高二物理变压器 电能的输出练习 18页

变压器 电能的输出练习 ‎ 第四节 变压器 ‎【同步达纲练习】‎ ‎1.一理想变压器原、副线圈的匝数均可改变，原线圈接交变电压，副线圈接负载电阻R.若要使输入的电功率为原来的2倍，在其他条件不变的条件下，可使( )‎ A.原线圈的匝数变为原来的2倍 B.副线圈的匝数变为原来的2倍 C.副线圈匝数和负载电阻的阻值都变为原来的2倍 D.负载电阻的阻值变为原来的 ‎2.用理想变压器给纯电阻电路供电时，用下列哪些办法可以增大输入电流?( )‎ A.增加原线圈的匝数 B.增加副线圈的匝数 C.在副线圈上多并联一些电阻 D.使绕制线圈的导线粗一些 ‎3.变压器在使用过程中，下列说法中正确的是( )‎ A.原线圈中的输入电流随副线圈中输出电流的增大而增大 B.原线圈中的输入功率随副线圈中的负载阻值的增大而增大 C.当副线圈空载时，原线圈中的电流为零 D.当副线圈空载时，原线圈中的电压为零 ‎4.一理想变压器的原线圈接交流电，副线圈接电阻，下列哪些措施可使输入功率增加为原来的2倍( )‎ A.副线圈的匝数增加为原来的2倍 B.原线圈的匝数增加为原来的2倍 C.负载电阻变为原来的2倍 D.副线圈的匝数和负载电阻均变为原来的2倍 ‎5.用理想变压器向负载R供电时，以下情况将使变压器输入电功率增大的是( )‎ A.减小负载电阻R，其它条件不变 B.增加原线圈匝数，其它条件不变 C.增加副线圈匝数，其它条件不变 D.增大原线圈两端的输入电压，其它条件不变 ‎6.如图所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为R的输电线对用电器供电，设两盏灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的触头P向N移动，会出现的现象是( )‎ A.A表的示数变大，灯泡L1、L2均变暗 B.A表的示数变小，灯泡L1、L2均变暗 C.A表的示数变大，灯泡L1变亮，L2变暗 D.A表的示数不变，灯泡L1变暗，L2变亮 ‎7.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.副线圈回路中接有一个阻值为R的电阻，此时原线圈中有电流通过，设为I1.若原线圈两端的电压为U1，则＝ .‎ ‎8.如图所示，B为一理想变压器.当电阻R1的阻值变大时，图中各个电表中读数变大的有 ，读数变小的有 ，读数不变的有 .‎ ‎9.理想变压器原线圈匝数为880匝，通过原线圈的电流强度表达式是i＝0.8sin100πA，变压器副线圈与一只10Ω电阻相连，测得通过电阻的电流为2A，那么，变压器的副线圈的匝数是 匝，原线圈的输入功率是 W.‎ ‎【素质优化训练】‎ ‎1.甲、乙两个理想变压器，它们的原、副线圈的匝数比以及连接方式如图所示.若输电导线的电阻不计，甲的输入电压是220V，负载中每个电阻R的阻值均为11Ω，则甲的输入电流和输入功率分别是( )‎ A.10A，330W B.10A，330W C.15A，3300W D.15A，330W ‎2.如图所示，一理想变压器的原、副线圈分别由双线圈ab和cd(匝数都为n1)、ef和gh(匝数都为n2)组成.用I1和U1表示输出电流和电压，则在下列四种情况下，符合关系＝，＝的有( )‎ A.b与c相连，以a、d为输入端；f与g相连，以e、h为输出端 B.b与c相连，以a、d为输入端；e与g相连、f、h相连作为输出端 C.a与c相连，b与d相连作为输入端；f与g相连，以e、h为输出端 D.a与c相连，b与d相连作为输入端；e与g相连、f、h为输出端 ‎3.有一负载电阻R，当它接在30V的直流电源上时，消耗的功率为P，现有一台理想变压器，它的输入电压υ＝300sinωtV，若把上述负载接到此变压器副线圈两端，消耗的功率为P，则此变压器的原、副线圈的匝数比为( )‎ A.10∶1 B.10∶1 C.10∶1 D.10∶‎ ‎4.理想变压器原副线圈两侧一定相同的物理量是( )‎ A.交流电的频率 B.交流电的功率 C.磁通量的变化率 D.交流电的最大值 ‎5.在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1＝600，n2＝120，电源电压U1＝220V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝，为保证保险丝不被烧毁，则( )‎ A.负载功率不能超过44W B.副线圈电流最大值不能超过1A C.副线圈电流有效值不能超过1A D.副线圈电流有效值不能超过0.2A ‎6.如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，副线圈向电阻R1、R2、R3供电，电流表A和电压表V均为理想交流电表.若用U、I、P分别表示电压表示数、电流表示数、R1消耗的电功率，开关K闭合后与闭合前相比( )‎ A.U变大，I变小，P变大 B.U变大，I变大，P变大 C.U变小，I变小，P变小 D.U变小，I变大，P变小 ‎7.如图所示，原线圈中通有i＝Im·sinωt的交流电.当t＝时，i＝10mA，交流电流表的读数为0.3A，则此变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝ .‎ ‎8.一理想变压器，原线圈匝数n1＝1100，接在电压220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V，60W”灯泡供电时，灯泡正常发光，由此可知，该变压器副线圈的匝数n2＝ ，通过原线圈的电流I1＝ A.‎ ‎9.某理想变压器，当其输入端接在电动势为E，内阻为r的交流电源上，输出端接上电阻为R的负载时，R上可获得最大功率，如图所示，求：‎ ‎(1)这时输入电流多大?负载上的最大功率为多少?‎ ‎(2)负载获得最大功率时，变压器原、副线圈电压各是多少?‎ ‎【生活实际运用】‎ 例 如图所示，理想变压器原副线圈匝数比为3∶1，副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光，原线圈上串联一相同的灯泡A，则( )‎ A.灯A也能正常发光 B.灯A将会烧坏 C.灯A比另三个灯都暗 D.不能确定 解析 原线圈、副线圈电流之比＝＝，I1＝，副线圈中通过每灯的电流等于其额定电流，I额＝，通过灯A的电流I1＝＝I额，所以也能正常发光，选项A正确.‎ 有人根据＝，U2等于电灯的额定电压，则U1＝3U额，得到A会烧坏的错误结论，其错误是把灯A两端电压与变压器原线圈两端电压混为一谈.‎ ‎【知识验证实验】‎ 做一个实用的变压器 在生产和生活中使用的变压器有多种多样，按用途可分为升压和降压两大类，按照结构特点又分为壳式、芯式和渐开线式等.用处不同的变压器，容器大小和体积大小也各不一样.下面我们来做一个小型的实用的变压器.‎ 需要的材料：直径0.2毫米的漆包线300米左右，直径0.5毫米的漆包线20米左右，直径2毫米、长17厘米的铁丝数十根，还有硬纸板和蜡纸等.‎ 把铁丝弯成形(尺寸见图)，然后放在炭火中，加热到发红色的时候，封死火，让铁丝和炭火一道冷却.经过这样处理，铁丝的表面生成了一层氧化物，是很好的绝缘层.‎ 下一步是绕制线圈.用硬纸板作两个线圈架(尺寸见图)，并在线圈架的中心孔内穿上两条铁失，把铁皮的两端折成直角，用来固定线架两头的挡板.在线圈架上包一层胶布，用直径0.2毫米的漆包线，从架框的一端到另一端并排密绕一层，然后包上一层蜡纸再绕第二层.绕线的时候，要记清匝数，绕够2320匝为止.在最外面包上蜡纸，初级线圈就算绕成了.次级线圈的绕法也是这样，共绕130匝.由于次级线圈的电压低电流大，所以要用比较粗的线绕制，我们用的是0.5毫米直径的漆包线.还要提醒的是，绕次级线圈的时候，要在第30匝、第70匝处各抽出一个(即根据需要的长度，把绕线双折起来，向一方向扭几转，伸出线圈外面作引线.注意不要把漆包线折断).最后再把绕成的线圈放在融化的蜡中浸一会，这样能增加它的绝缘程度和防潮能力.‎ 最后一步就是插铁芯.把槽形铁丝一顺一倒地同时插入两个线架的中心孔，并把长的一端折回，直到插满塞紧为止.然后用布带把铁芯扎紧，防止通电时发出响声.‎ 现在一个小型的变压器就算制好了.使用前还要进行调试：把初级线圈接到220伏电源上，如果变压器发生轻微的嗡嗡声，这是正常现象；要是声音太大，就需要把铁芯再紧一下.当通电2小时后，铁芯的温度并不太高(不烫手)，这样的变压器是符合要求的；如果铁芯温度过高，就要再插入一些铁芯，或者适当增加初级线圈的匝数.当然也要相应增加次级线圈的匝数.‎ 这是一个小容量的降压变压器，把它接到220伏的交流电源上，我们可以得到2.5伏、6伏的低压交流电.‎ ‎【知识探究学习】‎ 例 加在理想变压器上的交流电源的电动势为ε，内电阻为r.与副线圈相连的负载电阻阻值为R，如图所示，求：‎ ‎(1)原线圈中电流I1多大时，负载R上获得的功率最大?最大功率多大?‎ ‎(2)负载获得最大功率时，变压器的原副线圈匝数比多大?‎ 解析 本题是交流电路与直流电路综合题，把交流电路的物理量用有效值计算，就可运用交流电路相关知识处理.‎ ‎(1)负载电阻R上的功率就是变压器输出功率，也就是交流电源的输出功率 P＝I1ε-I12r＝-r(I12-I1)‎ ‎＝-r(I1-)2+‎ 可知，当I1＝时，P有最大值，Pm＝.‎ ‎(2)负载R上获得最大功率时，I1＝，原线圈上的电压 U1＝ε-I1r＝ε-()r＝‎ 副线圈上电压U2可由Pm＝得 U2＝＝＝‎ 所以原副线圈的匝数比 ‎＝＝‎ 第五节 电能的输出 ‎【同步达纲练习】‎ ‎1.在电能输送的过程中，若输送的电功率一定，则输电线上损耗的电功率( )‎ A.随着输电线电阻的增大而增大 B.跟输电电压的平方成正比 C.跟输电线上电压降的平方成正比 D.跟输电线中电流强度的平方成正比 E.跟输电电压的平方成反比 ‎2.远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是( )‎ A.可节省输电线的铜材料 B.可根据需要调节交流电的频率 C.可减少输电线上的能量损失 D.可加快输电的速度 ‎3.远距离高压输电，当输送电功率相同时，输送导线上损失的电功率是( )‎ A.与输电电压的平方成正比 B.与输电电压的平方成反比 C.与输电导线上的电压降的平方成正比 D.与输电导线上电流的平方成正比 ‎4.在远距离供电时，若输送功率保持不变，使输电电压升高到原来的n倍，则输电线上因电阻而产生的电能损失将变为原来的( )‎ A.n2倍 B.n倍 C. 倍 D.倍 ‎5.发电机的路端电压为U，经电阻为R的输电导线直接向远处用户供电，电源输出功率为P，则( )‎ A.输电线上的电流为 B.输电线上损耗的功率为()2R C.输电线上损耗的功率为 D.用户得到的电压为U-‎ ‎6.用户的用电器电阻为R，用户距交变电源的距离为L，输电导线上的电流为I，输电导线的电阻率为ρ，要求导线上电压降不超过U.则输电导线截面积的最小值为( )‎ A.ρL/R B.2ρLI/U C.U/ρLI D.2UL/ρI ‎7.用U1和U2＝KU1两种电压输送电能，若输送功率相同，在输电线上损失的功率相同，导线的长度和材料也相同，则在两种情况下，输电线的截面积之比S1∶S2＝ .‎ ‎8.新疆达板城风口的风速约为υ＝20m/s，设该地的空气密度ρ＝1.4kg/m3，若把通过截面积为S＝20m2的风的动能全部转化为电能，则利用上述已知量求出该风力发电装置的发电功率P的表达式为 ，其大小约为 W.(结果取一位有效数字)‎ ‎【素质优化训练】‎ ‎1.在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损耗的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则下列选项中正确的是( )‎ A.P′＝ B.P′＝‎ C.P用＝P- D.P用＝P(1-)‎ ‎2.在远距离送电中，对升压变压器来就，下列判断正确的是( )‎ A.原线圈中通过的电流较小，应当用线径较细的导线绕制 B.原线圈中通过的电流较大，应当用线径较粗的导线绕制 C.副线圈中通过的电流较小，应当用线径较细的导线绕制 D.副线圈中通过的电流较大，应当用线径较粗的导线绕制 ‎3.远距离输电时，在输送的电功率不变的条件下( )‎ A.只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率 B.只有提高输电电压，才能减小电流，提高输电效率 C.提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗 D.提高输电电压势必增大输电导线上的电流 ‎4.从发电机所在地的甲地向乙地输电，甲地配备n1∶n2＝1∶4的升压变压器，输电导线的总电阻为4Ω，乙地安装n3∶n4＝10∶1的降压变压器向用户供电，已知降压变压器的输出功率为22kW，输出电压为220V，则发电机的输出功率为 kW，输出电压为 V.‎ ‎5.有一台内阻为1Ω的发电机，供给一个学校照明用电.升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻R＝4Ω.全校共22个班，每班有“220V 40W”的电灯6盏.若保证全部电灯正常发光，则：‎ ‎(1)发电机的输出功率有多大?‎ ‎(2)发电机的电动势有多大?‎ ‎(3)输电效率是多少?‎ ‎(4)若使用电灯数减半，并正常发光，则发电机输出功率是否减半?‎ ‎6.某海湾共占面积1.5×107m2，涨潮时水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变.退潮时，坝外水位降至18m.假如利用此水坝建水力发电站，且重力势能转变为电能的效率是10%，每天有两次涨潮.则该电站一天能发出的电能是 (g＝10m/s2).‎ ‎7.某交流电发电机，额定输出功率为4000kW，输出电压为400V，要用升压器将电压升高后向远处送电，所用输电线的总电阻为10Ω，规定输电过程中损失功率不得超过额定输出功率的10%，所选用的变压器的原、副线圈匝数比不得大于 .‎ ‎8.某交流发电机输出电功率为5×105W，输出电压为U1＝1×104V，假如输电线总电阻R＝10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用的电压为U用＝380V.求：‎ ‎(1)画出输电线路的示意图(在图中标明各部分的电压符号)‎ ‎(2)输电线中通过的电流强度不能超过多少?‎ ‎(3)所用降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的变压器都是理想变压器) ‎【生活实际运用】‎ 例 水电部给远处山村送电的输出功率是100kW，用2000V的电压输电，线路上损失的功率是2.5×104W.如果改用20000V的高压输电，线路上损失的功率是 W.‎ 解析 设发电厂的输送功率为P，前后两次的输电电压分别为U1和U2，前、后两次线路上的热损失功率分别是P1和P2，输电线的总电阻为R.‎ 由 P损＝I2·R，I＝.‎ 可得 P损＝·R.‎ 所以 P2∶P1＝U12∶U22.‎ P2＝()2×2.5×104W＝250W.‎ 实质上题目所给送电功率100kW属多余的条件，没有必要.‎ 评注 本题属高压输电的最一般问题，基本思路就是输送功率不变时，P损∝1/U送2.‎ ‎【知识验证实验】‎ ‎“电魔术师”——变压器原理 高变低，低变高 找一个∪形的铁芯，在它的两臂上缠上绝缘布.用直径0.2毫米的漆包线，在铁芯的一臂上绕1100匝；在它的另一臂上用直径0.5毫米的漆包线绕45匝，并在15匝、30匝的地方各抽出一个接头(把绕线折回一段，往一个方向扭几转，不能把绕线弄断).然后把一方形铁条横放在∪形铁芯开口处，铁芯就成了一个闭合的方框.‎ 把1100匝的线圈接到220伏的交流电源上，用交流伏特表(如果用自己做的电流检验计来测量，必须串联上一个整流器才行)测出另一个线圈的15匝、30匝、45匝的电压.‎ 从测出的电压数字看，只有几伏，都比220伏的交流电压低得多，这就是说，比较高的电压经过这么个装置以后，给变成了较低的电压.上面这个装置就是一个简易的变压器.跟交流电源相连的线圈叫做原线圈，也叫初级线圈；跟用电器相连的线圈叫做副线圈，也叫次级线圈.‎ 变压器是应用电磁感应原理的另一种设备.当原线圈通入交流电的时候，铁芯里就产生了变化的磁场，这种变化的磁场穿过副线圈，副线圈里感应出交流电，在副线圈两端就产生了交变电压.电学上把接到变压器原线圈上的电压叫输入电压，把副线圈感应产生的电压叫输出电压.现在我们再回过头来分析一下上面实验中所测得的电压，就会发现，当输入电压一定时，输出电压的大小，跟初级线圈和次级线圈的匝数多少有关系.经过精确的实验知道：变压器初级线圈两端的电压(U1‎ ‎)和次级线圈两端的电压(U2)之比，等于初级线圈匝数(n1)和次级线圈匝数(n2)之比，即 ‎＝‎ 这个关系式告诉我们，变压器变换电压的能力，由初级线圈匝数和次级线圈匝数的比值来决定.明白这个道理，我们就可以根据需要，制造出各种实用的变压器.‎ 上面我们做的是降压变压器实验，现在再做一个升压变压器的实验：‎ 找一个方框的铁芯，用0.2毫米直径的漆包线在它的一边绕10匝，在另一边绕30匝(在20匝处抽出一个接线头).这就是一个小变压器了.‎ 把10匝的线圈作为初级线圈，跟上一个实验中的变压器的次级线圈相连接.再把第一个变压器(降压变压器)的初级线圈接到220伏交流电源上，然后用交流伏特表测出第二个变压器的输入电压和输出电压.你把测量的数值分析比较一下，就知道这是一个升压变压器.‎ 从理论上讲，一个降压变压器只要把它的初级线圈和次级线圈对调一下，就成了升压变压器了，这就是说一个变压器，既可以作降压用，也可以作升压用.那么，我们在第二个实验中，为什么还要另绕制变压器，而不直接使用第一个实验的变压器呢?这是因为这个变压器初级线圈和次级线圈的匝数相差很多，用它能把220伏的交流电压降低到只有几伏，如果把它的初级线圈和次级线圈调转来作升压变压器，仍然使用220伏的电源，在次级线圈两端就要产生很高的电压，做起实验来很不安全，同时，变压器很快就被烧毁了.所以我们又作了一个小变压器，输入电压用的低电压，这样做起实验来就比较安全了.实际上，各种变压器，它的初级线圈和次级线圈的匝数，绕线的直径，铁芯的截面积，都是根据实际的需要，经过严格计算才确定的.‎ ‎【知识探究学习】‎ 交流电的几个易混问题.‎ ‎1.电功与电热 电功是指电流做的功.实际上是把电能转化为其它形式能的过程，电功则是这种电能转化的量度.由于电路结构形式不同，电流通过电路时，电能转化的能量形式也就不尽相同.即可以转化为内能、机械能、化学能、……等.计算公式为W＝qU＝IUt.‎ 电热是电流通过电阻元件时所产生的热能(内能)，计算公式为Q＝I2Rt，不难看出，一般电路中电功大于电势，只在纯电阻电路中，电功才等于电势.‎ 例1 某一用直流电动机提升重物的装置，如图1所示.重物的质量m＝50kg，电源电动势E＝110V，不计电源内阻及各处的摩擦.当电动机以υ＝0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I＝5A，由此可知电动机线圈的电阻R＝ Ω.‎ 解析 电流做的功一部分转化为电动机线圈中的内能，一部分转化为电动机提升重物的机械能，有EI＝mgυ+I2R R＝(EI-mgV)/I2＝4.0Ω.‎ ‎2.平均值与有效值 中学中一般是研究矩形线圈在匀强磁场中匀速转动而产生的正弦交流电(如图2)，求某一段时间△t内的感应电动势，是用法拉第电磁感应定律ε＝N·△Φ/△t，不难求出，所取的时间段不同，其平均值也不同. 0-t1＝t1-t2＝εm，t1-t3＝0-t4＝0，在计算通过某导线载面的电量时要用到交流电平均值.‎ 交流电的有效值是体现电流强弱效果的反映，是根据电流热效应来定义的.正弦交流电的有效值为ε＝.在研究交流电的电功、电热、电功率及伏特表、安培表示数时要用到有效值.‎ 例2 如图3所示，匝数为100、边长为0.2m的正方形线圈，在磁感应强度为2T的匀强磁场中，从中性面开始以10πrad/s的角速度绕OO′轴匀速转动，若线圈自身电阻r＝2Ω，负载电阻R＝6Ω，π2≈10，则开始转动s内 A.R产生的热量为150J B.R产生的热量为120J C.通过R的电量为1C D.通过R的电量为π/4C 解析 (1)求R产生的热量应先求通过R的电流的有效值，εm＝NBωS＝80πV ε＝＝40πV I＝＝5πA Q＝I2Rt＝150J ‎(2)求通过R的电量应先求通过R的电流平均值，＝＝100×＝160V ‎＝＝20A q＝·t＝1C 本题选AC.‎ ‎3.为什么我们关心的是交流电的有效值 交流电有瞬时值、最大值、平均值和有效值之分，在实际应用中，瞬时值、最大值和平均值不适于用来表示交流电通过用电器产生的效果，而有效值是根据电流的热效应来规定的，它可以反映出交流电通过用电器后产生的效果.所以，交流电的有效值是一个重要的参量.‎ 这里特别要注意，交流电的有效值不同于平均值，如矩形线圈从中性面位置转过半周这一过程中，线圈中交流电的平均值为 ‎＝＝＝2BSω/π＝2εm/π.‎ 而有效值可求为ε＝.‎ ‎4.变压器能改变直流电压吗?‎ 大家都熟悉变压器能改变交流电的电压，即认为不能改变直流电的电压，其实这是错误的.‎ 方向不随时间而改变的电流叫直流电，虽然直流电的方向不改变，但大小可以变化，若将这样的电流通过变压器的原线圈，穿过铁芯中的磁通量发生变化，副线圈中同样能产生感应电动势，而且得到的是大小和方向都在变化的感应电动势，产生的电流不再是直流电，而是交流电了.‎ 方向和大小都不随时间变化的电流叫做恒定电流，只有当恒定电流通过变压器的原线圈时，副线圈中才不会引起感应电动势.‎ 参考答案 第四节 变压器 ‎【同步达纲练习】‎ ‎1.CD 2.BC 3.AC 4.D 5.ACD 6.C 7.×R 8.无，A1、A2，V1、V2、V3、A3 9.352，40‎ ‎【素质优化训练】‎ ‎1.C 2.AD 3.A 4.AB 5.AC 6.D 7.30∶1 8.180，3 9.(1)I1＝E/2r,P＝E2/4r (2)U2＝，U1＝E/2‎ 第五节 电能的输出 ‎【同步达纲练习】‎ ‎1.ACDE 2.A、C 3.BCD 4.C 5.AB 6.C 7.k2∶1 8.ρSV3,105.‎ ‎【素质优化训练】‎ ‎1.BD 2.BC 3.B 4.22.4，560 5.(1)5424W (2)250V (3)97% (4)P′出＝276W＜ 比减少一半还要多 6.6.0×1010J 7.1∶50 8.(1)略 (2)50A (3)25∶1 ‎