【解析】備考2023年高考物理一輪復習：43 變壓器 電能的輸送

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備考2023年高考物理一輪復習：43變壓器電能的輸送

一、單選題

1．（2023高二下·綿陽期末）我國“西電東送”采用特高壓遠距離輸電。在西部發(fā)電廠附近升壓變壓器將電壓升高，通過輸電線輸送到東部某地，再用降壓變壓器降壓到穩(wěn)定的工作電壓，為負載提供電壓。變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機輸出電壓及輸電線的電阻均不變。則（）

A．增加負載，輸電線上損失的功率增大

B．增加負載，升壓變壓器的原線圈中電流減小

C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓

D．升壓變壓器的輸出電壓小于降壓變壓器的輸入電壓

【答案】A

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】AB.由于負載增加，降壓變壓器輸出的功率增加，負載線路電流變大，故高壓輸電線上的電流變大，，損失功率變大，因為輸電線中電流變大，根據(jù)變壓器原理可知，升壓變壓器中電流變大，A符合題意B不符合題意。

CD.因為輸電線存在電阻，有電壓損失，所以升壓變壓器輸出電壓大于降壓變壓器輸入電壓，CD不符合題意。

故答案為：A

【分析】利用焦耳定律可以判別增加負載損失功率變大；增加負載輸出功率變大所以原線圈的電流變大；由于電壓損失所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓。

2．（2023·江蘇）某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1：10，當輸入電壓增加20V時，輸出電壓（）

A．降低2VB．增加2VC．降低200VD．增加200V

【答案】D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】根據(jù)變壓器原副線圈電壓之比等于線圈的匝數(shù)之比，得,代入數(shù)字得輸出電壓增加200V.D符合題意，ABC不符合題意。

故答案為：D

【分析】根據(jù)變壓器的原理推導電壓變化之比的關系式，代入數(shù)字計算即可。

3．（2023高二下·杭州期末）如圖所示，面積為S、匝數(shù)為N的矩形線框在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉動，通過滑環(huán)向理想變壓器供電，燈泡L1、L2、L3均正常發(fā)光。已知L1、L2、L3的額定功率均為P，額定電流均為I，線框及導線電阻不計，則（）

A．理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1：2

B．圖示位置時穿過線框的磁通量變化率為零

C．若燈L1燒斷，燈泡L3將變暗

D．線框轉動的角速度為

【答案】C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】A.燈泡L1、L2、L3均正常發(fā)光，則原線圈電流強度I1=I，副線圈電流強度I2=2I，所以，A不符合題意；

B.圖示位置時，線框切割速度最大，故穿過線框的磁通量變化率最大，B不符合題意；

C.開始時若設每盞燈的額定電壓為U，則變壓器初級電壓為2U，線圈輸入電壓為3U；若L1燈燒斷，設L3的電壓變?yōu)閁1，則變壓器輸入電壓為3U-U1，次級電壓變?yōu)?，次級電流為：，則初級電流為，則L3兩端電壓為，解得U1=0.6U，則燈泡L3兩端電壓減小，亮度變暗，C符合題意；

D.線框的輸出功率為3P，電流為I，則線框產(chǎn)生的感應電動勢為，根據(jù)Em=NBSω，，聯(lián)立解得：，D不符合題意。

故答案為：C

【分析】利用燈泡的正常發(fā)光可以判別電流之比，利用電流之比可以判別匝數(shù)之比；利用線圈位置可以判別磁通量變化率的大?。焕瞄]合回路的歐姆定律可以判別燈泡的亮暗；利用功率表達式結合電動勢峰值的表達式可以求出角速度的大小。

4．（2023高二下·無錫期末）一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1,原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示,副線圈所接電路如圖乙所示,P為滑動變阻器的觸頭.下列說法正確的是（）

A．副線圈輸出電壓的頻率為原來的一半

B．副線圈輸出電壓的有效值為31V

C．P向右移動時，原副線圈的電流比減小

D．P向右移動時，變壓器的輸入功率增加

【答案】D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】由圖象可知，交流電的周期為0.02s，所以交流電的頻率為50Hz，變壓器不會改變交流電的頻率，A不符合題意。根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，原線圈的電壓的最大值為310V，所以副線圈的電壓的最大值為31V，所以電壓的有效值為U=V，B不符合題意。P右移，R變小，副線圈的電壓不變，則副線圈的電流變大，原線圈的電流也隨之變大，但電流之比仍然等于匝數(shù)的反比，恒定不變，C不符合題意。P向右移動時，滑動變阻器的電阻較小，副線圈的電壓不變，所以電路消耗的功率將變大，變壓器的輸出功率增加，D符合題意。

故答案為：D

【分析】變壓器不會改變頻率所以副線圈的頻率和原線圈頻率相同；利用圖像可以求出原線圈電壓的有效值，結合匝數(shù)之比可以求出副線圈的電壓有效值；P向右移動時會導致電阻變小所以原副線圈的電流都會變大，電壓不變所以功率會增加。

5．（2023高二下·廣州期末）寒冷的冬季，容易讓高壓輸電線因結冰而損毀.為清除高壓輸電線上的冰，有人設計了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應除冰.若在正常供電時，高壓線上輸電電壓為U，電流為I，熱損耗功率為△P；除冰時，輸電線上的熱損耗功率需變?yōu)?△P，則除冰時（認為輸電功率和輸電線的電阻不變）（）

A．輸電電流為9IB．輸電電流為

C．輸電電壓為D．輸電電壓為3U

【答案】C

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】A、B項：高壓線上的熱耗功率△P=I2R線①

若熱耗功率變?yōu)?△P，則9△P=I′2R線②

①②得I′=3I，所以AB均錯誤；

C、D項：又輸送功率不變，由P=UI=U′I′得U′=，所以C符合題意，D不符合題意。

故答案為：C。

【分析】利用功率表達式可以求出輸電電流的大小；利用輸出功率不變可以求出輸電電壓的大小。

6．（2023高二下·孝感期中）一小型水電站輸出的電功率為40KW，輸電線總電阻為2Ω，如果發(fā)電機輸出電壓為400V，直接以400V電壓進行輸電，輸電導線上損失的電功率P1，若用變壓器將電壓升為2000V電壓輸電，則輸電導線上損失電功率為P2，則P1與P2的比值是（）

A．1：1B．25：1C．25：2D．1：25

【答案】B

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】由功率公式可得解得，導線上損失的功率為；同理可得，，導線上損失的功率為，則有，B符合題意，A、C、D不符合題意。

故答案為：B

【分析】利用功率和電壓關系可以求出輸電電流的大小，結合焦耳定律及電線電阻可以求出損失功率的比值。

7．（2023高二下·祁縣期中）變壓器原線圈1400匝，副線圈700匝并接有電阻R，當變壓器工作時原、副線圈中（）

A．電流頻率之比為2∶1

B．輸入和輸出功率之比為2∶1

C．電流之比為2∶1

D．輸入端和輸出端電壓之比為2∶1

【答案】D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】變壓器不會改變電流的頻率，所以原、副線圈中電流頻率比為1：1，A不符合題意；變壓器的原線圈和副線圈的功率是相同的，所以原、副線圈中功率比為1：1，B不符合題意；電流與匝數(shù)成反比，變壓器原線圈為1400匝，副線圈為700匝，所以電流之比為1：2，C不符合題意；電壓與匝數(shù)成正比，變壓器原線圈為1400匝，副線圈為700匝，所以電壓之比為2：1，D符合題意。

故答案為：D

【分析】利用變壓器原、副線圈匝數(shù)比與電壓的關系求解原、副線圈的電壓之比即可。

8．（2023高二下·孝感期中）某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示.發(fā)電機的輸出電壓為，輸電線總電阻為，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為(兩變壓器均為理想變壓器），已知額定電壓為的用電器可以正常工作，則（）

A．

B．

C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓

D．升壓變壓器的輸出功率小于降壓變壓器的輸入功率

【答案】A

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】AB、由變壓器的電壓比匝數(shù)之比，，及，，又因為線路電壓損失，即，所以，A符合題意，B不符合題意；

CD、由于遠距離輸電，導致線路電阻通電發(fā)熱，而使功率損失，所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，D不符合題意，C不符合題意。

故答案為：A

【分析】利用電壓的大小可以判別匝數(shù)之比的大??；由于電線電壓的損失所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓；升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率。

二、多選題

9．（2023高二下·攀枝花期末）三個完全相同的燈泡L1、L2、L3連接在如圖所示的電路中，圖中變壓器為理想變壓器，電壓表為理想電壓表。當在a、b端接上適當電壓的正弦交流電時，三個燈泡均正常發(fā)光，則變壓器原、副線圈匝數(shù)n1、n2之比及電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2之比分別為（）

A．n1∶n2=2∶1B．U1∶U2=3∶2

C．n1∶n2=1∶2D．U1∶U2=3∶1

【答案】A,D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】AC.設每只燈的額定電流為I，因并聯(lián)在副線圈兩端的兩只小燈泡正常發(fā)光，所以副線圈中的總電流為2I，原副線圈電流之比為1：2，所以原、副線圈的匝數(shù)之比為2：1；A符合題意，C不符合題意；

BD.設每盞燈兩端電壓為U，則次級電壓為U，則電壓表V2讀數(shù)為U；原、副線圈兩端的電壓之比為2：1，初級電壓為2U，則電壓表V1讀數(shù)為3U，則U1∶U2=3∶1，B不符合題意，D符合題意；

故答案為：AD

【分析】利用燈泡的正常發(fā)光可以求出原副線圈的電流之比，進而可以求出匝數(shù)之比；利用電流之比可以求出電壓之比。

10．（2023高二下·綿陽期末）如圖所示，理想變壓器的原副線圈上接入了四只完全相同的小燈泡，燈泡的阻值相同且恒定不變?yōu)?Ω。原線圈一側接電壓為12V的正弦交流電源，所有燈泡都處于正常發(fā)光狀態(tài)。則（）

A．原副線圈匝數(shù)比為2︰1B．原副線圈匝數(shù)比為1︰2

C．變壓器輸入電功率為9WD．變壓器輸入電功率為18W

【答案】A,C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】AB.設燈泡正常發(fā)光電流為I，原線圈電流為I，副線圈電流為2I，根據(jù)變壓器原理，匝數(shù)比與電流成反比，所以匝數(shù)比為2：1，A符合題意B不符合題意。

CD.設燈泡正常發(fā)光電壓為U，有，解得：，所以副線圈電流，所以變壓器輸入功率為，C符合題意D不符合題意。

故答案為：AC

【分析】利用電流之比可以求出匝數(shù)之比；利用電流之比可以求出輸出電壓的大小，利用功率表達式可以求出功率的大小。

11．（2023高二下·資陽期末）如圖所示的輸電線路中，升壓變壓器T1和降壓變壓器T2均為理想變壓器，電壓表V1、V2分別接在T1和T2副線圈兩端。已知T2原、副線圈匝數(shù)比為k，輸電線的總電阻為r，T1原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上，電壓表和電流表均為理想電表。由于用戶的負載變化，電流表A2的示數(shù)增加ΔI，則（）

A．電流表A1的示數(shù)增大

B．電壓表V2的示數(shù)減小

C．電壓表V1的示數(shù)增大

D．輸電線上損失的功率增加

【答案】A,B

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】A.T2原、副線圈匝數(shù)比為k，所以，所以電流表A1的示數(shù)增大，A符合題意。

B.因為電流表A1的示數(shù)增大，所以輸電線上損失電壓增加，變壓器T2原線圈電壓減小，根據(jù)變壓器原理得電壓表V2的示數(shù)減小，B符合題意。

C.因為T1原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上，所以電壓表V1的示數(shù)不變，C不符合題意。

D.因為輸電線上電流增大，根據(jù)功率方程可知，輸電線損失功率增加量一定不是，D不符合題意。

故答案為：AB

【分析】利用電流比和匝數(shù)成反比可以求出電流表A1增大的量；利用輸電線上損失的電壓結合匝數(shù)之比可以求出電壓表V2變化的大??；電壓表V1由電源輸入電壓決定保持不變；利用電流的變化可以求出電線上功率損失的增加量。

12．（2023高二下·沈陽月考）如圖所示，匝數(shù)n=10匝、面積S=0.5m2的矩形閉合導線框ABCD（內(nèi)阻不計）處于磁感應強度大小的勻強磁場中，線框繞垂直于磁場的軸以角速度勻速轉動，并與理性變壓器原線圈相連，副線圈接入的一只標有“2.5V1.5W”的小燈泡恰好正常發(fā)光，不計線框電阻。下列說法正確的是（）

A．在圖示位置時，線框中產(chǎn)生的感應電流最大

B．線框中產(chǎn)生電動勢的有效值為5V

C．變壓器原副線圈的匝數(shù)比為2：1

D．流過燈泡的電流方向每秒鐘改變次

【答案】B,C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】A項：由圖可知，此時線圈和磁場垂直，此時線框的磁通量最大，感應電動勢為0，所以A不符合題意；

B項：矩形閉合導線框ABCD在磁場中轉動，產(chǎn)生的交流電的最大值為，所以有效值為：，B符合題意；

C項：燈泡能正常光，說明副線圈兩端電壓為2.5V，由于電壓與匝數(shù)成正比，所以變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為，C符合題意；

D項：由公式得，所以過燈泡的電流方向每秒鐘改變次，D不符合題意。

故答案為：BC

【分析】利用線圈的位置可以判別磁通量的大小及電動勢的大小；利用動生電動勢的表達式可以求出電動勢的大?。焕秒妷褐瓤梢郧蟪鲈褦?shù)之比；利用角速度可以求出頻率和電流方向改變的次數(shù)。

13．（2023高二下·重慶期中）如圖所示，在理想變壓器的原、副線圈回路分別接有阻值均為R的3個定值電阻，原線圈回路所接交流電源電壓恒定，當開關閉合后，3個電阻R消耗的功率相等，則下列說法正確的是（）

A．開關斷開前后，變壓器輸入電壓不變

B．原、副線圈匝數(shù)比為2:1

C．斷開開關后，變壓器輸出電壓變?yōu)閿嚅_前的

D．斷開開關后，變壓器輸出電壓變?yōu)閿嚅_前的

【答案】B,C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】設每只電阻的電流為I，則原線圈的電流為I，副線圈中的總電流為2I，原副線圈電流之比為1：2，由電流關系得原、副線圈的匝數(shù)之比為2：1，B符合題意；開關斷開前，設R的電壓為u′，則副線圈的電壓為u′，則原線圈的電壓為2u′，原線圈回路所接交流電源電壓U=μ′+2u′，則u′=U，開關斷開后，設R的電壓為u″，則副線圈的電壓為u″，則原線圈的電壓為2u″，原線圈回路所接交流電源電壓，則u″=U，所以斷開開關后，變壓器輸出端電壓變?yōu)殚]合前的，變壓器的輸入電壓發(fā)生變化，AD不符合題意，C符合題意；

故答案為：BC

【分析】利用電流之比可以求出匝數(shù)之比；利用閉合回路的歐姆定律可以判別輸入電壓變大；利用等效電阻可以判別輸出電壓的變化。

14．（2023高二下·孝感期中）為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡、，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導線電阻不計，如圖所示當開關S閉合后（）

A．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大

B．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變

C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大

D．V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變

【答案】B,D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】由于理想變壓器原線圈接到電壓有效值不變，則副線圈電壓不變，示數(shù)不變，與示數(shù)的比值不變；開關閉合后，變壓器副線圈的負載電阻減小，不變，由歐姆定律可得示數(shù)變大，由于理想變壓器，所以與示數(shù)的比值不變，所以示數(shù)變大，B、D符合題意，A、C不符合題意。

故答案為：BD

【分析】當開關閉合時由于變壓器輸出電壓不變所以電壓表的讀數(shù)沒有變化；由于副線圈的電阻變小所以電流變大，導致原線圈的電流也變大；但是比值還是等于匝數(shù)的反比。

15．（2023高二下·哈爾濱期中）如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為2:1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻R，輸入端ab間接在電壓有效值恒定為220V的正弦交流電源上，不計一切導線電阻，則（）

A．左右兩個電阻R上消耗的功率之比為1:1

B．左右兩個電阻R上分得的電壓之比為1:2

C．副線圈的輸出電壓有效值U=88V

D．若只將變壓器原、副線圈匝數(shù)比改為1:2，則副線圈輸出電壓有效值U不變

【答案】B,C,D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】根據(jù)變壓器原理可知原副線圈的電流之比為1:2，根據(jù)功率公式，所以原副線圈上電阻R消耗的功率之比為1:4，A不符合題意；原副線圈的電流之比為1:2，根據(jù)所以原副線圈上電阻R分擔的電壓之比為1:2，B符合題意；設原線圈中的電流為I，根據(jù)功率相等可知,解得,所以副線圈上的電壓為，C符合題意；若只將變壓器原、副線圈匝數(shù)比改為1:2，則根據(jù)功率相等可知則,所以副線圈的電壓為，D符合題意；

故答案為：BCD

【分析】通過交流電壓的有效值，利用變壓器原副線圈匝數(shù)比與電壓的關系求解副線圈的電壓即可，再利用歐姆定律求解電路中的電流，進而求出回路中的功率。

16．（2023高二下·黑龍江期中）遠距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的n倍，關于輸電線上的功率損失和電壓損失，正確的是（）

A．輸電線上的電功率損失是原來的倍

B．輸電線上的電功率損失是原來的倍

C．輸電線上的電壓損失是原來的倍

D．輸電線上的電壓損失是原來的倍

【答案】B,C

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】若輸送電壓升高為原來的倍，則輸送電流原來的倍，輸電線上的電功率損失，是原來的，A不符合題意、B符合題意；輸電線上的電壓損失，C符合題意、D不符合題意。

故答案為：BC

【分析】利用公式P=UI求出輸電線的上的電流，利用公式P損=I2R求解損失的功率。

三、解答題

17．（2023高二下·祁縣期中）發(fā)電廠的交流發(fā)電機輸出電壓恒為500V，輸出功率為100kW。要將電能輸送到遠處的工廠。設計輸電線上的功率損失為2%，輸電線總電阻為20Ω，用戶得到的電壓220V。求：發(fā)電廠附近的升壓變壓器和用戶附近的降壓變壓器的匝數(shù)比各多大？（所用變壓器都看作理想變壓器）

【答案】解：Pr=2%P1=2000W，由Pr=Ir2·r，得Ir=10A，I2=I3=Ir升壓變壓器初級線圈的電流I1==200A，因此==；升壓變壓器次級線圈電壓U2=10000V，輸電線上的電壓損失Ur=Ir·r=200V，因此降壓變壓器初級線圈電壓為U3=U2－Ur=9800V，因此===

【知識點】電能的輸送

【解析】【分析】根據(jù)總功率和功率損失的比例求出損失的功率，利用公式P=UI求解電路中的電流，根據(jù)電流求出升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比，再跟電壓關系求出降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比。

四、綜合題

18．（2023高二下·成都月考）小型發(fā)電廠通過升壓變壓器向輸電線路輸出的正弦交變電壓為U0=50kV，輸送功率為P=5.0×106W，現(xiàn)在用戶處安裝一降壓變壓器，用戶的電壓為U=220V，升壓變壓器到降壓變壓器間的輸電導線總電阻為R=20Ω．求：

（1）輸電導線上的電流；

（2）輸電導線上的電壓損失；

（3）降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比；

（4）用戶得到的電功率。

【答案】（1）解：輸電導線的電流為I1，輸電線路的損耗功率為P損，輸電導線的電壓損失為UR，降壓變壓器的輸入電壓為U1，輸出電壓為U2，降壓變壓器的線圈匝數(shù)比為n1:n2，用戶得到的電功率為P1.

根據(jù)題意有：=100A

（2）解：輸電導線的電壓損失：UR=I1R=100×20V=2000V

（3）解：由于U0=UR+U1

故U1=U0UR=50000-2000=48000V

故n1：n2=U1：U2=48000:220=2400:11

（4）解：用戶得到的電功率等于降壓變壓器的輸入功率，則P1=U1I1=48000×100W=4.8×106W

【知識點】變壓器原理；電能的輸送

【解析】【分析】（1）利用變壓器原副線圈匝數(shù)比與電壓的關系求解副線圈的電壓即可，再利用公式P=UI求解電流；

（2）電能輸送時由于導線電阻會損耗一部分電能，結合公式P損=I2R求解即可；

（3）用變壓器原副線圈匝數(shù)比與電壓的關系求原解副線圈的匝數(shù)比即可；

（4）求出副線圈中的電流和兩端的電壓，利用公式P=UI求解用戶得到的電功率。

19．（2023高二下·哈爾濱期中）一臺小型發(fā)電機的最大輸出功率為100kW，發(fā)電機輸出電壓恒為500V，現(xiàn)用總電阻為10Ω的輸電線向遠處的用電單位輸電，在發(fā)電機以最大輸出功率工作時，若輸電線上的損失功率為發(fā)電機輸出功率的4%，求：

（1）所用的理想升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是多少？

（2）如果用戶用電器的額定電壓為220V，那么所用的理想降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是多少？

（3）在保持輸電線的電阻以及升壓、降壓變壓器各自匝數(shù)比不變的前提下，如果用電單位的電路中總電流為96A，求此時輸電線上損失的電壓。

【答案】（1）解：原線圈的電流為由于輸電線上損失的功率為發(fā)電機輸出功率的4%，所以副線圈上的電流為，所以升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)之比為

（2）解：根據(jù)變壓器原理可知，所以，輸電線上損耗的電壓為,降壓線圈原線圈的電壓為所以

（3）解：如果用電單位的電路中總電流為96A，則輸電線上的電流為則輸電線上損失的電壓為

【知識點】電能的輸送

【解析】【分析】（1）利用損失的百分比求出損失的公式，結合結合公式P損=I2R求解輸電線上的電流，原、副線圈匝數(shù)比與兩端電流的關系求解匝數(shù)比；

（2）求出輸入的電壓和損失的電壓，做差即為用戶的得到的電壓，再結合原、副線圈匝數(shù)比與兩端電壓的關系求解降壓變壓器的組數(shù)比；

（3）電能輸送時由于導線電阻會損耗一部分電能，結合公式P損=I2R求解即可。

20．（2023高二下·江門月考）如圖所示，某水電站發(fā)電機輸出功率為200kW，發(fā)電機輸出電壓為400V，通過升壓和降壓變壓器給用戶供電，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1：n2=1：5，兩變壓器之間輸電線的總電阻為R=1Ω，降壓變壓器輸出電壓為U4=220V,求：

（1）升壓變壓器的輸出電壓U2

（2）輸送電能的效率η

（3）降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n3：n4

【答案】（1）解：由可得：

（2）解：輸電線上的電流為：

輸電線上損失的電功率為：

輸送電能的效率：

（3）解：輸電線上損失的電壓為：

降壓變壓器的輸入電壓：

降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比：

【知識點】電能的輸送

【解析】【分析】（1）利用電壓之比和匝數(shù)之比的關系可以求出升壓變壓器的輸出電壓大??；

（2）利用功率表達式可以求出輸電線的電流大小，利用功率表達式結合效率的表達式可以求出效率的大小；

（3）利用歐姆定律可以求出降壓變壓器的輸入電壓，結合輸出電壓的大小可以求出匝數(shù)之比。

21．（2023高二下·河南月考）一小型水電站，其交流發(fā)電機的輸出功率為W，輸出電壓為1000V，在輸電過程中，輸電線能量損耗6.5%，已知輸電線總電阻2r=26Ω，用戶降壓變壓器的輸出電壓為220V。(升、降壓變壓器均為理想變壓器)

（1）求輸電線電流I2的大小；

（2）分別求出升壓變壓器、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比．

【答案】（1）解：輸電線上損失的電功率

則輸電線上的流為

（2）解：則升壓變壓器輸出電壓為

輸電線上損失的電壓.

降壓變壓器輸入電壓.

則

【知識點】變壓器原理；電能的輸送

【解析】【分析】（1）利用輸電線損失的電功率，結合輸電線的電阻，利用公式求解輸電線的電流；

（2）利用歐姆定律分別求出兩個變壓器兩端的電壓，利用變壓器原副線圈匝數(shù)比與電壓的關系求解原副線圈的匝數(shù)比即可。

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備考2023年高考物理一輪復習：43變壓器電能的輸送

一、單選題

1．（2023高二下·綿陽期末）我國“西電東送”采用特高壓遠距離輸電。在西部發(fā)電廠附近升壓變壓器將電壓升高，通過輸電線輸送到東部某地，再用降壓變壓器降壓到穩(wěn)定的工作電壓，為負載提供電壓。變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機輸出電壓及輸電線的電阻均不變。則（）

A．增加負載，輸電線上損失的功率增大

B．增加負載，升壓變壓器的原線圈中電流減小

C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓

D．升壓變壓器的輸出電壓小于降壓變壓器的輸入電壓

2．（2023·江蘇）某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1：10，當輸入電壓增加20V時，輸出電壓（）

A．降低2VB．增加2VC．降低200VD．增加200V

3．（2023高二下·杭州期末）如圖所示，面積為S、匝數(shù)為N的矩形線框在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉動，通過滑環(huán)向理想變壓器供電，燈泡L1、L2、L3均正常發(fā)光。已知L1、L2、L3的額定功率均為P，額定電流均為I，線框及導線電阻不計，則（）

A．理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1：2

B．圖示位置時穿過線框的磁通量變化率為零

C．若燈L1燒斷，燈泡L3將變暗

D．線框轉動的角速度為

4．（2023高二下·無錫期末）一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1,原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示,副線圈所接電路如圖乙所示,P為滑動變阻器的觸頭.下列說法正確的是（）

A．副線圈輸出電壓的頻率為原來的一半

B．副線圈輸出電壓的有效值為31V

C．P向右移動時，原副線圈的電流比減小

D．P向右移動時，變壓器的輸入功率增加

5．（2023高二下·廣州期末）寒冷的冬季，容易讓高壓輸電線因結冰而損毀.為清除高壓輸電線上的冰，有人設計了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應除冰.若在正常供電時，高壓線上輸電電壓為U，電流為I，熱損耗功率為△P；除冰時，輸電線上的熱損耗功率需變?yōu)?△P，則除冰時（認為輸電功率和輸電線的電阻不變）（）

A．輸電電流為9IB．輸電電流為

C．輸電電壓為D．輸電電壓為3U

6．（2023高二下·孝感期中）一小型水電站輸出的電功率為40KW，輸電線總電阻為2Ω，如果發(fā)電機輸出電壓為400V，直接以400V電壓進行輸電，輸電導線上損失的電功率P1，若用變壓器將電壓升為2000V電壓輸電，則輸電導線上損失電功率為P2，則P1與P2的比值是（）

A．1：1B．25：1C．25：2D．1：25

7．（2023高二下·祁縣期中）變壓器原線圈1400匝，副線圈700匝并接有電阻R，當變壓器工作時原、副線圈中（）

A．電流頻率之比為2∶1

B．輸入和輸出功率之比為2∶1

C．電流之比為2∶1

D．輸入端和輸出端電壓之比為2∶1

8．（2023高二下·孝感期中）某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示.發(fā)電機的輸出電壓為，輸電線總電阻為，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為(兩變壓器均為理想變壓器），已知額定電壓為的用電器可以正常工作，則（）

A．

B．

C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓

D．升壓變壓器的輸出功率小于降壓變壓器的輸入功率

二、多選題

9．（2023高二下·攀枝花期末）三個完全相同的燈泡L1、L2、L3連接在如圖所示的電路中，圖中變壓器為理想變壓器，電壓表為理想電壓表。當在a、b端接上適當電壓的正弦交流電時，三個燈泡均正常發(fā)光，則變壓器原、副線圈匝數(shù)n1、n2之比及電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2之比分別為（）

A．n1∶n2=2∶1B．U1∶U2=3∶2

C．n1∶n2=1∶2D．U1∶U2=3∶1

10．（2023高二下·綿陽期末）如圖所示，理想變壓器的原副線圈上接入了四只完全相同的小燈泡，燈泡的阻值相同且恒定不變?yōu)?Ω。原線圈一側接電壓為12V的正弦交流電源，所有燈泡都處于正常發(fā)光狀態(tài)。則（）

A．原副線圈匝數(shù)比為2︰1B．原副線圈匝數(shù)比為1︰2

C．變壓器輸入電功率為9WD．變壓器輸入電功率為18W

11．（2023高二下·資陽期末）如圖所示的輸電線路中，升壓變壓器T1和降壓變壓器T2均為理想變壓器，電壓表V1、V2分別接在T1和T2副線圈兩端。已知T2原、副線圈匝數(shù)比為k，輸電線的總電阻為r，T1原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上，電壓表和電流表均為理想電表。由于用戶的負載變化，電流表A2的示數(shù)增加ΔI，則（）

A．電流表A1的示數(shù)增大

B．電壓表V2的示數(shù)減小

C．電壓表V1的示數(shù)增大

D．輸電線上損失的功率增加

12．（2023高二下·沈陽月考）如圖所示，匝數(shù)n=10匝、面積S=0.5m2的矩形閉合導線框ABCD（內(nèi)阻不計）處于磁感應強度大小的勻強磁場中，線框繞垂直于磁場的軸以角速度勻速轉動，并與理性變壓器原線圈相連，副線圈接入的一只標有“2.5V1.5W”的小燈泡恰好正常發(fā)光，不計線框電阻。下列說法正確的是（）

A．在圖示位置時，線框中產(chǎn)生的感應電流最大

B．線框中產(chǎn)生電動勢的有效值為5V

C．變壓器原副線圈的匝數(shù)比為2：1

D．流過燈泡的電流方向每秒鐘改變次

13．（2023高二下·重慶期中）如圖所示，在理想變壓器的原、副線圈回路分別接有阻值均為R的3個定值電阻，原線圈回路所接交流電源電壓恒定，當開關閉合后，3個電阻R消耗的功率相等，則下列說法正確的是（）

A．開關斷開前后，變壓器輸入電壓不變

B．原、副線圈匝數(shù)比為2:1

C．斷開開關后，變壓器輸出電壓變?yōu)閿嚅_前的

D．斷開開關后，變壓器輸出電壓變?yōu)閿嚅_前的

14．（2023高二下·孝感期中）為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡、，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導線電阻不計，如圖所示當開關S閉合后（）

A．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大

B．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變

C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大

D．V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變

15．（2023高二下·哈爾濱期中）如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為2:1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻R，輸入端ab間接在電壓有效值恒定為220V的正弦交流電源上，不計一切導線電阻，則（）

A．左右兩個電阻R上消耗的功率之比為1:1

B．左右兩個電阻R上分得的電壓之比為1:2

C．副線圈的輸出電壓有效值U=88V

D．若只將變壓器原、副線圈匝數(shù)比改為1:2，則副線圈輸出電壓有效值U不變

16．（2023高二下·黑龍江期中）遠距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的n倍，關于輸電線上的功率損失和電壓損失，正確的是（）

A．輸電線上的電功率損失是原來的倍

B．輸電線上的電功率損失是原來的倍

C．輸電線上的電壓損失是原來的倍

D．輸電線上的電壓損失是原來的倍

三、解答題

17．（2023高二下·祁縣期中）發(fā)電廠的交流發(fā)電機輸出電壓恒為500V，輸出功率為100kW。要將電能輸送到遠處的工廠。設計輸電線上的功率損失為2%，輸電線總電阻為20Ω，用戶得到的電壓220V。求：發(fā)電廠附近的升壓變壓器和用戶附近的降壓變壓器的匝數(shù)比各多大？（所用變壓器都看作理想變壓器）

四、綜合題

18．（2023高二下·成都月考）小型發(fā)電廠通過升壓變壓器向輸電線路輸出的正弦交變電壓為U0=50kV，輸送功率為P=5.0×106W，現(xiàn)在用戶處安裝一降壓變壓器，用戶的電壓為U=220V，升壓變壓器到降壓變壓器間的輸電導線總電阻為R=20Ω．求：

（1）輸電導線上的電流；

（2）輸電導線上的電壓損失；

（3）降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比；

（4）用戶得到的電功率。

19．（2023高二下·哈爾濱期中）一臺小型發(fā)電機的最大輸出功率為100kW，發(fā)電機輸出電壓恒為500V，現(xiàn)用總電阻為10Ω的輸電線向遠處的用電單位輸電，在發(fā)電機以最大輸出功率工作時，若輸電線上的損失功率為發(fā)電機輸出功率的4%，求：

（1）所用的理想升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是多少？

（2）如果用戶用電器的額定電壓為220V，那么所用的理想降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是多少？

（3）在保持輸電線的電阻以及升壓、降壓變壓器各自匝數(shù)比不變的前提下，如果用電單位的電路中總電流為96A，求此時輸電線上損失的電壓。

20．（2023高二下·江門月考）如圖所示，某水電站發(fā)電機輸出功率為200kW，發(fā)電機輸出電壓為400V，通過升壓和降壓變壓器給用戶供電，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1：n2=1：5，兩變壓器之間輸電線的總電阻為R=1Ω，降壓變壓器輸出電壓為U4=220V,求：

（1）升壓變壓器的輸出電壓U2

（2）輸送電能的效率η

（3）降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n3：n4

21．（2023高二下·河南月考）一小型水電站，其交流發(fā)電機的輸出功率為W，輸出電壓為1000V，在輸電過程中，輸電線能量損耗6.5%，已知輸電線總電阻2r=26Ω，用戶降壓變壓器的輸出電壓為220V。(升、降壓變壓器均為理想變壓器)

（1）求輸電線電流I2的大??；

（2）分別求出升壓變壓器、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比．

答案解析部分

1．【答案】A

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】AB.由于負載增加，降壓變壓器輸出的功率增加，負載線路電流變大，故高壓輸電線上的電流變大，，損失功率變大，因為輸電線中電流變大，根據(jù)變壓器原理可知，升壓變壓器中電流變大，A符合題意B不符合題意。

CD.因為輸電線存在電阻，有電壓損失，所以升壓變壓器輸出電壓大于降壓變壓器輸入電壓，CD不符合題意。

故答案為：A

【分析】利用焦耳定律可以判別增加負載損失功率變大；增加負載輸出功率變大所以原線圈的電流變大；由于電壓損失所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓。

2．【答案】D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】根據(jù)變壓器原副線圈電壓之比等于線圈的匝數(shù)之比，得,代入數(shù)字得輸出電壓增加200V.D符合題意，ABC不符合題意。

故答案為：D

【分析】根據(jù)變壓器的原理推導電壓變化之比的關系式，代入數(shù)字計算即可。

3．【答案】C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】A.燈泡L1、L2、L3均正常發(fā)光，則原線圈電流強度I1=I，副線圈電流強度I2=2I，所以，A不符合題意；

B.圖示位置時，線框切割速度最大，故穿過線框的磁通量變化率最大，B不符合題意；

C.開始時若設每盞燈的額定電壓為U，則變壓器初級電壓為2U，線圈輸入電壓為3U；若L1燈燒斷，設L3的電壓變?yōu)閁1，則變壓器輸入電壓為3U-U1，次級電壓變?yōu)?，次級電流為：，則初級電流為，則L3兩端電壓為，解得U1=0.6U，則燈泡L3兩端電壓減小，亮度變暗，C符合題意；

D.線框的輸出功率為3P，電流為I，則線框產(chǎn)生的感應電動勢為，根據(jù)Em=NBSω，，聯(lián)立解得：，D不符合題意。

故答案為：C

【分析】利用燈泡的正常發(fā)光可以判別電流之比，利用電流之比可以判別匝數(shù)之比；利用線圈位置可以判別磁通量變化率的大??；利用閉合回路的歐姆定律可以判別燈泡的亮暗；利用功率表達式結合電動勢峰值的表達式可以求出角速度的大小。

4．【答案】D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】由圖象可知，交流電的周期為0.02s，所以交流電的頻率為50Hz，變壓器不會改變交流電的頻率，A不符合題意。根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，原線圈的電壓的最大值為310V，所以副線圈的電壓的最大值為31V，所以電壓的有效值為U=V，B不符合題意。P右移，R變小，副線圈的電壓不變，則副線圈的電流變大，原線圈的電流也隨之變大，但電流之比仍然等于匝數(shù)的反比，恒定不變，C不符合題意。P向右移動時，滑動變阻器的電阻較小，副線圈的電壓不變，所以電路消耗的功率將變大，變壓器的輸出功率增加，D符合題意。

故答案為：D

【分析】變壓器不會改變頻率所以副線圈的頻率和原線圈頻率相同；利用圖像可以求出原線圈電壓的有效值，結合匝數(shù)之比可以求出副線圈的電壓有效值；P向右移動時會導致電阻變小所以原副線圈的電流都會變大，電壓不變所以功率會增加。

5．【答案】C

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】A、B項：高壓線上的熱耗功率△P=I2R線①

若熱耗功率變?yōu)?△P，則9△P=I′2R線②

①②得I′=3I，所以AB均錯誤；

C、D項：又輸送功率不變，由P=UI=U′I′得U′=，所以C符合題意，D不符合題意。

故答案為：C。

【分析】利用功率表達式可以求出輸電電流的大??；利用輸出功率不變可以求出輸電電壓的大小。

6．【答案】B

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】由功率公式可得解得，導線上損失的功率為；同理可得，，導線上損失的功率為，則有，B符合題意，A、C、D不符合題意。

故答案為：B

【分析】利用功率和電壓關系可以求出輸電電流的大小，結合焦耳定律及電線電阻可以求出損失功率的比值。

7．【答案】D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】變壓器不會改變電流的頻率，所以原、副線圈中電流頻率比為1：1，A不符合題意；變壓器的原線圈和副線圈的功率是相同的，所以原、副線圈中功率比為1：1，B不符合題意；電流與匝數(shù)成反比，變壓器原線圈為1400匝，副線圈為700匝，所以電流之比為1：2，C不符合題意；電壓與匝數(shù)成正比，變壓器原線圈為1400匝，副線圈為700匝，所以電壓之比為2：1，D符合題意。

故答案為：D

【分析】利用變壓器原、副線圈匝數(shù)比與電壓的關系求解原、副線圈的電壓之比即可。

8．【答案】A

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】AB、由變壓器的電壓比匝數(shù)之比，，及，，又因為線路電壓損失，即，所以，A符合題意，B不符合題意；

CD、由于遠距離輸電，導致線路電阻通電發(fā)熱，而使功率損失，所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，D不符合題意，C不符合題意。

故答案為：A

【分析】利用電壓的大小可以判別匝數(shù)之比的大??；由于電線電壓的損失所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓；升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率。

9．【答案】A,D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】AC.設每只燈的額定電流為I，因并聯(lián)在副線圈兩端的兩只小燈泡正常發(fā)光，所以副線圈中的總電流為2I，原副線圈電流之比為1：2，所以原、副線圈的匝數(shù)之比為2：1；A符合題意，C不符合題意；

BD.設每盞燈兩端電壓為U，則次級電壓為U，則電壓表V2讀數(shù)為U；原、副線圈兩端的電壓之比為2：1，初級電壓為2U，則電壓表V1讀數(shù)為3U，則U1∶U2=3∶1，B不符合題意，D符合題意；

故答案為：AD

【分析】利用燈泡的正常發(fā)光可以求出原副線圈的電流之比，進而可以求出匝數(shù)之比；利用電流之比可以求出電壓之比。

10．【答案】A,C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】AB.設燈泡正常發(fā)光電流為I，原線圈電流為I，副線圈電流為2I，根據(jù)變壓器原理，匝數(shù)比與電流成反比，所以匝數(shù)比為2：1，A符合題意B不符合題意。

CD.設燈泡正常發(fā)光電壓為U，有，解得：，所以副線圈電流，所以變壓器輸入功率為，C符合題意D不符合題意。

故答案為：AC

【分析】利用電流之比可以求出匝數(shù)之比；利用電流之比可以求出輸出電壓的大小，利用功率表達式可以求出功率的大小。

11．【答案】A,B

【知識點】電能的輸送

【解析】【解答】A.T2原、副線圈匝數(shù)比為k，所以，所以電流表A1的示數(shù)增大，A符合題意。

B.因為電流表A1的示數(shù)增大，所以輸電線上損失電壓增加，變壓器T2原線圈電壓減小，根據(jù)變壓器原理得電壓表V2的示數(shù)減小，B符合題意。

C.因為T1原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上，所以電壓表V1的示數(shù)不變，C不符合題意。

D.因為輸電線上電流增大，根據(jù)功率方程可知，輸電線損失功率增加量一定不是，D不符合題意。

故答案為：AB

【分析】利用電流比和匝數(shù)成反比可以求出電流表A1增大的量；利用輸電線上損失的電壓結合匝數(shù)之比可以求出電壓表V2變化的大?。浑妷罕鞻1由電源輸入電壓決定保持不變；利用電流的變化可以求出電線上功率損失的增加量。

12．【答案】B,C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】A項：由圖可知，此時線圈和磁場垂直，此時線框的磁通量最大，感應電動勢為0，所以A不符合題意；

B項：矩形閉合導線框ABCD在磁場中轉動，產(chǎn)生的交流電的最大值為，所以有效值為：，B符合題意；

C項：燈泡能正常光，說明副線圈兩端電壓為2.5V，由于電壓與匝數(shù)成正比，所以變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為，C符合題意；

D項：由公式得，所以過燈泡的電流方向每秒鐘改變次，D不符合題意。

故答案為：BC

【分析】利用線圈的位置可以判別磁通量的大小及電動勢的大小；利用動生電動勢的表達式可以求出電動勢的大??；利用電壓之比可以求出匝數(shù)之比；利用角速度可以求出頻率和電流方向改變的次數(shù)。

13．【答案】B,C

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】設每只電阻的電流為I，則原線圈的電流為I，副線圈中的總電流為2I，原副線圈電流之比為1：2，由電流關系得原、副線圈的匝數(shù)之比為2：1，B符合題意；開關斷開前，設R的電壓為u′，則副線圈的電壓為u′，則原線圈的電壓為2u′，原線圈回路所接交流電源電壓U=μ′+2u′，則u′=U，開關斷開后，設R的電壓為u″，則副線圈的電壓為u″，則原線圈的電壓為2u″，原線圈回路所接交流電源電壓，則u″=U，所以斷開開關后，變壓器輸出端電壓變?yōu)殚]合前的，變壓器的輸入電壓發(fā)生變化，AD不符合題意，C符合題意；

故答案為：BC

【分析】利用電流之比可以求出匝數(shù)之比；利用閉合回路的歐姆定律可以判別輸入電壓變大；利用等效電阻可以判別輸出電壓的變化。

14．【答案】B,D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】由于理想變壓器原線圈接到電壓有效值不變，則副線圈電壓不變，示數(shù)不變，與示數(shù)的比值不變；開關閉合后，變壓器副線圈的負載電阻減小，不變，由歐姆定律可得示數(shù)變大，由于理想變壓器，所以與示數(shù)的比值不變，所以示數(shù)變大，B、D符合題意，A、C不符合題意。

故答案為：BD

【分析】當開關閉合時由于變壓器輸出電壓不變所以電壓表的讀數(shù)沒有變化；由于副線圈的電阻變小所以電流變大，導致原線圈的電流也變大；但是比值還是等于匝數(shù)的反比。

15．【答案】B,C,D

【知識點】變壓器原理

【解析】【解答】根據(jù)變壓器原理可知原副線圈的電流之比為1:2，根據(jù)功率公式，所以原副線圈上電阻R消耗的功率之比為1:4