900V降压变压器的变压比===答案:(1)示意图见解析 (2)2000W(3)95∶11-10-/10