物理选修3-2高压输电与变压器练习题

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1、物理选修3-2高压输电与变压器练习题一、单项选择题(此题共6小题，每题4分，共24分)1发电厂给某工厂的功率限额为500 kW，用100 kV高压输送，当该工厂由于休假，只使用50 kW的电功率时，发电厂和工厂间的高压线路电流为()A0.5 A B5 AC50 A D不知电阻，无法求出答案A2500千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程，我省超高压输电工程正在紧建设之中假设输送功率为3 200万千瓦，原来采用200千伏输电，由于输电线有电阻而损失的电功率为P损，那么采用500千伏超高压输电后，在输电线上损失的电功率为(设输电线的电阻未变)()A0.4P损 B0.16P损 C2.5P损

2、D6.25P损答案B解析根据P损r可知：当输电电压由200 kV升高到500 kV时，其线路损耗由P损减小到0.16P损，选项B正确3普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图1中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，那么()图1Aab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcd答案B解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正确4如图2所示，图甲是远距离输电线路的示意图，图乙是发

3、电机输出电压随时间变化的图像，那么()图2A用户用电器上交流电的频率是100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是500 VC输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小答案D解析由ut图像可知，交流电的周期T0.02 s，故频率f50 Hz，选项A错误；交流电的电压最大值Um500 V，故有效值U250 V，选项B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原、副线圈的匝数比决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，副线圈上的电流减小，根据，原线圈(输电线)上的电流减小，根据PIR得输电线损失的功率减小，选项D正确5

4、如图3所示，一自耦变压器(可看做理想变压器)输入端AB间加一正弦交流电压，在输出端CD间接灯泡和滑动变阻器转动滑片P可以改变副线圈的匝数，移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值那么()图3A只将P逆时针小角度转动，灯泡变亮B只将P顺时针小角度转动，灯泡变亮C只将Q向上移动，灯泡变暗D只将Q向下移动，灯泡变亮答案A解析只将P逆时针转动，输出端匝数增多，输出电压增大，灯泡变亮，选项A正确，B错误只将Q向上或向下移动，输出电压不变，灯泡亮度不变，选项C、D错误6如图4所示，理想变压器MN原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R0和两个小灯泡L1、L2，电表为理想电表最初开关S是断开的，现闭合开关

5、S，那么()图4A副线圈两端电压变大B灯泡L1变亮C电流表A1示数变大D电阻R0中的电流变小答案C解析根据，U2U1，故U2不变，A错误；闭合开关S，副线圈回路中的电阻减小，电流I2增大，D错误；根据，那么I1I2，所以电流表A1示数变大，C正确；R0两端电压增大，UL1减小，灯泡L1消耗的功率PL1，故功率PL1减小，灯泡L1变暗，B错误二、多项选择题(此题共4小题，每题5分，共20分，每题至少有两个选项正确，选对得5分，漏选得2分，错选得0分)7如图5甲所示，理想变压器的原线圈电路中装有0.5 A的保险丝L，原线圈匝数n1600匝，副线圈匝数n2120匝当原线圈接在如图乙所示的交变电源上时

6、，要使整个电路和用电器正常工作，那么副线圈两端可以接 ()图5A阻值为14.4 的电阻B并联两盏“36 V40 W的灯泡C工作频率为10 Hz的电视D耐压值为36 V的电容器答案AB解析理想变压器可以变压、变流，但不可以改变功率和频率；由题图乙可知，原线圈变电源的周期为0.02 s，频率为50 Hz，那么副线圈得到的交变电流的频率也为50 Hz，故接入工作频率为10 Hz的电视不能正常工作，C错误；由题图乙可知，原线圈所接电源电压的有效值为180 V，由理想变压器特点可知，变压比等于匝数比，那么U2180 V，解得U236 V，B中两灯泡接入电路时，原线圈中的电流I1 A0.44 A0.5 A

7、，B正确；副线圈两端电压的有效值为36 V，但其最大值大于电容器的耐压值，故D错误；由理想变压器特点可知，原、副线圈消耗的功率相等，那么180 V0.5 A，解得R14.4 ，A正确8如图6所示，理想变压器初级线圈接一正弦式交变电流，交变电流的电压有效值恒定不变那么以下说法中正确的选项是()图6A只将S1从2拨向1时，电流表示数变小B只将S2从4拨向3时，电流表示数变小C只将S3从闭合变为断开，电阻R2两端电压增大D只将变阻器R3的滑动触头上移，变压器的输入功率减小答案BD解析只将S1从2拨向1时，输出电压增大，输出功率增大，原线圈输入电流增大，电流表示数变大，选项A错误只将S2从4拨向3时，

8、输出电压减小，输出功率减小，原线圈输入电流减小，电流表示数变小，选项B正确只将S3从闭合变为断开，电阻R2两端电压不变，选项C错误只将变阻器R3的滑动触头上移，变压器的输出电流减小，输出功率减小，由变压器功率关系可知其输入功率减小，选项D正确9如图7所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有()图7AU2变小，U4变大

9、BU2不变，U3变小CP1变小，P2变小DP2变大，P3变大答案BD解析由理想变压器输出功率决定输入功率可得，当用户消耗功率变大时，升压变压器的输入功率必增大，即P1变大，输入电压U1为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压U2不变，由于P1变大，由P1U1I1P2U2I2可得，I1变大，P2、I2变大，闭合电路欧姆定律：U3U2I2R，故U3变小，降压变压器原、副线圈匝数不变，所以随U3变小，U4变小，A、C错误，B正确由于用户功率变大，即P4变大，理想变压器无功率损耗可得：P3P4，功率P3也变大，故D正确10如图8所示，理想变压器的三只线圈匝数之比n1n2n31051，图中灯泡L的规

10、格为“50 V,25 W，电阻R的阻值是10 ，假设灯泡L正常发光，据此可知()图8A变压器线圈a、b两端输入的交流电压为100 VB电流表读数为5 AC1 min电阻R产生的热量为6.0104 JD变压器输入电流为0.35 A答案AD解析灯泡L正常发光，说明灯泡L两端电压为U250 V，由变压公式可知，变压器线圈a、b两端输入的交流电压为U1U2100 V，选项A正确；由变压公式可知，线圈n3两端电压为U3U210 V，电流表读数I31 A，选项B错误；由焦耳定律可得1 min电阻R产生的热量为QIRt121060 J6.0102 J，选项C错误；由理想变压器输入功率等于输出功率知I1U1P

11、2I3U325 W10 W35 W变压器输入电流为I1 A0.35 A，选项D正确三、填空题(此题共2小题，共10分)11(2分)如图9所示，理想变压器的输出端接有一电动机，电动机的电阻为R，电动机带动一质量为m的重物以速度v匀速上升，假设变压器的输入功率为P，电动机因摩擦造成的能量损失不计，那么图中电流表的读数应等于_图9答案解析理想变压器P出P入由题意知：P入PP出mgvI2R综合得I .12(8分)如图10所示，理想变压器原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b，小灯泡a的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30 ，两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A，

12、可计算出原、副线圈的匝数比为_，流过灯泡b的电流为_A.图10答案1030.2解析副线圈两端电压U2等于小灯泡a两端电压Ua，由Pa得Ua3 V，那么原、副线圈的匝数比；流过灯泡a的电流Ia0.1 A又，得I20.3 A流过灯泡b的电流IbI2Ia0.3 A0.1 A0.2 A.四、计算题(本大题共4小题，共46分)13(8分)有一台阻为1 的发电机，供应一个学校照明用电，如图11所示升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻R4 ，全校共22个班，每班有“220 V40 W的灯6盏假设保证全部电灯正常发光，那么：图11(1)发电机输出功率是多大？(2)输电效率是多少？答

13、案(1)5 424 W(2)97.3%解析(1)对降压变压器：U2I2U3I3nP灯22640 W5 280 W.U2U3880 V.I2 A6 A.对升压变压器：U1I1U2I2IRU2I2624 W5 280 W5 424 W.所以发电机输出功率P出5 424 W.(2)100%100%97.3%.14(10分)如图12所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1n221，交流电源电压u311sin (100t) V，F为熔断电流为I01.0 A的保险丝，负载R为一可变电阻 (1)当电阻R100 时，保险丝能否被熔断？(2)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率

14、不能超过多少？图12答案(1)保险丝不会被熔断 (2)55 220 W解析原线圈电压的有效值为U1 V220 V由得副线圈两端的电压U2U1220 V110 V(1)当R100 时，副线圈中电流I2 A1.10 A.由U1I1U2I2 得原线圈中的电流为I1I21.10 A0.55 A，由于I1I0 (熔断电流)，故保险丝不会被熔断(2)设电阻R取某一值R0时，原线圈中的电流I1刚好到达熔断电流I0，即I11.0 A，那么副线圈中的电流为I2I1I121.0 A2.0 A变阻器阻值为R0 55 此时变压器的输出功率为P2I2U22.0110 W220 W可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值

15、不能小于55 ，输出的电功率不能大于220 W.15(12分)一台发电机输出的电功率为100 kW，输出电压为250 V，现欲向远处输电，假设输电线的总电阻为8 ，要求输电时输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，并向用户输送220 V电压(1)试画出这次输电线路的示意图(2)求输电所需升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数之比分别是多少？(3)求用户得到的电功率是多少？答案(1)见解析图(2)11619011(3)95 kW解析(1)由于是大功率、远距离输电，为了减少输电线路损失的电能，所以要采用高压输电，再用降压变压器向用户输送220 V电压，画出其输电线路的示意图如下图(2)由于要

16、求PRP25%，又因为P1P2PR5%P15%100 kW5103 W故通过输电线的最大电流为I2 A25 A降压变压器输入功率P2P2PR(1001035103)W9.5104 WI3 A AI1 A400 A.所以升压变压器的原、副线圈的匝数之比降压变压器的原、副线圈的匝数之比(3)由于是理想变压器，用户得到的电功率即为降压变压器的输入功率P用P1PR(1001035103)W95 kW.16(16分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，输出电压恒为500 V，现用电阻率为1.8108 m，横截面积为105 m2的输电线向4103 m远处的用户输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上

17、的损失功率不超过发电机总功率的4%，求：(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？(2)如果用户用电器的额定电压为220 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？(3)想一想，当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220 V？假设用电器电路中电流为100 A，求此时用电器两端的电压数值答案(1)112(2)28811(3)大于220 V227 V解析(1)输电要用两根导线，那么输电线的电阻为r1.8108 14.4 由题意知P损P4%()2r代入数据解得：U26 000 V升压变压器原、副线圈匝数比.(2)I2 A AU损I2r14.4 V240 V而U3U2U损6 000 V240 V5 760 V降压变压器原、副线圈匝数比为28811(3)用电器总数减少时，用电器两端电压将增大由题知I4100 A那么由所以I3U损I3r14.4 V55 V而U1、U2不变U3U2U损(6 00055) V5 945 V，U4U35 945 V227 V.10 / 10