高中物理魯科版2第四章遠距離輸電 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．磁場對通電導(dǎo)線的作用 D．磁場對運動電荷的作用答案：A2．如圖所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1＝800和n2＝200的兩個線圈，上線圈兩端與u＝51sin314tV的交流電源相連，將下線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)上線圈所加電壓的表達式可得，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．如圖為遠距離輸電線路的示意圖：若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是()A．升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無關(guān)B．輸電線中的電流只由升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定C．當用戶用電器的總電阻減小時，輸電線上損失的功率增大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負載消耗的功率大小決定的，選項A、B錯誤．用戶的總電阻減小，根據(jù)P＝eq\f(U2,R)，消耗的功率增大，輸電線電流增大，線路損失功率增大，C項正確，升壓變壓器的輸出電壓等于輸電線路電阻上損失電壓加上降壓變壓器輸入電壓，D項錯誤．答案：C4．如圖，一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1∶2；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22W；原線圈電路中接有電壓表和電流表．現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光．若用U和I分別表示此時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，A正確．答案：A5．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，當導(dǎo)體棒l在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，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時，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應(yīng)電動勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過．答案：B6．如圖所示為一理想變壓器和負載電阻R，下列哪些做法可增加變壓器的輸入功率()A．只減少副線圈匝數(shù) B．只減少原線圈匝數(shù)C．只增加副線圈匝數(shù) D．只減小R的阻值解析：減少原線圈匝數(shù)，相當于增加副線圈匝數(shù)，改變了電壓比．增加副線圈匝數(shù)，也是改變了匝數(shù)比，相當于提高了輸出電壓，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間變化的規(guī)律是UR＝311cos100πtVD．通過每只燈泡的電流隨時間變化的規(guī)律是i＝eq\r(2)cos100πtA答案：D8．原副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線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．只增加原線圈的匝數(shù)n1 B．只減少副線圈的匝數(shù)n2C．只減少負載電阻R的阻值 D．只增大負載電阻R的阻值解析：由eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)知，當n1增大時，U2減小，當減小n2時，U2也減小，又根據(jù)P入＝P出＝eq\f(U\o\al(2,2),R)知，A、B兩項均錯，C項對，D項錯．答案：C9．如圖所示，理想變壓器初級線圈的匝數(shù)為n1，次級線圈的匝數(shù)為n2，初級線圈的兩端a、b接正弦交流電源，電壓表V的示數(shù)為220V，負載電阻R＝44Ω，電流表A1的示數(shù)為0.20A．A．初級線圈和次級線圈的匝數(shù)比為2∶1B．初級線圈和次級線圈的匝數(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A、B接10V交變電壓時，C、D間電壓為4V；M、N接10V直流電壓時，P、Q間電壓也為4V．現(xiàn)把C、D接4V交流，P、Q接4V直流，下面哪個選項可表示A、B間和M、N間的電壓()A．10V,10V B．10V,4VC．4V,10V D．10V,0解析：甲圖是一個自耦變壓器，當A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，是一個降壓變壓器，兩邊電壓之比等于兩邊線圈的匝數(shù)之比，當C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4V交流時，A、B間將得到10V交流．乙圖是一個分壓電路，當M、N作為輸入端時，上下兩個電阻上的電壓跟它們的電阻的大小成正比．但是當把電壓加在P、Q兩端時，電流只經(jīng)過下面那個電阻，上面的電阻中沒有電流，兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點的電勢相等．所以當P、Q接4V直流時，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，因為在交流純電阻電路中歐姆定律照樣適用．答案：B二、非選擇題11．有一個阻值為R的電阻，若將它接在電壓為20V的直流電源上時，消耗的電功率為P；若將它接在圖中的理想變壓器的次級線圈兩端時，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，不計電阻阻值隨溫度的變化，求：(1)理想變壓器次級線圈兩端電壓的有效值．(2)此變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比．解析：(1)直流電源的電壓U0＝20V，設(shè)變壓器次級線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圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝1∶2，電源電壓u＝220eq\r(2)sinωtV，原線圈電路中接入一熔斷電流I0＝1A的保險絲，副線圈中接入一可變電阻R，如上圖所示，為了使保險絲不致熔斷，調(diào)節(jié)R時，其阻值的最小值為多少？解析：當原線圈電流I1＝I0時，副線圈中的電流(即副線圈中電流的有效值)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.因此副線圈電路中負載電阻的最小值為Rmin＝eq\f(U2,I2)＝880Ω答案：880Ω13．交流發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動．一小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應(yīng)強度B＝eq\f(\r(2),π)T．為用此發(fā)電機所發(fā)出交流電帶動兩個標有“220V11kW”的電機正常工作，需在發(fā)電機的輸出端a、b與電機之間接一個理想變壓器，電路如圖所示．(1)發(fā)電機的輸出電壓為多少？(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？(3)與變壓器原線圈串聯(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．家庭電路的引線均有一定電阻(約幾歐姆)．因此當家中大功率用電器如空調(diào)、電爐工作時，家中原來開著的電燈會變暗，下面通過一個簡單的測試，可以估算出家庭電路引線部分的電阻，如圖所示，用r表示家庭電路引線部分的總電阻，為兩表筆插入插座的交流電壓表，M為一個額定功率為P額定電壓為U額的空調(diào)(P較大)．測試時，先斷開所有家電電路，測得電壓為U1，再閉合電鍵S，測得電壓為U2.(1)試推導(dǎo)估算r的表達式(設(shè)電源兩端電壓保持恒定)；(2)若P＝kW，U額＝220V，測得U1＝220V，U