2026届高三物理一轮复习练：变压器 远距离输电

2026高三物理一轮复习：变压器 远距离输电 一、基础巩固练 1．如图所示是某智能手表所采用的无线充电方式，其工作原理示意图（可视为理想变压器）如图2所示，在充电器线圈M中接入220 V交流电，在手表线圈N中感应出5 V交流电，已知手表的充电电流为2 A，则手表充电时（ ） A．线圈M中电流为88 A B．线圈N中电压最大值为5 V C．线圈M和线圈N的匝数比为1∶44 D．线圈M和线圈N的功率比为1∶44 2.如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中．甲图中变压器原、副线圈的匝数之比为k1，电压表读数为U；乙图中变压器原、副线圈的匝数之比为k2，电流表读数为I.则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为（ ） A．k1U，k2I B．k1U， C． ，k2I D． ， 3.某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，图中R为输电线的总电阻．若变压器视为理想变压器，所有电表视为理想电表，不考虑变压器的输入电压随负载变化，则当住户使用的用电器增加时，图中各电表的示数变化情况是（ ） A．A1增大，V2不变，V3增大 B．A1增大，V2减小，V3增大 C．A2增大，V2增大，V3减小 D．A2增大，V2不变，V3减小 4．（多选）如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦式交流电，则（ ） A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 5．（多选）特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低．我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术．假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则（ ） A．ΔP′＝ΔP B．ΔP′＝ΔP C．ΔU′＝ΔU D．ΔU′＝ΔU 6.在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究． （1）实验还需下列器材中的________； A．电流表 B．多用电表 C．低压交流电源 （2）实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V时，则所接电源电压挡位可能为________． A．18.0 V B．10.0 V C．5.0 V D．2.5 V 二、能力提升练 7.（2024·浙江1月选考）如图为某燃气灶点火装置的原理图．直流电经转换器输出u＝5sin 100πt的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火．下列正确的是（ ） A．< B．< C．用电压表测原线圈两端电压，示数为5 V D．副线圈输出交流电压的频率是100 Hz 8.一个变压器带有两个副线圈，电路如图．原线圈匝数n1＝1 100匝，输入电压U1＝220 V，一个副线圈匝数n2＝110匝，另一个副线圈电压U3＝36 V，R2＝10 Ω，R3＝72 Ω.下列说法正确的是（ ） A．匝数n3＝120匝 B．电阻R2的电压U2＝22 V C．电阻R2的电流约为I2＝1.56 A D．变压器输入功率为66.4 W 9．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW.降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω.其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器．下列说法正确的是（ ） 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n1∶n2＝1∶44 10．根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位．某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示．已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0.当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P.不计其余电阻，下列说法正确的是（ ） A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P 11．功放内部的变压器一般为环状，简称环牛，如图甲所示．某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系（环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图乙所示）. （1）测量环牛的初级（原）、次级（副）线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈（左侧）上输入有效值为24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈（右侧）上，若理想交流电压表1的示数为3.0 V，理想交流电压表2的示数为12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝______； （2）若在初级线圈（左侧）上接入电压瞬时值u＝220sin （100πt） V 的电压，则连接在次级线圈（右侧）上的理想交流电压表2的示数为________V； （3）由于变压器工作时有能量损失，实验中测得的原、副线圈的电压比________（选填“大于”“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比. （4）导致实验误差的原因可能是________． A．变压器的铁芯漏磁 B．原线圈所加电压小 C．变压器的铁芯产生涡流 三、拓展培优练 12．（多选）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中．理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2.当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I.不计线圈电阻，下列说法正确的是（ ） A．通过电阻R2的电流为 B．电阻R2两端的电压为 C．n0与n1的比值为 D．发电机的功率为 2026高三物理一轮复习：变压器 远距离输电 一、基础巩固练 1．如图所示是某智能手表所采用的无线充电方式，其工作原理示意图（可视为理想变压器）如图2所示，在充电器线圈M中接入220 V交流电，在手表线圈N中感应出5 V交流电，已知手表的充电电流为2 A，则手表充电时（ ） A．线圈M中电流为88 A B．线圈N中电压最大值为5 V C．线圈M和线圈N的匝数比为1∶44 D．线圈M和线圈N的功率比为1∶44 答案：B　解析：根据理想变压器基本规律知线圈M和线圈N的功率比为1∶1，U1I1＝U2I2，可得线圈M中电流为I1＝＝ A＝ A，A、D错误；由正弦式交变电流规律知线圈N中电压最大值为U2m＝U2＝5 V，B正确；线圈M和线圈N的匝数比为＝＝＝，C错误. 2.如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中．甲图中变压器原、副线圈的匝数之比为k1，电压表读数为U；乙图中变压器原、副线圈的匝数之比为k2，电流表读数为I.则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为（ ） A．k1U，k2I B．k1U， C． ，k2I D． ， 答案：B　解析：由理想变压器的工作原理对甲图得 ＝ ＝k1，解得U1＝k1U；对乙图得 ＝ ＝k2，解得I1＝ ，B正确，A、C、D错误. 3.某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，图中R为输电线的总电阻．若变压器视为理想变压器，所有电表视为理想电表，不考虑变压器的输入电压随负载变化，则当住户使用的用电器增加时，图中各电表的示数变化情况是（ ） A．A1增大，V2不变，V3增大 B．A1增大，V2减小，V3增大 C．A2增大，V2增大，V3减小 D．A2增大，V2不变，V3减小 答案：D　解析：不考虑变压器的输入电压随负载变化，即变压器原线圈的输入电压U1不变，根据＝可知，变压器副线圈的输出电压U2即V2示数不变；因为住户的用电器均为并联，所以用电器增加时，用户的总电阻R总＝R＋R用变小，由I2＝可知，副线圈的电流I2即A2示数变大，而由U3＝U2－I2R，可知U3即V3示数减小；由理想变压器的关系U1I1＝U2I2，可知原线圈的电流I1即A1示数变大，故选D. 4．（多选）如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦式交流电，则（ ） A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 答案：BC　解析：保持Q的位置不动，则副线圈两端电压U2不变，P向上滑动，则R增大，副线圈电流I2减小，由P1＝UI1＝U2I2，可知I1减小，电流表读数减小，故A错误，B正确；保持P的位置不动，则R不变，Q向上滑动，n2变大，根据＝得，U2＝U，则U2增大，由I2＝知I2增大，U不变，由UI1＝U2I2知I1增大，电流表读数变大，故C正确，D错误. 5．（多选）特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低．我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术．假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则（ ） A．ΔP′＝ΔP B．ΔP′＝ΔP C．ΔU′＝ΔU D．ΔU′＝ΔU 答案：AD　解析：若采用550 kV的超高压输电，输电线上的功率损耗ΔP＝r，输电线路损失的电压ΔU＝r；若改用1 100 kV的特高压输电，同理有ΔP′＝r，ΔU′＝r，又U′＝2U，可得ΔP′＝ΔP＝ΔP，ΔU′＝ΔU＝ΔU，故B、C项错误，A、D项正确. 6.在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究． （1）实验还需下列器材中的________； A．电流表 B．多用电表 C．低压交流电源 （2）实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V时，则所接电源电压挡位可能为________． A．18.0 V B．10.0 V C．5.0 V D．2.5 V 解析：（1）实验中，变压器的原线圈应接在低压交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用多用电表测交流电压．故选BC. （2）理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为＝；若变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接“0、4”接线柱，则原、副线圈匝数比为＝2，则原线圈两端电压U1＝U2＝10 V；本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5 V，则原线圈电压必须大于10 V，故选A. 答案：（1）BC　（2）A 二、能力提升练 7.（2024·浙江1月选考）如图为某燃气灶点火装置的原理图．直流电经转换器输出u＝5sin 100πt的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火．下列正确的是（ ） A．< B．< C．用电压表测原线圈两端电压，示数为5 V D．副线圈输出交流电压的频率是100 Hz 答案：B　解析：原线圈两端电压的有效值U1＝ V＝ V，根据电压匝数关系有＝，变压器副线圈电压的峰值U2max＝U2，根据题意有U2max>10×103 V，解得>2 000，<，故A错误，B正确；用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则示数为U1＝ V＝ V，故C错误；根据＝2πf＝100π rad/s，解得f＝50 Hz，变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是50 Hz，故D错误. 8.一个变压器带有两个副线圈，电路如图．原线圈匝数n1＝1 100匝，输入电压U1＝220 V，一个副线圈匝数n2＝110匝，另一个副线圈电压U3＝36 V，R2＝10 Ω，R3＝72 Ω.下列说法正确的是（ ） A．匝数n3＝120匝 B．电阻R2的电压U2＝22 V C．电阻R2的电流约为I2＝1.56 A D．变压器输入功率为66.4 W 答案：C　解析：原、副线圈电压与匝数成正比，可得＝，解得n3＝180匝，A错误；由＝可得n2侧副线圈输出电压U2′＝22 V，二极管具有单向导电性，由电流的热效应可得·＋0 ＝·T，解得U2 ＝ 11 V，则流过电阻R2的电流I2 ＝≈1.56 A，B错误，C正确；变压器的输入功率等于输出功率，可得P入＝U2·I2＋＝42.2 W，D错误. 9．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW.降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω.其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器．下列说法正确的是（ ） 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n1∶n2＝1∶44 答案：C　解析：由题知，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW，则有I1＝＝2×103 A，A错误；由题知，用户端电压U4＝220 V，功率P4＝88 kW，则有＝＝，P4＝U4I4，解得I4＝400 A，I3＝8 A，U3＝11 000 V，则输电线上损失的功率为ΔP＝IR＝4 kW，且U2＝U3＋I3R＝11 500 V，再根据＝，解得＝，B、D错误；根据P1＝U2I3＋P5，代入数据得P5＝408 kW，C正确. 10．根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位．某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示．已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0.当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P.不计其余电阻，下列说法正确的是（ ） A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P 答案：A　解析：如图为等效电路图，设降压变压器的原副线圈匝数比为k∶1，则输电线上的电流为I2＝，转子在磁场中转动时产生的电动势为e＝NBSωsin ωt；当转子角速度增加一倍时，升压变压器原副线圈两端电压都增加一倍，输电线上的电流变为I＝2I2，故R0上消耗的电功率变为原来的4倍，故A正确；升压变压器副线圈匝数增加一倍，副线圈两端电压增加一倍，输电线上的电流增加一倍，故R0上消耗的电功率变为原来的4倍，故C错误；若R0阻值增加一倍，输电线路上的电流I″2＝，R0消耗的功率P3＝I″·2R0≠4P，故B错误；若在用户端并联一个完全相同的电阻R，用户端电阻减为原来的一半，输电线上的电流为I‴2＝＝，R0消耗的功率P4＝I‴R0≠6P，故D错误. 11．功放内部的变压器一般为环状，简称环牛，如图甲所示．某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系（环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图乙所示）. （1）测量环牛的初级（原）、次级（副）线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈（左侧）上输入有效值为24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈（右侧）上，若理想交流电压表1的示数为3.0 V，理想交流电压表2的示数为12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝______； （2）若在初级线圈（左侧）上接入电压瞬时值u＝220sin （100πt） V 的电压，则连接在次级线圈（右侧）上的理想交流电压表2的示数为________V； （3）由于变压器工作时有能量损失，实验中测得的原、副线圈的电压比________（选填“大于”“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比. （4）导致实验误差的原因可能是________． A．变压器的铁芯漏磁 B．原线圈所加电压小 C．变压器的铁芯产生涡流 解析：（1）根据理想变压器变压规律得＝，＝ 解得n1＝560，n2＝280. （2）初级线圈所接交流电压的有效值U′1＝＝220 V 根据理想变压器变压规律得＝ 解得U′2＝110 V. （3）由于变压器工作时有能量损失，导致副线圈电压实际值比理论值小，故实验中测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比． （4）变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故A正确；原线圈所加电压小，不会造成副线圈电压实际值比理论值小，故B错误；变压器的铁芯产生涡流，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故C正确．故选AC. 答案：（1）280　（2）110　（3）大于　（4）AC 三、拓展培优练 12．（多选）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中．理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2.当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I.不计线圈电阻，下列说法正确的是（ ） A．通过电阻R2的电流为 B．电阻R2两端的电压为 C．n0与n1的比值为 D．发电机的功率为 答案：BC　解析：由题知理想电流表读数为I，根据欧姆定律有U1＝IR1，根据理想变压器电压与匝数的关系有＝，＝，解得U0＝IR1，U2＝IR1，再由欧姆定律有U2＝I2R2，可得I2＝I，A错误，B正确；矩形线圈产生的交变电动势的最大值为Emax＝NBSω＝2NBL2ω，则U0＝＝NBL2ω，代入U0＝IR1，得＝，C正确；由于变压器为理想变压器，则发电机的功率P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2，由U0的表达式结合＝，＝，得U1＝，U2＝，将I2＝I及U1、U2的表达式代入P0的表达式，得P0＝，D错误. 学科网（北京）股份有限公司 $