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2025人教版新教材物理高考第一轮
第 2 讲理想变压器 电能的输送 实验 : 探究
变压器原、副线圈电压与匝数的关系
基础对点练
题组一 理想变压器原理及其应用
1.(2024 天津模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为 4∶1,原线圈两端接
u=220√2sin 100πt V的交流电源,副线圈两端接R=55 Ω的负载电阻,电表均为理想交流电
表。则下列说法正确的是( )
A.副线圈中输出交变电流的频率为12.5 Hz
B.副线圈中电压表的示数为55√2 V
C.变压器的输入功率为55 W
D.原线圈中的电流表A的示数为0.25√2 A
2.(2023北京卷)自制一个原、副线圈匝数分别为600和190的变压器,原线圈接12 V的正
弦交流电源,副线圈接额定电压为 3.8 V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为 2.5 V。
下列措施有可能使小灯泡正常发光的是( )
A.仅增加原线圈匝数
B.仅增加副线圈匝数
C.将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
D.将两个3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
题组二 电能的输送
3.(多选)白鹤滩水电站采用的是特高压远距离输电方式。若保持输送电能总功率、输电
距离不变的情况下,从原来的110 kV高压输电升级为1 100 kV的特高压输电,下列说法正
确的是( )
A.若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的10倍
1
B.若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的
101
C.若输电线不变,则输电线上损失的功率变为原来的
10
1
D.若更换直径为原来输电线直径 的同种材料制成的输电线,则输电线上损失的功率不
10
变
4.(2023广东一模)特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分)如图所示,则以
下说法正确的是( )
A.题中描述的“特高压直流输电”,说明变压器可以直接对直流电进行变压作用
B.变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高
1
C.在输电功率一定的条件下,输电电压提高10倍,线路损耗功率将降低为原来的
100
D.图中用户接入电路的用电器越多,流过n 的电流越大,由匝数比等于电流的反比可知,流
4
过电阻r的电流变小
题组三 实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
5.(2023广东广州模拟)教学用的可拆变压器如图甲所示,A、B线圈均由材料和直径相同
的导线绕制而成。
甲
乙
(1)某同学用多用电表欧姆挡分别测量A、B线圈的电阻,发现A线圈电阻约为B线圈电
阻的2倍,则可推断 (选填“A”或“B”)线圈的匝数多;
(2)为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系,在图乙中该同学把线圈A与学生电源连接,
另一个线圈B与小灯泡连接。其中线圈A应连到学生电源的 (选填“直流”
或“交流”)输出端上;
(3)将与小灯泡相连的线圈 B 拆掉部分匝数,其余装置不变,继续实验,则小灯泡
(选填“变亮”或“变暗”);
(4)某次实验时,变压器原、副线圈的匝数分别为 220和110,学生电源输出端电压的有效值为6 V,则小灯泡两端电压的有效值可能是 。
A.12 V B.6 V
C.3.6 V D.2.8 V
综合提升练
6.(2023 山东卷)某节能储能输电网络如图所示,发电机的输出电压 U =250 V,输出功率
1
P=500 kW。降压变压器的匝数比n ∶n =50∶1,输电线总电阻R=62.5 Ω,其余线路电阻不
3 4
计,用户端电压U =220 V,功率P =88 kW,所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的
4 4
是( )
A.发电机的输出电流为368 A
B.输电线上损失的功率为4.8 kW
C.输送给储能站的功率为408 kW
D.升压变压器的匝数比n ∶n =1∶44
1 2
7.(多选)(2023山东淄博二模)高考期间,为保障考场用电,供电部门为学校配备应急供电系
√2
统,输电电路如图所示,发电机的矩形线框 ABCD处于磁感应强度大小为 B= T的水
10π
平匀强磁场中,线框面积S=0.25 m2,匝数n=100,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'匀
速转动,其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连,图中电压表示数为 250 V,降压变
压器原、副线圈的匝数之比为5∶1,降压变压器的副线圈接入考场供电,两变压器间的输
电线等效电阻R=20 Ω,变压器均为理想变压器。学校有 44个考场用电,用电设备额定工
作电压均为U=220 V,每个考场的正常用电功率P=500 W。当44个考场正常用电,下列说
法正确的是( )
A.线框绕轴OO'的转速为3 000 r/min
B.输电线上损失的电压为400 V
C.升压变压器原、副线圈匝数之比为1∶8D.发电机的输出功率为28 kW
8.为了激发同学们的学习兴趣和探究精神,某学校建有节能环保风力发电演示系统,该系
统由风力发电机、升压变压器和用户三部分构成,简易示意图如图所示。t=0时刻,发电机
线圈所在平面与磁场方向垂直,风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈以每秒 50转
0.01
的转速转动,已知发电机线圈面积S= m2,匝数为N=100,内阻不计;匀强磁场的磁感
π
√2
应强度为B= T。变压器部分,理想变压器原、副线圈的匝数比为n ∶n =1∶4。在用
1 2
10
户部分电路中电表均为理想电表,定值电阻R =R =4 Ω,D为理想二极管(该二极管的正向
1 2
电阻为零,反向电阻为无穷大),则( )
A.发电机产生的瞬时电动势e=10√2sin 50πt V
B.电压表的示数为40√2 V
C.电流表的示数为5√2 A
D.原线圈的输入功率为800 W
9.(多选)(2022福建卷)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电,图中交流电源电压为6
V,定值电阻R =R =20 Ω,小灯泡L 、L 的规格均为“6 V 1.8 W”,理想变压器T 、T 原副
1 2 1 2 1 2
线圈的匝数比分别为 1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ,两电路都稳定工作时,(
)
A.L 与L 一样亮
1 2
B.L 比L 更亮
2 1
C.R 上消耗的功率比R 的大
1 2
D.R 上消耗的功率比R 的小
1 2参考答案
第2讲 理想变压器 电能的输送 实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
ω 100π
1.C 解析 副线圈中输出交变电流的频率应与原线圈相同,则有 f= = Hz=50
2π 2π
220√2
Hz,A错误;原线圈输入电压的有效值为U = V=220 V,副线圈中电压表的示数应为
1
√2
有效值,则有U =n U =55 V,B错误;变压器的输入功率等于输出功率,则有P =P =U 2
2 2 1 入 出 2
n R
1
55
=55 W,C正确;由P =U I 可得原线圈中的电流表A的示数为I = A=0.25 A,D错误。
入 1 1 1
220
2.B 解析 由n U 知,仅增加原线圈匝数,副线圈的输出电压U 减小,不能使小灯泡正常
1= 1 2
n U
2 2
发光,A错误;由n U 知,仅增加副线圈匝数,副线圈的输出电压U 增大,有可能使小灯泡
1= 1 2
n U
2 2
正常发光,B正确;由n U 知,将原、副线圈匝数都增为原来的两倍,但由于原线圈的电压
1= 1
n U
2 2
不变,则副线圈的输出电压U 不变,不能使小灯泡正常发光,C错误;将两个3.8 V小灯泡并
2
联,但由于原线圈的电压不变,则副线圈的输出电压 U 不变,不能使小灯泡正常发光,D错
2
误。
3.BD 解析 保持输送电能总功率 P=UI 不变,则升压变压器的原线圈的电流 I 变为原来
1 1
1 1
的 ,由I n =I n 得,输电线中的电流 I 变为原来的 ,A错误,B正确;输电线上损失的功
1 1 2 2 2
10 10
1 1
率为P =I 2R ,I 变为原来的 ,则损失的功率变为原来的 ,C错误;输电线材料不变
损 2 线 2 10 100
1 L
直径变为原来的 ,由R=ρ 得,电阻变为原来的100倍,保持输送电能总功率、输电距离
10 S
1
不变的情况下,而I 变为原来的 ,故输电线上损失的功率P =I 2R 不变,D正确。
2 10 损 2 线4.C 解析 根据变压器工作原理可知,变压器不可以直接对直流电进行变压作用,A错误;
变压器在升压过程中频率保持不变,B错误;根据P 送 =UI,P 损 =I2r,联立可得P 损 =(P 送 ) 2 r,在
U
1
输电功率一定条件下,输电电压提高10倍,线路损耗功率将降低为原来的 ,C正确;图中
100
用户接入电路的用电器越多,流过n 的电流越大,根据I n ,可知随着I 增大,流过电阻r
4 3= 4 4
I n
4 3
的电流I 变大,D错误。
3
5.答案 (1)A (2)交流 (3)变暗 (4)D
解析 (1)根据电阻定律可知,相同材质、相同截面积条件下导线越长,电阻越大,故A线圈
的匝数多;
(2)变压器只能改变交流电压,线圈A应连到学生电源的交流输出端上;
(3)线圈B拆掉部分匝数,则n 减小,因此变压器副线圈电压 U 减小,小灯泡的功率为P=
2 2
U 2,可知小灯泡功率降低,亮度变暗;
2
R
(4)理想变压器U n ,可得U =n U =3 V,实验过程中由于存在漏磁、铁芯发热、导线
1= 1 2 2 1
U n n
2 2 1
发热等情况,副线圈的实际电压应小于理想变压器副线圈电压的理论值,应小于3 V,可能
为2.8 V,故选D。
6.C 解析 因为发电机的输出电压U =250 V,输出功率P=500 kW,发电机的输出电流为
1
I = P =2×103 A,选项A错误。用户端电流 I =P =400 A,根据n I ,I =8 A,解得P =
1 4 4 3= 4 3 线
U U n I
1 4 4 3
R=4 kW,选项B错误。输送给储能站的功率为P =(500-88-4) kW=408 kW,选项C正
I 2 储
3
确。n U ,解得U =11 000 V,U =U +I R=11 500 V,n U 1 ,选项D错误。
3= 3 3 2 3 3 1= 1=
n U n U 46
4 4 2 27.AB 解析 根据题意可知,线圈转动产生感应电动势的最大值为 E =√2U =nBSω,又有
m V
P 25
ω=2πn ,解得n =3 000 r/min,A正确;根据题意可知,每个考场用电的电流为I = =
转 转 0
U 11
A,流过降压变压器副线圈的电流为 I =44I =100 A,由电流与线圈匝数关系有I 1,解得
4 0 3=
I 5
4
输电线上的电流为 I =20 A,输电线上损失的电压为 ΔU=I R=400 V,B正确;根据题意,由
3 3
U 5
电压与线圈匝数关系有 3= ,可得降压变压器原线圈输入电压为U =1 100 V,则升压变
U 1 3
压器副线圈的输出电压为 U =U +ΔU=1 500 V,升压变压器原、副线圈匝数之比为
2 3
n ∶n =U ∶U =1∶6,C错误;由电流与线圈匝数的关系有I 6,其中I =I =20 A,解得升
1 2 V 2 1= 2 3
I 1
2
压变压器原线圈输入电流为I =120 A,发电机的输出功率为P =I U =30 kW,D错误。
1 入 1 V
8.C 解析 发电机产生的最大电动势有E =NBSω=NBS2πn=10√2 V,因为t=0时刻,发电
m
机线圈所在平面与磁场方向垂直,所以其瞬时电动势为 e=E sin ωt=E sin 2πnt=10√2sin
m m
10√2
100πt V,A错误;因为发电机线圈无内阻,所以原线圈两端的电压为u = V=10 V,因
1
√2
为变压器为理想变压器,所以副线圈两端的电压为u =n u =4×10 V=40 V,又因为电压表
2 2 1
n 1
1
的示数为有效值,所以电压表的示数为40 V,B错误;因为二极管为理想二极管,电流表的
u 2
示数也为有效值,所以有 ( √ 2 2 m) R 2 T =I2R 2 T,解得I=5 √2 A,C正确;电阻R 1 的功率为P 1 = u 2 2
2 R
R 1
2
=400 W,电阻R 的功率为P =I2R =200 W,副线圈功率为P =P +P =600 W,因为是理想
2 2 2 副 1 2
变压器,所以P =P =600 W,D错误。
原 副
9.BC 解析 若开关接cd端,设电源电压为U ,理想变压器T 、T 的匝数比为n n =k,用
0 1 2 2= 3
n n
1 4
户电阻为R ,输电线电阻为R ,由变压器工作原理和欧姆定律,升压变压器次级电压
负载 导线U =kU ,降压变压器初级电压 U =U -I R ,降压变压器次级电压 U =U 、I = U I
2 0 3 2 2 导线 4 3 4 4 、 4
k R I
负载 3
=k、I =I ,可得输电功率为P =U I =
k2U 2
,输电线上损耗的电功率为P = R
3 2 输 2 2 0 导线 I 2 导
R +k2R 2
导线 负载
=
k2U 2
R ,用户得到的电功率为P =
k2U 2
·k2R ,若开关接ab
线 0 导线 负载 0 负载
(R +k2R )2 (R +k2R )2
导线 负载 导线 负载
端,则负载得到的功率 P '= U 2 ·R ,输电线上损耗的电功率为 P '=
负载 0 负载 导线
(R +R )2
导线 负载
U 2 R ,将R =R =R =20 Ω,R = 62 Ω=20 Ω,k=3代入可得P >P ',
0 导线 导线 1 2 负载 负载 负载
(R +R )2 1.8
导线 负载
即L 比L 更亮;P
