1、交变电流与远距离输电(分值：100分)1(3分)下列关于变压器的说法正确的是()A变压器工作的基础是自感现象B在原线圈中，电能转化为磁场能C电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起D变压器对恒定电流也能变压B变压器工作的基础是原、副线圈的互相感应，并不是自感现象，在原线圈中电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，变压器只能对变化的电流有变压作用，综上所述，只有B正确。2(3分)小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降低电压后再输送至
2、各用户。设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器总功率的增加将导致()A发电机的输出电流变小B高压输电线路的功率损失变大C升压变压器次级线圈两端的电压变小D降压变压器次级线圈两端的电压变大B随着用电器总功率的增加，负载电流增大，导致线路上损耗加大，降压变压器初级电压减小，其次级电压也随之减小；由于发电机输出电压稳定，所以升压变压器初级电压不变，其次级电压也不变。3(3分)对在电能远距离输送中所造成的电压、功率损失，下列说法中正确的是()A只有输电线的电阻才造成电压损失B只有输电线的电抗才造成电压损失C只有变压器的铜损和铁损才造成了输送中的功率损失D若用高压直流电输送，可以减小因电抗造成的
3、电压、功率损失D远距离高压输电过程中，不仅线路上的电阻会损失电压，电抗也会损失电压，故A、B错误；输电过程中的功率损失是指输电线上的功率损失，故C错误；若用高压直流电输送，则只有电阻的影响，无电抗的影响，故D正确。4(3分)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的波形如图所示，由图可以知道()A0.01 s时刻线圈处于中性面位置B0.01 s时刻穿过线圈的磁通量为零C该交流电流有效值为2 AD该交流电流频率为50 HzB0.01 s时刻电流最大，电动势最大，处于与磁感线平行的位置，故A错误，B正确；Im6.28 A，所以有效值I A4.44 A，故C错误；由题图知T0.04 s，f Hz2
4、5 Hz，故D错误。5(3分)超导是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电。现有一直流电路，输电总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V。若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kW B1.6103 kWC1.6 kW D10 kWA节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率，I A50 A，P线I2R5020.4 W1 000 W，故节约的电功率为1 kW，A正确。6(3分)如图甲所示为理想变压器，原、副线圈的匝数比为32，在原线圈上通入正弦交流电如图乙所示，设电流从原线圈a端流入b端流
5、出时为电流正方向，副线圈中电流由c端流出d端流入时为副线圈中电流正方向，那么副线圈中电流的有效值以及在一个周期内副线圈电流达到正方向最大值对应于乙图中的时刻应是()甲乙A1 A0 B1.5 A0.5102sC1.5 A1102s DA 1102 sC由题图乙知，原线圈中电流有效值I1 A1 A，所以由得副线圈中电流的有效值I21 A1.5 A。副线圈中电流达最大值时，即为铁芯中磁通量变化最快的时刻，对应题图乙所示，it图像斜率最大的时刻，因此，只有t0，t1102 s和t2102 s三个时刻，综上所述正确的选项只可能是C项。7(3分)如图所示，矩形线圈的面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感
6、应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路的电阻为R。在线圈由图示位置转过90的过程中，下列说法中正确的是()A磁通量的变化量NBSB通过电阻R的电荷量qC电阻R上产生的焦耳热QD电阻R上产生的焦耳热QD线圈由图示位置转过90，磁通量变化量BS，故选项A错误；通过电阻R的电荷量q，故选项B错误；感应电动势最大值EmNBS，转动时间t，所以QI2RtRt，故选项C错误，选项D正确。8(3分)如图所示，让矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，使线圈中产生交变电流。线圈ab边长L10.40 m, bc边长L20.25 m，线圈匝数n100匝，线圈总电阻r1.0 ，磁感
7、应强度B1.0 T。线圈两端通过集流环与外电路电阻R3.0 连接，与R并联的交流电压表为理想电表，在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，角速度2.0 rads1。下述结论符合实际的是()A从如图位置开始计时，线圈中感应电动势随时间变化的规律是e20cos 2t (V)B发电机的输出功率50 WC电压表的示数为14.1 VD从t0开始转过T，通过电阻R上的电荷量q2.5102 CA根据公式EmNBS20 V，从平面与磁感线平行开始计时，则eEmcos t20cos 2t(V) ，故选项A正确；根据闭合电路欧姆定律，电路中的电流为： I A A，则电阻R两端的电压为： URIR7.5 V，电阻R消耗
8、的功率为： PI2R37.5 W，故选项B、C错误；根据法拉第电磁感应定律： qttn2.5 C ，故选项D错误。9(6分)如图所示，“”形变压器中有两组线圈AB、CD，它们的匝数之比为n1n221。若在AB两端输入220 V的交变电压，则CD两端的输出电压为_V；若在CD两端输入110 V的交变电压，则AB两端的输出电压为_V。 解析当在AB两端输入交变电压时，线圈n1中的磁通量发生变化，由于左侧铁芯的存在，通过线圈n2的磁通量始终只为线圈n1中的一半，因此这时AB、CD两端电压的关系应为，所以CD两端的输出电压为55 V；同理，当在CD两端输入交变电压时，CD、AB两端电压的关系应为，所以
9、AB两端的输出电压为110 V。答案5511010(10分)发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁感线方向的轴以100 rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时，线圈和外电路的总电阻R10 。(1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？解析(1)感应电动势的最大值为EmnBS20 VIm2 A由于从线圈平面与磁场方向垂直位置开始计时，因此瞬时值用正弦表示，i2sin 100t(A)。(2)线圈从计时开始，转过的过程中，通过某一截面的电荷量应该用平
10、均值来计算qItntBSBScos BS代入电荷量方程得q1102 C。答案(1)i2sin 100t A(2)1102 C11(4分)(多选)如图所示为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电，下列表述正确的是()A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损耗B高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗的C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损耗越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好ABD依据输电原理，电路中的功率损耗P损I2R线，而R线，增大输电导线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减少输电过程中的电能损耗，选项A正确；由P输UI知，在输送功
11、率P输一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流I越小，电路中的功率损耗越小，选项B正确；若输送电压一定，输送功率P输越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，选项C错误；因为输电电压越高，对于安全和技术的要求也越高，因此并不是输送电压越高越好，高压输电必须综合考虑各种因素，选项D正确。12(4分)(多选)如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流，下列说法正确的是()A保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小C
12、保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1增大D保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小BC保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，n2变大，根据U2U1可知，U2变大，则通过R的电流I2变大，R上消耗的功率变大，选项A错误；当S由a切换到b，n2变小，U2变小，故流过R的电流I2减小，选项B正确；当S由b切换到a，n2变大，U2变大，I2变大，P2IR变大，而P1P2，故P1也变大，又P1U1I1，U1不变，故I1变大，选项C正确；P向上滑动，R减小，输出功率P2变大，输入功率P1也变大，故I1增大，选项D错误。13(4分)(多选)某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝
13、数可调的理想降压变压器组成。发电机中矩形线圈所围的面积为S，匝数为N，电阻不计。它可绕水平轴OO在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度匀速转动。矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻。以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是()A若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值最小B发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos tC当用户数目增多时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动D当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压不变BD若发电机线圈某时刻处于图示位置，磁通量变化最快，感应电动势最大，最大值为N
14、BS，变压器原线圈的电流瞬时值最大，发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos t，选项B正确，A错误；当用户数目增多时，总电流增大，输电线上的电势降落得多，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向上滑动才能增大变压器的输出电压，选项C错误；滑动触头P向下或向上移动，变压器原线圈两端的电压都不变，选项D正确。14(4分)(多选)图甲为某水电站的电能输送示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为115，降压变压器的副线圈接有负载R，升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10 ，变压器均为理想变压器，现在a、b两端输入如图乙所示的交流电压，输送功率为33 kW。下列说法正确的是()A输送的交变电流
15、的周期为0.01 sB输电线中电流为150 AC降压变压器原线圈输入电压为3 200 VD输电线上功率损失为1 000 WCD由题图乙所示的正弦式电压图像知周期T2102 s，选项A错误；升压变压器原线圈电压的有效值U1 V220 V，由得升压变压器副线圈的输出电压U2U115220 V3 300 V，输电线中电流为I210 A，选项B错误；输电线电压损失UI2R线100 V，降压变压器原线圈输入电压为UU2U3 200 V，选项C正确；输电线上功率损失为P损IR线1 000 W，选项D正确。15(8分)(2020江苏南通模拟)有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和
16、B，线圈外部还可以绕线。(1)某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值，发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，则可推断_线圈的匝数多。(选填“A”或“B”)(2)如果把它看作理想变压器，现要测量A、B线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一只低压交流电源(输出电压的有效值不变)。现采用如下方法进行测量。请补充实验步骤，完成A、B线圈匝数的测量(需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义)。将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈；将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接；用多用电表的交流电压挡先
17、后测量低压交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U；_；拆除电路并整理器材。A、B线圈的匝数nA和nB的表达式为nA_，nB_。解析(1)根据电阻定律知，导线越长，电阻越大，故B线圈匝数多。(2)结合上下步骤知，为用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1。根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比，有，联立解得A线圈的匝数nA，B线圈的匝数nB。答案(1)B(2)用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U116(10分)如图所示，变压器原线圈输入电压为220 V，副线圈输出电压为36 V，两只灯泡的额定电压均为36 V，L1额定功率为12 W，L2额定功率为6 W。试求：(1)该变压器的原
18、、副线圈的匝数比。(2)两灯均正常工作时原线圈中的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流。解析(1)由变压比公式得：。(2)两灯均正常工作时，由能量守恒得P1P2U1I1I1 A0.082 A只有L1灯工作时，由能量守恒P1U1I1解得I1 A0.055 A。答案(1)559(2)0.082 A0.055 A17(12分)如图甲所示为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的uabt图像如图乙所示。若只在ce间接一个Rce400 的电阻，或只在de间接一个Rde225 的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。甲乙(1)请写出原线圈输入电压
19、的瞬时值uab的表达式；(2)求只在ce间接400 的电阻时，原线圈中的电流I1；(3)求ce和de间线圈的匝数比。解析(1)由题图乙知周期T0.01 s，则200 rad/s故原线圈输入电压的瞬时值表达式为uab400sin 200t(V)。(2)原线圈两端的电压U1200 V由理想变压器的功率关系得P1P2原线圈中的电流I1解得I1 A0.28 A。(3)设ab间线圈的匝数为n1，则同理由题意知解得 代入数据得。答案(1)uab400sin 200t(V)(2)0.28 A(3)18(14分)三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，是中国规模最大的水利工程，水利枢纽控制流域面积为1.
20、0106km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量为Q4.511011m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面。在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量(指26台发电机组同时工作时的总发电功率)为P1.82107kW，年平均发电量约为W8.401010kWh。(水的密度1.0103kg/m3，取重力加速度g10 m/s2)(1)若三峡电站上、下游水位差按h100 m计算，试计算出三峡电站将水流的势能转化为电能的效率。(2)若26台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均每年发电的时间为多少天？(3)将该电站的电能输送到华中地区，输送的电功率为P14.5106kW，采用超高压输电，输电电压为U500 kV，而发电机组输出的电压约为U018 kV，要求输电线上损耗的功率为输送的电功率的5%。求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻。解析(1)电站的能量转化效率为100%67.1%。(2)根据P有t天192.3天。(3)升压变压器原、副线圈的匝数比为n1n29250，输电线中的电流为I A9.0103A输电线上损耗的功率为P损P15%2.25108W由P损I2R得输电线路的总电阻为R2.78 。答案(1)67.1%(2)192.3天(3)92502.78
