高考母题题源物理系列解析版专题变压器 远距离输电.docx

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高考母题题源物理系列解析版专题变压器远距离输电

变压器远距离输电

一、母题呈现

【母题来源一】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）

【母题原题】采用220kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的

，输电电压应变为（）

A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV

【答案】C

点睛：

本意以远距离输电为背景考查输电线路的电能损失，解题时要根据输送电功率不变，利用输电线路损失的功率P损=I2R解题。

【母题来源二】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）

【母题原题】教学用发电机能够产生正弦式交变电流。

利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。

若发电机线圈的转速变为原来的

，则

A.R消耗的功率变为

B.电压表V的读数为

C.电流表A的读数变为2I

D.通过R的交变电流频率不变

【答案】B

【解析】试题分析：

根据公式

分析电动机产生的交流电的最大值以及有效值、频率的变化情况；根据

判断原副线圈中电流电压的变化情况，根据副线圈中功率的变化判断原线圈中功率的变化；

为原来的

，C错误；转速减小为原来的

，则频率变为原来的

，D错误．

【点睛】本题考查了交流电最大值，有效值，频率，变压器等；需要知道交流电路中电表的示数为有效值，在理想变压器中，恒有

，副线圈消耗的功率决定了原线圈的输入功率．

二、母题揭秘

【命题意图】考查变压器的工作原理、欧姆定律、闭合电路欧姆定律和电功率等知识，意在考查考生的理解能力和综合分析能力。

【考试方向】对理想变压器的动态分析的考查：

一是负载不变，通过匝数变化求解原副线圈的各参量；二是匝数不变，负载变化，讨论各量的变化。

【得分要点】1、电压器的几个常用关系：

（1）电压关系：

或者

或者

（多个副线圈时），即原副线圈两端电压之比等于线圈的匝数之比。

（2）电流关系：

根据P入=P出可求出，

或者n1I1=n2I2或者n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+n5I5+…（有多个副线圈时）。

（3）功率关系：

P入＝P出，即I1U1＝I2U2（一个副线圈）或者I1U1＝I2U2+I3U3+I4U4+…（多个副线圈）。

（4）各物理量之间的制约关系：

输入电压U1决定输出电压U2；输出功率P出决定输入功率P入；输出电流I2决定输入电流I1。

对于动态变化问题，求解思路是：

通过某一电阻变化判断整体电阻变化，据闭合电路欧姆定律判断干路电流变化；再抓住“原线圈电压决定副线圈电压、副线圈电路决定原线圈电流、副线圈输出功率决定输入功率”这个结论。

2、解远距离输电问题必备技巧

（1）正确画出输电过程示意图，并在图上标出各物理量．

（2）抓住变压器变压前、后各量间关系，求出输电线上的电流．

（3）计算电路功率问题时常用关系式：

，注意输电线上的功率损失和电压损失．

（4）电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定．

三、母题精选

【母题1】如图所示，10匝矩形线圈，在磁感应强度为0.4T的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴

以角速度为100rad/s匀速转动，线框电阻不计，面积为0.5m2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两只灯泡L1和L2．已知变压器原、副线圈的匝数比为10：

1，开关断开时L1正常发光，且电流表示数为0.01A，则（　　）

A.若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为200sin100tV

B.若开关S闭合，电流表示数将增大

C.若开关S闭合，灯泡L1将更亮

D.灯泡L1的额定功率为2W

【答案】B

定功率等于此时变压器的输入功率，为：

P=U1I1=100

×0.1=10

W，故D错误；故选B。

点睛：

本题关键是记住交流发电机最大电动势表达式Um=NBSω，同时要明确输入电压决定输出电压，输出电流决定输入电流，输出功率决定输入功率．

【母题2】如图所示的理想变压器，两个副线圈匝数分别为n1和n2，当把电热器接在ab，使cd空载时，电流表示数为I1，当把同一电热器接在cd，而使ab空载时，电流表的示数为I2，则I1：

I2等于

A.

B.

C.

D.

【答案】B

【点睛】根据理想变压器原副线圈匝数比与电压、电流比之间的关系即可求解，理想变压器的输入功率与输出功率相等。

【母题3】如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度

从中性面开始匀速转动，下列说法正确的是

A.转过

时，线框中的电流方向为abcda

B.线框中感应电流的有效值为

C.线框转一周的过程中，产生的热量为

D.从中性面开始转过

的过程中，通过导线横截面积的电荷量为

【答案】B

【解析】A、转过

时，线框中的电流方向为顺时针方向，故A错误；

B、线圈转动过程中产生电动势的有效值为

，所以电流的有效值为

，故B正确；

C、产生的热量

，故C错误；

D、从中性面开始转过

的过程中，通过导线横截面积的电荷量为

，故D错误；

故选B

点睛：

知道交流电的有效值与最大值之间的关系

，并会利用

求通过某个截面的电荷量。

【母题4】如图甲所示的电路中，变压器原、副线圈匝数比为3∶1，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图象，L1，L2、L3、L4为四只规格均为“9V　6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，开关K闭合。

以下说法正确的是

A.电流表的示数为2A

B.ab输入端输入功率Pab＝18W

C.ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝27

sin100πt（V）

D.四只灯泡中除L1外，其余均能正常发光

【答案】A

【点睛】闭合电路动态分析中，电源部分是由变压器提供，其它仍用闭合电路殴姆定律．当断开开关S时，导致总电阻发生变化，而电压不变，则可判断出电路中的电流及电压如何变化．同时当电路中有变压器时，只要将变压器的有效值求出，则就相当于一个新的恒定电源，其值就是刚才的有效值．

【母题5】一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，电阻R1和R2的阻值分别为3Ω和1Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端输入的电流如图乙所示，下列说法正确的是（）

A.电流表的示数为

AB.电压表的示数为

V

C.0～0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为0.24JD.0.03s时，通过电阻R1的电流为

A

【答案】C

点睛：

有效值的是按照电流的热效应定义的，即让交流电流和直流电流流过相同的电阻，在相同的时间内产生的热量相同，则交流的电压或电流有效值等于直流的电压或电流值；

【母题6】如图所示额定电压为220V的用户供电的远距离输电的示意图，已知输入原线圈

两端的电压

=500V，发电机的输出功事为P=50kW，输电线的电阻R=3Ω，如果输电线上损失的功率为输送功率的0.6%.如果图中的开压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。

则下列正确的是

A.

=25：

1

B.

=1：

10

C.流过输电线的电流强度大小为100A

D.降压变压器原线圈两端的为4700V

【答案】B

【解析】导线上的电流

，升压变压器次级电压

，则

，选项B正确，C错误；降压变压器的初级电压：

，则

，选项AD错误；故选B.

点睛：

解决本题的关键知道变压器输入电压和输出电压比等于匝数之比，知道升压变压器的输出电压与降压变压器的输入电压的关系即功率的关系．

【母题7】（多选）如图所示的理想变压器，左端输入有效值不变的正弦交流电u，电压表和电流表都是理想电表，忽略小灯泡电阻的变化，则开关S闭合后与闭合前相比较，下列说法正确的是（）

A.L1变亮

B.L2变亮

C.电流表A的示数变小

D.电压表V的示数变小

【答案】AD

可知

增大，

也增大，即电流表

的示数变大，C错误。

考点：

变压器的构造和原理

【名师点睛】本题主要考查理想变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解．结合电路动态分析进行分析即可。

【母题8】（多选）如图所示，为远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器T1的原、副线圈的匝数比为k1。

降压变压器T2的原、副线圈匝数比为k2。

升压变压器原线圈两端接入一电压

的交流电源，用电设备的总电阻为R（可视为纯电阻），输电线总电阻为2r，若用户消耗的功率为P。

不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电压△U和用户获得的电压U分别为

A.

B.

C.

D.

【答案】AD

故选AD

【母题9】如图所示，一小型发电机内有

匝矩形线圈，线圈面积

，线圈电阻可忽略不计．在外力作用下矩形线圈在

匀强磁场中，以恒定的角速度

绕垂直于磁场方向的固定轴

匀速转动，发电机线圈两端与

的电阻构成闭合回路．求：

（

）线圈转动时产生感应电动势的最大值．

（

）从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过

角的过程中通过电阻

横截面的电荷量．

（

）线圈匀速转动

，电流通过电阻

产生的焦耳热．

【答案】（

）

；（

）

；（

）

【解析】【分析】根据公式

求解电动势的最大值；根据推论公式

求解电量；根据公式

求解焦耳热。

解：

（1）当线圈与磁感线平行时，线圈中感应电动势的最大值

则为

【母题10】三峡水电站是我国最大的水力发电站，平均水位落差约100m，水的流量约1.35×104m3/s。

船只通航需要约3500m3/s的流量，其余流量全部用来发电。

水流冲击水轮机发电时，水流减少的势能有20%转化为电能。

（1）按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多大；

（2）本市现行阶梯电价每户每月1挡用电量最高为240kW·h，如果按照本市现行阶梯电价1挡最高用电量计算，三峡电站可以满足多少户家庭生活用电；

（3）把抽水蓄能电站产生的电能输送到北京城区。

已知输电功率为P，输电线路的总阻值为R，要使输电线路上损耗的功率小于ΔP。

a．求输电电压的最小值U；

b．在输电功率一定时，请提出两种减少输电过程中功率损耗的方法。

【答案】

（1）

kW

（2）

户（3）a．

b．①提高输电电压②增大导线横截面积，减小电阻