高中物理魯科版2第四章遠(yuǎn)距離輸電 本章高效整合

第4章一、選擇題1．變壓器的工作原理是()A．電磁感應(yīng) B．電流的磁效應(yīng)C．磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)的作用 D．磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用答案：A2．如圖所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1＝800和n2＝200的兩個(gè)線(xiàn)圈，上線(xiàn)圈兩端與u＝51sin314tV的交流電源相連，將下線(xiàn)圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是()A．V B．VC．V D．V解析：根據(jù)上線(xiàn)圈所加電壓的表達(dá)式可得，最大值為51V，所以有效值U1＝eq\f(um,\r(2))＝36V．若變壓器為理想變壓器：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，可得：U2＝V．但由于鐵芯不閉合，考慮到磁漏的存在，應(yīng)有U2<V，所以A正確．答案：A3．如圖為遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路的示意圖：若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是()A．升壓變壓器的原線(xiàn)圈中的電流與用戶(hù)用電設(shè)備消耗的功率無(wú)關(guān)B．輸電線(xiàn)中的電流只由升壓變壓器原副線(xiàn)圈的匝數(shù)比決定C．當(dāng)用戶(hù)用電器的總電阻減小時(shí)，輸電線(xiàn)上損失的功率增大D．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓解析：變壓器輸入功率、輸入電流的大小是由次級(jí)負(fù)載消耗的功率大小決定的，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．用戶(hù)的總電阻減小，根據(jù)P＝eq\f(U2,R)，消耗的功率增大，輸電線(xiàn)電流增大，線(xiàn)路損失功率增大，C項(xiàng)正確，升壓變壓器的輸出電壓等于輸電線(xiàn)路電阻上損失電壓加上降壓變壓器輸入電壓，D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：C4．如圖，一理想變壓器原副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為1∶2；副線(xiàn)圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22W；原線(xiàn)圈電路中接有電壓表和電流表．現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光．若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則()A．U＝110V，I＝0.2A B．U＝110V，IC．U＝110eq\r(2)V，I＝0.2A D．U＝110eq\r(2)V，I＝0.2eq\r(2)A解析：在副線(xiàn)圈電路中，I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(22W,220V)＝0.1A，再根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)及eq\f(I2,I1)＝eq\f(n1,n2)，得U1＝110V，I1＝0.2A，故B、C、D錯(cuò)，A正確．答案：A5．如圖所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒l在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)時(shí)，電流表A1的示數(shù)是12mA，則電流表A2的示數(shù)為()A．3mA B．0C．48mA D．與負(fù)載R的值有關(guān)解析：變壓器只能工作于交流電路中，不能工作在恒定電壓和恒定電流的電路中，導(dǎo)體棒l向左勻速切割磁感線(xiàn)時(shí)，在線(xiàn)圈n1中通過(guò)的是恒定電流，不能引起穿過(guò)線(xiàn)圈n2的磁通量變化，在副線(xiàn)圈n2上無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)，所以A2中無(wú)電流通過(guò)．答案：B6．如圖所示為一理想變壓器和負(fù)載電阻R，下列哪些做法可增加變壓器的輸入功率()A．只減少副線(xiàn)圈匝數(shù) B．只減少原線(xiàn)圈匝數(shù)C．只增加副線(xiàn)圈匝數(shù) D．只減小R的阻值解析：減少原線(xiàn)圈匝數(shù)，相當(dāng)于增加副線(xiàn)圈匝數(shù)，改變了電壓比．增加副線(xiàn)圈匝數(shù)，也是改變了匝數(shù)比，相當(dāng)于提高了輸出電壓，增大了輸出功率，而輸入功率等于輸出功率．減小電阻R，增大了變壓器的輸入功率．答案：BCD7．如圖甲所示，兩個(gè)相同的燈泡串聯(lián)，并和電壓表、電流表和起連接在正弦交變電源上，每只燈泡的電阻R＝110Ω.如圖乙是交變電源輸出電壓隨時(shí)間t變化的圖象，則()A．電壓表讀數(shù)是311VB．電流表讀數(shù)是eq\r(2)AC．每只小燈泡兩端電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律是UR＝311cos100πtVD．通過(guò)每只燈泡的電流隨時(shí)間變化的規(guī)律是i＝eq\r(2)cos100πtA答案：D8．原副線(xiàn)圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線(xiàn)圈兩端接一正弦交變電流，為了使變壓器輸入功率增大，可以采取的措施有()A．只增加原線(xiàn)圈的匝數(shù)n1 B．只減少副線(xiàn)圈的匝數(shù)n2C．只減少負(fù)載電阻R的阻值 D．只增大負(fù)載電阻R的阻值解析：由eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)知，當(dāng)n1增大時(shí)，U2減小，當(dāng)減小n2時(shí)，U2也減小，又根據(jù)P入＝P出＝eq\f(U\o\al(2,2),R)知，A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)，C項(xiàng)對(duì)，D項(xiàng)錯(cuò)．答案：C9．如圖所示，理想變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)為n1，次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)為n2，初級(jí)線(xiàn)圈的兩端a、b接正弦交流電源，電壓表V的示數(shù)為220V，負(fù)載電阻R＝44Ω，電流表A1的示數(shù)為0.20A．A．初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)比為2∶1B．初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)比為5∶1C．電流表A2的示數(shù)為1.0D．電流表A2的示數(shù)為0.4答案：BC10．如圖甲、乙所示電路中，當(dāng)A、B接10V交變電壓時(shí)，C、D間電壓為4V；M、N接10V直流電壓時(shí)，P、Q間電壓也為4V．現(xiàn)把C、D接4V交流，P、Q接4V直流，下面哪個(gè)選項(xiàng)可表示A、B間和M、N間的電壓()A．10V,10V B．10V,4VC．4V,10V D．10V,0解析：甲圖是一個(gè)自耦變壓器，當(dāng)A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時(shí)，是一個(gè)降壓變壓器，兩邊電壓之比等于兩邊線(xiàn)圈的匝數(shù)之比，當(dāng)C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時(shí)，是一個(gè)升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4V交流時(shí)，A、B間將得到10V交流．乙圖是一個(gè)分壓電路，當(dāng)M、N作為輸入端時(shí)，上下兩個(gè)電阻上的電壓跟它們的電阻的大小成正比．但是當(dāng)把電壓加在P、Q兩端時(shí)，電流只經(jīng)過(guò)下面那個(gè)電阻，上面的電阻中沒(méi)有電流，兩端也就沒(méi)有電勢(shì)差，即M、P兩點(diǎn)的電勢(shì)相等．所以當(dāng)P、Q接4V直流時(shí)，M、N兩端的電壓也是4V.順便指出，如果M、N或P、Q換成交變電壓，上述關(guān)系仍然成立，因?yàn)樵诮涣骷冸娮桦娐分袣W姆定律照樣適用．答案：B二、非選擇題11．有一個(gè)阻值為R的電阻，若將它接在電壓為20V的直流電源上時(shí)，消耗的電功率為P；若將它接在圖中的理想變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈兩端時(shí)，消耗的電功率為eq\f(P,2).已知變壓器輸入的是正弦交流電，其電壓的最大值為200V，不計(jì)電阻阻值隨溫度的變化，求：(1)理想變壓器次級(jí)線(xiàn)圈兩端電壓的有效值．(2)此變壓器的原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)之比．解析：(1)直流電源的電壓U0＝20V，設(shè)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈兩端的電壓的有效值為U2，根據(jù)題意有P＝eq\f(U\o\al(2,0),R)，eq\f(P,2)＝eq\f(U\o\al(2,2),R)，解得U2＝eq\f(\r(2),2)U0＝10eq\r(2)V.(2)變壓器輸入的交流電壓有效值為U1＝eq\f(\r(2),2)U1m＝100eq\r(2)V根據(jù)變壓器電壓比關(guān)系，可得n1∶n2＝U1∶U2＝10∶1.答案：(1)10eq\r(2)V(2)10∶112．一理想變壓器原副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝1∶2，電源電壓u＝220eq\r(2)sinωtV，原線(xiàn)圈電路中接入一熔斷電流I0＝1A的保險(xiǎn)絲，副線(xiàn)圈中接入一可變電阻R，如上圖所示，為了使保險(xiǎn)絲不致熔斷，調(diào)節(jié)R時(shí)，其阻值的最小值為多少？解析：當(dāng)原線(xiàn)圈電流I1＝I0時(shí)，副線(xiàn)圈中的電流(即副線(xiàn)圈中電流的有效值)為I2＝eq\f(n1,n2)I1＝eq\f(n1,n2)I0＝eq\f(1,2)A．副線(xiàn)圈的輸出電壓有效值為U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(n2U1m,n1\r(2))＝440V.因此副線(xiàn)圈電路中負(fù)載電阻的最小值為Rmin＝eq\f(U2,I2)＝880Ω答案：880Ω13．交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．一小型發(fā)電機(jī)的線(xiàn)圈共220匝，線(xiàn)圈面積S＝0.05m2，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為50Hz，線(xiàn)圈內(nèi)阻不計(jì)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),π)T．為用此發(fā)電機(jī)所發(fā)出交流電帶動(dòng)兩個(gè)標(biāo)有“220V11kW”的電機(jī)正常工作，需在發(fā)電機(jī)的輸出端a、b與電機(jī)之間接一個(gè)理想變壓器，電路如圖所示．(1)發(fā)電機(jī)的輸出電壓為多少？(2)變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為多少？(3)與變壓器原線(xiàn)圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為多大？解析：(1)根據(jù)Em＝nBSω＝1100eq\r(2)V，得輸出電壓的有效值為U1＝eq\f(Em,\r(2))＝1100V.(2)根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得eq\f(n1,n2)＝eq\f(5,1).(3)根據(jù)P入＝P出＝×104W，再根據(jù)P入＝U1I1，解得I1＝20A答案：(1)1100V(2)5∶1(3)2014．家庭電路的引線(xiàn)均有一定電阻(約幾歐姆)．因此當(dāng)家中大功率用電器如空調(diào)、電爐工作時(shí)，家中原來(lái)開(kāi)著的電燈會(huì)變暗，下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試，可以估算出家庭電路引線(xiàn)部分的電阻，如圖所示，用r表示家庭電路引線(xiàn)部分的總電阻，為兩表筆插入插座的交流電壓表，M為一個(gè)額定功率為P額定電壓為U額的空調(diào)(P較大)．測(cè)試時(shí)，先斷開(kāi)所有家電電路，測(cè)得電壓為U1，再閉合電鍵S，測(cè)得電壓為U2.(1)試推導(dǎo)估算r的表達(dá)式(設(shè)電源兩端電壓保持恒定)；(2)若P＝kW，U額＝220V，測(cè)得U1＝220V，U