統(tǒng)考版2024屆高考物理二輪專項分層特訓(xùn)卷第二部分核心熱點專項練專項10理想變壓器與遠(yuǎn)距離輸電問題

專項10理想變壓器與遠(yuǎn)距離輸電問題一、單項選擇題1.供電部門會將超高壓降為50Hz、10kV的交流電，通過地下電纜輸送到各居民小區(qū)，小區(qū)變壓器將電壓降為220V再輸送到用戶．如圖所示是供電電路的模擬圖，R1為地下電纜的電阻，R2為小區(qū)變壓器輸出線路的電阻，下列說法正確的是()A．用戶使用的交流電頻率小于50HzB．小區(qū)變壓器的原、副線圈匝數(shù)比等于500∶11C．當(dāng)用戶增多、用電總功率增大時，地下電纜、高壓輸電線的電流一定會增大D．當(dāng)用戶增多、用電總功率增大時，需要適當(dāng)增大變壓器的原、副線圈匝數(shù)比2．[2022·山東卷]如圖所示的變壓器，輸入電壓為220V，可輸出12V、18V、30V電壓，匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時間變化為μ＝Umcos(100πt).單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1V．將阻值為12Ω的電阻R接在BC兩端時，功率為12W．下列說法正確的是()A．n1為1100匝，Um為220VB．BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4AC．若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18V，頻率為100HzD．若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5A，周期為0.02s3．近十年來，我國環(huán)形變壓器從無到有，已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模．環(huán)形變壓器與傳統(tǒng)方形變壓器相比，漏磁和能量損耗都很小，可視為理想變壓器．如圖甲所示的環(huán)形變壓器原線圈匝數(shù)n1＝880匝，副線圈接一個“12V，22W”的照明電燈L，電壓表與電流表均為理想交流電表．原線圈所接正弦式交流電源的電壓隨時間變化的關(guān)系圖象如圖乙所示，最大值Um＝220eq\r(2)V．此時，照明電燈恰好正常發(fā)光．則()A．該交流電電流的方向每秒改變50次B．副線圈匝數(shù)為34匝C．此時電流表的讀數(shù)為0.1AD．若副線圈兩端再并聯(lián)多個規(guī)格與L完全相同的照明電燈，則每個電燈都不能正常工作4．某輸電線路工作原理圖如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓為u＝Umsinωt，輸電線的等效總電阻為r＝5Ω，純電阻用電器R1和R2的額定電壓均為220V、阻值均為10Ω，其余電阻不計．兩理想變壓器T1、T2的原、副線圈匝數(shù)分別為n1＝500匝、n2＝n3＝5000匝，n4匝數(shù)可調(diào)．?dāng)嚅_S，調(diào)節(jié)n4＝500匝時，用電器R1正常工作，此時輸電線上損耗的功率為P1；閉合S，調(diào)節(jié)n4，當(dāng)其匝數(shù)為N時，用電器R1又能正常工作，此時變壓器T2原線圈中的電流為I2、輸電線上損耗的功率為P2.則()A．Um＝221.1VB．I2<4.4AC．P2>4P1D．N<500匝5．[2023·重慶縉云教育聯(lián)盟4月質(zhì)檢]如圖所示為某種電吹風(fēng)機(jī)的電路圖，a、b、c、d為四個固定觸點．繞O點轉(zhuǎn)動的扇形金屬觸片P可同時接觸兩個觸點，觸片P處于不同位置時，吹風(fēng)機(jī)可處于停機(jī)、吹冷風(fēng)和吹熱風(fēng)三種工作狀態(tài)．n1和n2分別是理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)，該電吹風(fēng)機(jī)的各項參數(shù)如下表所示．下列說法正確的是()eq\a\vs4\al()冷風(fēng)時輸入功率50W熱風(fēng)時輸入功率450W小風(fēng)扇額定電壓50V正常工作時小風(fēng)扇輸出功率45WA．觸片P同時接觸b、c兩個觸點時電吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)B．理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝5∶22C．電吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)時電熱絲的電流為eq\f(23,11)AD．小風(fēng)扇的內(nèi)阻為5Ω二、多項選擇題6．[2023·海南卷]如圖是工廠利用u＝220eq\r(2)sin100πtV的交流電給36V照明燈供電的電路，理想變壓器原線圈匝數(shù)為1100，下列說法正確的是()A．電源電壓有效值為220eq\r(2)VB．交變電流的周期為0.02sC．副線圈匝數(shù)為180D．副線圈匝數(shù)為2407．[2023·湖南瀏陽二模]如圖所示，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1＝200,n2＝100，原線圈與水平放置的間距為L＝1m的光滑金屬導(dǎo)軌相連，導(dǎo)軌處于方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝1T的勻強(qiáng)磁場中，副線圈接阻值R＝10Ω的電阻，原線圈串聯(lián)一阻值也為R的電阻，與導(dǎo)軌接觸良好且始終垂直導(dǎo)軌的阻值為r＝5Ω、質(zhì)量m＝0.01kg的導(dǎo)體棒在水平外力F的作用下運動，其速度隨時間變化的關(guān)系式為v＝11eq\r(2)sin10πt(m/s)，已知導(dǎo)軌電阻和變壓器的能量損耗均不計，導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)體棒運動過程中不會與其他用電器相碰，電表均為理想電表，則()A．電壓表的示數(shù)為1VB．電流表的示數(shù)為0.2AC．變壓器鐵芯中磁通量變化率的最大值為eq\f(\r(2),25)Wb/sD．在0～0.05s的時間內(nèi)水平外力F做的功為1.32J專項10理想變壓器與遠(yuǎn)距離輸電問題1．解析：變壓器不改變交流電的頻率，A錯誤；R1上有電壓，則變壓器輸入電壓小于10kV，故變壓器原、副線圈匝數(shù)比小于500∶11，B錯誤；當(dāng)用戶增多、用電總功率增大時，變壓器輸出功率增大，則輸出電流增大，地下電纜的電流增大，原線圈輸入電流增大，用戶、輸出輸電線、地下電纜的總功率增大，則高壓輸入功率增大，高壓輸入電流增大，高壓輸電線的電流增大，C正確；當(dāng)用戶增多、用電總功率增大時，分析可知，R1上電壓增大，則變壓器輸入電壓減小，要使輸出電壓為220V，需減小原、副線圈匝數(shù)比，D錯誤．答案：C2．解析：根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律有eq\f(U,n1)＝eq\f(0.1V,1)，代入U＝220V得n1＝2200，Um＝eq\r(2)U＝220eq\r(2)V，A錯誤；由功率與電壓的關(guān)系得UBC＝eq\r(PR)＝12V，根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律有eq\f(U,n1)＝eq\f(UBC,nBC)，代入數(shù)據(jù)解得nBC＝120，由歐姆定律得I＝eq\f(UBC,R)＝1A，B錯誤；由以上分析結(jié)合題意可知UAB＝18V，UAC＝30V，變壓器不改變交流電的頻率，故f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，C錯誤；由歐姆定律得I′＝eq\f(UAC,R)＝2.5A，周期T＝eq\f(1,f)＝0.02s，D正確．答案：D3．解析：由圖乙知交流電周期為T＝2×10－2s，1s內(nèi)包含50個周期，電流方向每秒改變100次，故A錯誤；環(huán)形變壓器原理與普通的理想變壓器相同，輸入電壓的有效值U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，照明電燈正常發(fā)光，則副線圈的電壓U2＝12V，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，可知n2＝48匝，故B錯誤；根據(jù)P＝U2I2＝U1I1，解得I1＝0.1A，故C正確；環(huán)形變壓器原線圈輸入電壓不變，原、副線圈匝數(shù)比不變，副線圈輸出電壓不變，并聯(lián)的每個電燈均正常工作，故D錯誤．答案：C4．解析：斷開S，n4＝500匝時，T2副線圈兩端的電壓為220V、副線圈中的電流為eq\f(220,10)A＝22A，則T2原線圈兩端的電壓為2200V、原線圈中的電流為2.2A，輸電線的等效總電阻r兩端的電壓為ΔU＝2.2A×5Ω＝11V、損耗的功率為P1＝11V×2.2A＝24.2W，那么T1副線圈兩端的電壓為2200V＋11V＝2211V，則T1原線圈兩端的電壓為221.1V，所以Um＝221.1eq\r(2)V，選項A錯誤；閉合S后，T2副線圈回路中的總電阻減小，則T2副線圈以及原線圈中的電流將增大，等效總電阻r兩端的電壓增大，如果n4不變，則T2原、副線圈兩端的電壓均減小，所以需要將n4變大eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n3,N)<10))，才能使T2副線圈兩端電壓為220V，此時T2副線圈中的電流為44A，由eq\f(n3,N)<10得，T2原線圈中的電流大于4.4A，選項B、D錯誤；由P＝I2r得，輸電線損耗的功率P2>4P1，選項C正確．答案：C5．解析：觸片P同時接觸b、c兩個觸點時，電熱絲沒有接入電路，電吹風(fēng)機(jī)吹冷風(fēng)；觸片P與觸點c、d接觸，小風(fēng)扇與電熱絲同時接入電路時吹熱風(fēng)，選項A錯誤．根據(jù)理想變壓器的電壓之比等于匝數(shù)之比可得eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(220V,50V)＝eq\f(22,5)，選項B錯誤．由功率的關(guān)系可知，吹熱風(fēng)時電熱絲消耗的功率P熱＝P熱入－P冷入＝450W－50W＝400W，則電熱絲的電流為I＝eq\f(P熱,U1)＝eq\f(400,220)A＝eq\f(20,11)A，選項C錯誤．小風(fēng)扇的熱功率為P′熱＝50W－45W＝5W，電流I′＝eq\f(P冷入,U2)＝eq\f(50,50)A＝1A，則由P′熱＝I′2r，可得r＝5Ω，選項D正確．答案：D6．解析：由交流電的表達(dá)式可知，該交流電有效值為220V，A錯；交流電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，B對；根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律有eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，代入數(shù)據(jù)得n2＝eq\f(36×1100,220)＝180，C對，D錯．答案：BC7．解析：由速度隨時間變化的關(guān)系式可得導(dǎo)體棒的最大速度為vm＝11eq\r(2)m/s，ω＝eq\f(2π,T)＝10πrad/s，則T＝0.2s，故導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em＝BLvm＝11eq\r(2)V，電源電動勢的瞬時表達(dá)式為e＝BLv＝11eq\r(2)sin10πt（V），電動勢的有效值為E＝eq\f(Em,\r(2))＝11V，設(shè)原線圈的輸入電壓為U1，副線圈的輸出電壓為U2，原線圈的輸入電流為I1，副線圈的輸出電流為I2，則有E＝I1（r＋R）＋U1，U2＝I2R，由變壓器的工作原理可知eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)、eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，以上式子聯(lián)立可解得U2＝4V，U1＝8V，I2＝0.4A，I1＝0.2A，故電壓表示數(shù)為U＝I1R＝2V，電流表示數(shù)為I2＝0.4A，選項A、B錯誤；根據(jù)Em＝neq\f(ΔΦ,Δt)，可知原線圈中磁通量變化率的最大值為eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(U1m,n1)＝eq\f(\r(2),25)Wb/s，其中U1m＝8eq\r(2)V，由于變壓器無能量損失，故原線圈中的磁通量即為鐵芯中的磁通量，選項C正確；在Δt＝0.05s＝eq\f(T,4)