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doc 2019-2020年高中物理阶段验收评估四远距离输电鲁科版 一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求,全都选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 1.关于电能输送的分析,下列说法正确的是(  ) A.由公式P=知,输电电压越高,输电线上功率损失越大 B.由公式P=知,输电导线电阻越大,输电线上功率损失越少 C.由公式P=I2R知,输电电流越大,输电线上功率损失越大 D.由公式P=UI知,输电线上的功率损失与电流成正比 解析:选C 输电线上损失的功率P损=I2R线=,公式中的U损指输电线上(即电阻R线)的分压,而不是输电电压,A、B两项错;公式P=UI是电源提供的总电功率,而不是输电线上损失的电功率,D项错。 2.理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=10∶1,原线圈两端接通交流电源,则下列判断错误的是(  ) A.原、副线圈中电流频率之比f1∶f2=10∶1 B.原、副线圈两端电压之比为U1∶U2=10∶1 C.原、副线圈内交变电流之比I1∶I2=1∶10 D.变压器输入和输出的功率之比P1∶P2=1∶1 解析:选A 根据变压器的电压比=和电流比=可知选项B、C是正确的。对于理想变压器,输入与输出的功率应相等,即P1=P2,所以选项D是正确的。变压器不改变电流频率,A错误。 3.如图1所示为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管。视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变。调节触头P,使输出电压有效值由220 V降至110 V,调节前后(  ) 图1 A.副线圈中的电流比为1∶2 B.副线圈输出功率比为2∶1 C.副线圈的接入匝数比为2∶1 D.原线圈输入功率比为1∶2 解析:选C 设原线圈输入电压为U1,原线圈的匝数为n1,副线圈输出电压为U2,副线圈的匝数为n2,则=,当副线圈的输出电压降为原来的一半时,副线圈的匝数减为原来的,C项正确;由I2=,可知副线圈的电流减为原来的一半,A项错误;由P=,可知副线圈输出的功率减为原来的,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,因此原线圈的输入功率也减为原来的,B、D项错误。 4.如图2所示,匝数为100匝的矩形线圈abcd处于磁感应强度B= T的水平匀强磁场中,线圈面积S=0.5 m2,内阻不计。线圈绕垂直于磁场的轴以角速度ω=10π rad/s匀速转动。线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连,变压器的副线圈接入一只“12 V,12 W”灯泡,灯泡正常发光,下列说法中正确的是(  ) 图2 A.通过灯泡的交变电流的频率是50 Hz B.变压器原、副线圈匝数之比为10∶1 C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 V D.若将灯泡更换为“12 V,24 W”且保证其正常发光,需要增大矩形线圈的转速 解析:选B 由ω=2πf可得通过灯泡的交变电流的频率是5 Hz,选项A错误;矩形线圈在水平匀强磁场中转动产生感应电动势最大值为NBSω=100××0.5×10π V=120 V,变压器输入电压为120 V,由变压器变压公式可知,变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,选项B正确,C错误;若将灯泡更换为“12 V, 24 W”且保证其正常发光,不需要增大矩形线圈的转速,选项D错误。 5.如图3所示,T为理想变压器,副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不可忽略,其余输电线电阻可不计,则当开关S闭合时(  ) 图3 A.交流电压表V2和V3的示数一定都变小 B.交流电压表V3的示数变小 C.交流电流表A1、A2和A3的示数一定变大 D.只有A1的示数变大 解析:选B 在理想变压器中,因为U不变,故V2示数不变;闭合S时,负载电阻变小,副线圈中电流I2增大,A2示数增大,由P入=P出,即I1U1=I2U2可知A1示数增大,因为ab和cd导线的电阻不可忽略,V3测R2两端电压,故V3示数变小。R1两端电压减小,故流过R1处的电流I3变小,A3示数变小,故B正确。 6.图4甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2, 为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是(  ) 图4 A.电压表的示数等于5 V B.电压表的示数等于 V C. 实现点火的条件是>1 000 D.实现点火的条件是<1 000 解析:选BC 交流电压表测的是交流电的有效值,对正弦交流电,其电压有效值U=,所以B正确A错误;根据题意,副线圈电压峰值大于5 000 V时就可以点燃气体,对理想变压器=>=1 000,C正确D错误。 7.图5为模拟远距离输电实验电路图,两理想变压器的匝数n1=n4<n2=n3,四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R,A1、A2为相同的理想交流电流表,L1、L2为相同的小灯泡,灯丝电阻RL>2R,忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时(  ) 图5 A.A1、A2两表的示数相同 B.L1、L2两灯泡的亮度相同 C.R1消耗的功率小于R3消耗的功率 D.R2两端的电压小于R4两端的电压 解析:选CD 远距离输电过程中,应用高压输电能够减小输电线上的功率损失,R1上消耗的功率小于R3上消耗的功率,C项正确;而比较两个不同输电回路,输电线电阻相同,由P损=I2·2R可知,A1示数小于A2示数,A项错;根据欧姆定律可知,R2两端电压小于R4两端电压,D项正确;由于输电线上损失电压不同,故两灯泡两端电压不同,故亮度不同,B项错。 8.某同学设计的家庭电路保护装置如图6所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有(  ) 图6 A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零 B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变 C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起 D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起 解析:选ABD 当家庭电路正常工作时,火线和零线中的电流大小始终相等,方向始终相反,由于采用双线绕成,当电路正常工作时,火线和零线在铁芯内部产生的磁场大小相等,方向相反,所以内部的磁通量为零,A正确;当电路中的电器增多时,火线和零线中的电流都增大了,但大小始终相等,方向始终相反,铁芯内部的磁通量还是零,即L2中的磁通量不变,B正确;当电路发生短路时,电流不经用电器,火线和零线中电流很大,但大小始终相等,方向始终相反,铁芯内部的磁通量还是零,L2不产生感应电流,开关K不会被电磁铁吸起,C错误;当地面上的人接触火线发生触电时,电流经人体流向地面,不经过零线,所以火线和零线中的电流大小不等,在铁芯内产生的磁通量不为零,L2中产生感应电流,开关K被电磁铁吸起,D正确。 二、计算题(共3小题,共52分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位) 9.(16分)如图7所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上,向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电,使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,使副线圈电路中电流超过12 mA时,熔丝就熔断。 图7 (1)熔丝的熔断电流是多大? (2)当副线圈电路中电流为10 mA时,变压器的输入功率是多大? 解析:(1)根据理想变压器的特点,有I1U1=I2U2。当I2=12 mA时,I1即为熔断电流,代入数据得I1≈0.98 A。 (2)设副线圈中电流为I2′=10 mA,变压器的输入功率为P1,则有P1=I2′U2。代入数据得P1=180 W。 答案:见解析 10.(18分)如图8所示,理想降压变压器的变压系数是3,即初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比是3∶1,初级线圈的输入电压是660 V。用这台变压器给100个标有“220 V 60 W”的灯泡供电,假设灯泡电阻恒定,变压器到灯泡间的输电线总电阻约0.2 Ω。(计算结果保留两位小数)求: 图8 (1)空载时次级线圈的端电压和输出功率; (2)接通时灯泡两端的电压; (3)每个灯泡的实际功率。 解析:(1)设空载时次级线圈的输出电压为U2,由=得U2=U1=220 V。 因为空载,次级线圈的负载电阻R2→∞,次级线圈中的电流为零,所以I2=0,P=I2U2=0。 (2)接通电路后,100个灯泡并联的总电阻为R外==≈8.067 Ω, 次级线圈中的电流I2== A 灯泡两端的电压U2′=I2R外≈214.68 V。 (3)每个灯泡的实际功率P=U2′= W=57.13 W。 答案:(1)220 V 0  (2)214.68 V  (3)57.13 W 11.(18分)如图9所示是交流发电机模型示意图,n=100匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B= T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.48 m2。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω=100π rad/s匀速转动,并与理想升压变压器相连,升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5,理想降压变压器副线圈接入一只“12 V 30 Ω”的灯泡,且灯泡正常发光,线框、输电线路的电阻都不计。 图9 (1)将图示时刻记为t=0,指出此刻线圈中的电流方向,并写出该正弦交流电的瞬时表 达式; (2)求降压变压器的原、副线圈匝数比; (3)求灯泡正常发光时,电流表的读数。 解析:(1)利用右手定则判断得到,电流方向为DCBAD。该正弦交流电的瞬时表达式为e=nBSωsin(ωt+φ0),代入相关数据得e=480sin(100πt+) V。 (2)发电机的电动势有效值是480 V,升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5 由=,得升压变压器副线圈的电压U2=1 200 V 由于灯泡正常发光,则通过降压变压器电压降为12 V= 线路电阻不计,U2=U3 得=。 (3)灯泡正常发光时,P=4.8 W 利用理想变压器功率不变原理得发电机输出功率P=4.8 W P=U1I1,解得电流表的读数,I1=0.01 A。 答案:(1)电流方向为DCBAD  e=480sin V (2)100∶1 (3)0.01 A