高考物理一轮复习精讲精析
第十章第二讲
一、选择题
1．在变电站里，经常要用交流电表监测电网上的强电流．所用的器材叫电流互感器，如下图所示中，能正确反映其工作原理的是 ( )
[答案] A
[解析] 电流互感器的工作目的是把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少、副线圈的匝数多，监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中．
2．如图，理想变压器原副线圈匝数之比为41，原线圈接入一电压为U＝U0sinωt的交流电源，副线圈接一个R＝27.5Ω的负载电阻．若U0＝2202V，ω＝100πrad/s，则下述结论正确的是 ( )
A．副线圈中电压表的读数为55V
1
B．副线圈中输出交流电的周期为s
100π
C．原线圈中电流表的读数为0.5A D．原线圈中的输入功率为1102W [答案] AC
n2U0[解析] 副线圈中电压表读数为副线圈电压的有效值U2＝＝55V，A对．副线圈中
2n1
2π1I2n2
交流电的周期等于原线圈中交流电源电压的周期T＝＝s，B错．原线圈中的电流I1＝
ω50n1
U2n2U0I1＝＝0.5A，C对．原线圈中的输入功率P＝＝110W，D错． Rn123．(2010·安徽师大附中月考)如图所示，一理想变压器的原线圈A、B两端接入电压为u＝2202sin100πtV的交变电流．原线圈匝数n1＝1100，副线圈匝数为n2＝30.则在C、D两端 ( )
A．接额定电压为8V的小灯泡，小灯泡能正常发光 B．接交流电压表，电压表读数为8.48V
C．接阻值为6Ω的电阻，原线圈中的电流为36.7A D．接电磁式打点计时器，打点的周期为0.02s [答案] D
UABn1[解析] 由理想变压器的原理有：＝，所以UCD＝6V，则AB错误．又由理想变
UCDn2
UCD3
压器的输入功率和输出功率相等可得：UABI1＝UCDI2，而I2＝＝1A，所以I1＝A，即
R110
C错误．由μ＝2202sin100πtV得该交流电的周期为0.02s，故D正确．
4．如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法正确的是 ( )
A．副线圈两端M、N输出电压减小
B．副线圈输电线等效电阻R上电压增大 C．通过灯泡L1的电流减小 D．原线圈中的电流增大 [答案] BCD
[解析] 当开关S闭合后，L1和L2并联，使副线圈的负载电阻变小，此时M、N间的输出电压不变，副线圈中的总电流I2增大，负载R上的电压降U2＝I2R2亦增大，灯泡L1两端的电压减小，L1中的电流减小，B、C正确．由于I2增大，导致原线圈中的电流I1相应增大，D正确．
5．如图所示，2009年11月1日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重．此次灾害牵动亿万人的心．为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰．若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变) ( )
A．输电电流为3I B．输电电流为9I
1
C．输电电压为3U D．输电电压为U
3
[答案] AD
[解析] 高压线上的热耗功率ΔP＝I2R线② 若热耗功率变为9ΔP，则 9ΔP＝I′2R线②
由①②得I′＝3I，A对．
又输送功率不变P＝UI＝U′I′
1
得U′＝U，所以D对．
3
6．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中汽油和空气的混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法中正确的是 ( )
A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增加的
B．汽油机点火装置的开关若始终闭合，副线圈的两端也会有高压
C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在副线圈中产生高压 D．汽油机的点火装置中变压器的副线圈匝数必须远大于原线圈的匝数 [答案] AD
[解析] 汽车柴油机压缩汽缸内空气，实际上是活塞对气体做功使其内能增加，当温度升高到一定温度时，柴油着火燃烧．汽油机是借助于变压器在通入原线圈中电压(12V)断电时产生变化的磁通量从而在副线圈中产生瞬时高压(10000V)，而达到产生火花的目的，所以电源可以是直流，且副线圈匝数要远大于原线圈匝数，故A、D正确．
7．(2009·江苏省苏州中学月考)如图甲中所示，变压器为理想变压器，其原线圈接到U1
＝220V的交流电源上，副线圈与阻值为R1的电阻接成闭合电路；图乙中阻值为R2的电阻直接接到电压为U1＝220V的交流电源上，结果发现R1与R2消耗的电功率恰好相等，则变压器原、副线圈的匝数之比为 ( )
A．R1/R2 B．R2/R1 C.R2/R1 D.R1/R2 [答案] C
U1n1U22
[解析] 对题图甲，＝，PR1＝
U2n2R12U1对题图乙：PR2＝
R2
据题意又PR1＝PR2
联立以上各式解得：n1/n2＝R2/R1
n110
8．(2009·济南模拟)正弦交流电经过匝数比为＝的变压器与电阻R、交流电压表V、
n21
交流电流表A按如图甲所示方式连接，R＝10Ω.图乙是R两端电压U随时间变化的图象．Um＝102V，则下列说法中正确的是 ( )
A．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝2cos100πt(A) B．电流表A的读数为0.1A
2A 10
D．电压表的读数为Um＝102V [答案] AB
－
[解析] 由图象知T＝2×102s，f＝50Hz，ω＝2πf＝100πrad/s，故iR＝2cos100πt(A)，
I1n2A正确．再根据＝知，I1有效值为0.1A，B正确，C错误．电压表读数应为副线圈电压
I2n1Um有效值，U＝＝10V，故D错误．
2二、非选择题
9．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n2n3＝4431，原线圈两端输入电压U1＝220V，在变压器输出端如何连接可使一盏“20V,10W”灯泡正常发光？如何连接可使一盏“10V,5W”灯泡正常发光？通过计算，分别画出连接图．
[答案] 见解析图
U1n1n2U1U1n1n3U1[解析] 由变压器关系＝求得U2＝＝15V，同理，＝，U3＝＝5V.
U2n2n1U3n3n1
变压器副线圈的输出电压与两灯的额定电压不等，应通过组合使用的方式，使两灯获得适当的电压．
具体接法如下图a、b所示．
10．原始的电话机将听筒和话筒串联成一个电路，当自己对着话筒讲话时，会从听筒中听到自己的声音，导致听觉疲劳而影响通话．现代的电话将听筒电路与话筒电路分开，改进的电路原理示意图如图所示，图中线圈Ⅰ与线圈Ⅱ的匝数相等，R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，Rx为可变电阻．当Rx调到某一值时，从听筒中就听不到话筒传出的声音了，这时Rx为多少？
[答案] 1.8kΩ
[解析] 分析变压器工作原理，当人对着话筒说话时，话筒相当于一个交流电源，线圈Ⅰ、Ⅱ是并联的两个支路，而且线圈Ⅰ、Ⅱ的匝数相等，只有当Rx与R的并联电阻和R0阻值相等时，线圈Ⅰ、Ⅱ内会有相等大小的电流，话筒产生的电信号在铁芯中产生的两部分磁通量相互抵消，听筒所在电路就没有话筒声音的感应电流，这样即可达到目的．由此分析，容易得答案为1.8kΩ.
11．在远距离输电时，要尽量考虑减少输电线上的功率损失．有一个电站，输送的电功率P＝500kW，当使用U＝5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜表示数相差4800kW·h.求：
(1)输电效率η和输电线总电阻r.
(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电．[来源:Z&xx&k.Com]
[答案] (1)60% 20Ω (2)22.4kV
[解析] (1)由于输送功率P＝500kW，一昼夜输送电能E＝Pt＝12000kW·h，终点得到
P
的电能E′＝7200kW·h，因此效率η＝60%.输电线上的电流可由I＝计算，I＝100A，而输
U
4800
电线损耗功率可由Pr＝I2r计算，其中Pr＝kW＝200kW，因此可求得r＝20Ω.
24
P?21
(2)输电线上损耗功率Pr＝?r∝，原来Pr＝200kW，现在要求Pr′＝10kW，计算?U?U2可得输电电压应调节为U′＝22.4kV.
12．(2009·广东模拟)某小型发电机矩形线圈面积为200cm2，共50匝，电阻0.05Ω，用电磁铁做磁场，磁场的磁感应强度为1T，产生频率为50Hz的单相正弦式交变电流．外电路由110盏“220V,40W”的灯泡组成，当灯泡全部正常发光时，试求：
(1)输电导线的电阻多大？
(2)若只用11盏灯泡，为了使灯泡正常发光，而发出的交变电流频率又不能变化，则电磁铁磁场的磁感应强度应调到多大？
C．电流表A的读数为
[答案] (1)0.05Ω (2)0.992T
[解析] (1)交变电流的最大值Em＝NBS·2πf，发电机的输出电压为
－
50×1×200×104×2π×50
E＝Em/2＝V≈222V，
2402
流过每盏灯泡的电流I0＝A＝A，
220112
干路电流I＝110×A＝20A，由闭合电路的欧姆定律得：
11
E＝[220＋20×(0.05＋R)]V，解得R＝0.05Ω.
2
(2)只有11盏灯泡时干路电流I′＝11×A＝2A.
11
电源电动势的有效值
E′＝[220＋2×(0.05＋0.05)]V＝220.2V. 由Em′＝NB′S·2πf＝2E′得，
2E′2×220.2
B′＝＝T≈0.992T.
NS·2πf50×200×10－4×2π×50
13．三峡水利工程中某一水电站发电机组设计为：水以v1＝3m/s的速度流入水轮机后以v2＝1m/s的速度流出，流出水位比流放水位低10m，水流量为Q＝103m3/s.水轮机效率为75%，发电机效率为80%，试问：
(1)发电机的输出功率是多少？
(2)如果发电机输出电压为240V，用户所需电压为220V，输电线路中能量损耗为5%，输电线的电阻共为12Ω，那么所需用升、降压变压器的原副线圈匝数比分别是多少？
1
[答案] (1)6.24×105W (2) 53
51
[解析] (1)水轮机的输出功率即发电机的输入功率，为
2
75%×(mgh＋mv21/2－mv2/2)P1＝ t2
v21－v2??＝Qρgh＋Qρ×75%＝7.8×105W， 2??
发电机的输出功率
P0＝P1×80%＝6.24×105W.
(2)输电示意图如图所示，发电机输出的电流
5
P06.24×10I1＝＝A＝2 600A.
U1240
输电导线中的热损耗P耗＝P0×5%＝3.12×104W， 输电线路中的电流
P耗3.12×104I2＝＝A≈51A，
R12
n1I1所以升压变压器T1的原副线圈匝数比＝≈1/51，
n2I2
降压变压器T2的输出功率 P＝P0－P耗＝5.928×105W， T2的输出电流
5
P5.928×10I3＝＝A≈2.7×103A.
U220
所以降压变压器T2的原副线圈匝数比
3
n3I32.7×10＝＝≈53. n4I251
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