3.4远距离输电 课后作业(Word版含解析)

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名称 3.4远距离输电 课后作业(Word版含解析)
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资源类型 教案
版本资源 粤教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-08-22 16:45:00

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文档简介

2021-2022学年粤教版(2019)选择性必修第二册
3.4远距离输电
课后作业(解析版)
1.如图所示为某小区通过理想变压器给居民供电的电路示意图。变压器的输入电压为10kV,负载变化时输入电压保持不变。从变压器到居民家中的两条输电线的总电阻用R0表示,其阻值保持不变,居民家庭用电器的额定电压均为220V。下列说法正确的是(  )
A.当变压器的原、副线圈的匝数比为500:11时,可使家庭用电器正常工作
B.当居民使用的用电器增多时,交流电压表的示数变大
C.当居民使用的用电器减少时,交流电压表的示数变化量与电流表的示数变化量的比值的绝对值不变
D.当居民便用的用电器减少时,交流电压表的示数变化量与电流表的示数变化量的比值的绝对值变大
2.当交变电流通过导体时,交变的磁场会在导体内部引起涡流,使电流在导体横截面上的分布不再均匀,电流将主要地集中到导体表面,这种效应称为趋肤效应。交变电流的频率越高,趋肤效应越明显。下列说法正确的是(  )
A.趋肤效应是一种静电感应现象
B.趋肤效应使得导体的有效电阻减小
C.在远距离输电中,可提高交变电流频率以减小输电线上的损失
D.在高频电路中,可用空心铜导线代替实心铜导线以节约线路成本
3.下列说法不正确的是(  )
A.镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压,点燃后起降压限流作用
B.在交流电输送环节中,造成电压损失的原因除了电阻以外,还有电感和电容
C.为降低涡流造成的损耗,变压器的铁芯做成片状
D.电容器对交流电有阻碍作用,电容越大,交流电的频率越高,对交流电的阻碍越大
4.如图所示为远距离输电的原理图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压恒定、输电线上的电阻不变。若在傍晚用电的高峰期,则可以判定(  )
A.发电厂的输出功率不变
B.输电线上的损失功率增大
C.输电线路上损耗的电压减小
D.用户获得的电压增大
5.相比于4G网络技术,供电问题是困扰5G网络技术发展的难题之一,一个100kV变电站给某4G基站供电,线路电阻为90Ω,现要将该基站改造为5G基站;如图所示。5G基站功耗为4kW,要求线路损耗为总功耗的20%,在只更换变压器(均为理想变压器)的前提下,高压变压器的原、副线圈匝数比应变为(  )
(  )
A.100∶3
B.200∶3
C.250∶3
D.400∶3
6.在输电功率和输电线电阻不变的前提下,改变输电电压就能改变输电导线上的发热功率,若输电导线上的发热功率变为原来的,则(  )
A.输电电压为原来的
B.输电电压为原来的3倍
C.输电电压为原来的倍
D.输电电压为原来的9倍
7.如图甲所示,一理想变压器一端接入交流发电机,其中矩形线框在足够大的匀强磁场中绕轴做匀速圆周运动,匝数为5匝,穿过线圈平面的磁通量随时间变化的图像如图乙所示,线框的电阻不计,理想变压器的另一端接有灯泡、与二极管,灯泡上均标有“2.5V
1A”的字样,开关S断开时,灯泡正常发光,A为理想电流表,则下列说法正确的是(  )
A.从图示位置开始计时,线框内产生的交变电压的瞬时值为
B.理想变压器原、副线圈的匝数比为2:1
C.开关闭合时,发电机的输出功率变为原来的倍
D.开关闭合时,电流表的示数是
8.如图为发电厂向远处用户的输电电路示意图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。若输送功率增大,下列说法中正确的有(  )
A.升压变压器的输出电压增大
B.降压变压器的输出电压增大
C.输电线上损耗的功率占总功率的比例减小
D.输电线上损耗的功率增大
9.如图所示为远距离输电的示意图,已知交流电源电压为U,升压变压器的原副线圈匝数比为1:m,降压变压器的原副线圈匝数比为n:1,负载R正常工作。现输电距离增大,输电线电阻随之增大,若要保证负载仍能正常工作,只改变选项中的一个量,下列做法可行的是(  )
A.增大m
B.减小m
C.减小n
D.减小U
10.2019年7月1日,被誉为“疆电东送”高速通道的±1100千伏“新疆淮东—安徽皖南”特高压直流工程正式投运,该特高压工程在全压运行前,首先试投运电压为±550千伏的双极低端直流系统,在输送功率不变的情况下,全压直流输电后因输电线上的电阻而损失的电功率减少到试投运的(  )
A.10%
B.25%
C.50%
D.75%
11.如图所示,T1、T2为理想变压器,R为输电线的等效电阻。保持变压器T1的输入电压不变,灯泡L正常发光。现将变压器T1副线圈上的触头P上移,下列说法正确的是(  )
A.灯泡L变亮
B.R消耗的电功率减小
C.变压器T1的输入功率不变
D.变压器T2的输入电压增大
12.如图为某发电站电能输送示意图,已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压,降压变压器匝数均不变,若用户电阻减小,下列说法正确的是(  )
A.发电机的输出功率减小
B.输电线上的功率损失增大
C.用户得到的电压减小
D.输电线输送电压减小
13.如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则(  )
A.用户端的电压为
B.输电线上的电压损耗为U
C.理想变压器的输入功率为
D.输电线路上损失的电功率为
14.远距离输电线路简化如图所示,电厂输送电功率不变,变压器均为理想变压器,图中标示了电压和电流,其中输电线总电阻为R,则(  )
A.提高输送电压U2,则输电线电流I2增大
B.I2<
C.电厂输送电功率为U2I2
D.输电线损失的电功率为
15.特高压输电技术已成为继高铁、核电之后中国在世界范围内的第三张高科技名片。如图为特高压远距离输电示意图,变压器为理想变压器,特高压输电电压U保持不变,输电线路的等效电阻为R0,用户电路为纯电阻电路,总电阻为R,当R变小时,不考虑其他因素的影响,则下列说法正确的是(  )
A.变压器原线圈中的电流变小
B.变压器输出端的电压变小
C.用户获得的功率一定变大
D.输电线损耗的功率与用户获得的功率的比值变大
16.如图所示,为某小型水电站的电能输送示意图,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线总电阻R=10Ω,升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为1∶5,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,副线圈与纯电阻组成闭合电路,用电器电阻R0=11Ω。若T1、T2均为理想变压器,T2的副线圈两端电压表达式为。求∶
(1)整个输电网络的输电效率(即用户实际消耗的功率占电源输出功率的百分比);
(2)若因用户增加导致用户消耗功率达到17.82kW,且要求用户电压不变,则可调整发电机输出功率和降压变压器T2的匝数比以满足要求,求调整后变压器T2原、副线圈的匝数比。
17.水力发电的基本原理就是将水流的机械能(主要指重力势能)转化为电能。某小型水利发电站的水利流量,落差为10m,发电机(内阻不计)的输出电压为U1=250V,输电线总电阻为r=4Ω,为了减小损耗,采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器,其中,用户获得电压U4=220V,用户获得的功率W,若不计变压器损失的能量,已知水的密度、重力加速度g取10m/s2求:
(1)高压输电线中的电流强度I2;
(2)升压变压器原、副线圈的匝数比;
(3)该电站将水能转化为电能的效率为多大?
18.利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、风能、煤的化学能……)转化为电能。为了合理利用这些能源,发电站要修建在靠近这些天然资源的地方,通过高压输送线路把电能输送到远方。如果某发电站将U=6000V的电压直接加在高压输送线路的输入端向远方供电,输送的电功率为P=800kW。则此时安装在高压输送线路的入端和终端的电能表一昼夜读数就相差ΔE=9600kW·h。(1kW·h=3.6×106J)
(1)求此种情况下,高压线路的输电效率;
(2)若要使此高压输电线路的输电效率为98%,则需要在发电站处应安装一个变压比是多少的变压器?
19.一小型发电站的输电线路如图所示。已知发电机的输出功率P1500kW,路端电压U1500V,升压变压器原、副线圈的匝数之比n1:n21:10,两变压器间输电线的总电阻r线1.6Ω,降压变压器的输出电压U4220V,不计变压器的能量损耗,求:
(1)输电导线上的功率损失;
(2)降压变压器原、副线圈的匝数之比;
(3)用户得到的功率。
20.如图所示,用一小型交流发电机向用户供电,已知发电机线圈匝数N=100,面积S=0.05m2。该线圈在磁感应强度B=T的匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。输电时先用升压变压器将电压升高,到达用户区再用降压变压器将电压降下来供用户使用,变压器都是理想变压器。已知输电线的总电阻R=2Ω,升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶
n2=1∶8,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶
n4=10∶1。若用户区标有“220V
20W”的2200只灯泡恰能同时正常发光(假设此时没有其他用电器工作)。发电机线圈电阻不计,求:
(1)发电机的输出功率P;
(2)发电机线圈转动的角速度ω;
(3)如果用电高峰时发电机的输出功率不变,接入的灯泡大于2200只,则简单分析输电线上消耗的功率、灯泡亮度变化情况。
参考答案
1.C
【详解】
A.由题意知原线團两端的电压为U1=10kV,副线圈两端电压为U2',居民家庭用电器的额定电压为U2=220V,根据变压原理得
=220V
因为输电线要损耗一部分电压,故用户获得的电压低于220V,故A错误;
B.当居民使用的用电器增多时,负载总电阻减小,电流表的示数增大,R0分得的电压增大,因为副线圈两端的电压不变,故电压表的示数减小,故B错误;
CD.根据
U2'=U2+IR0

U2=U2'-IR0

故居民使用的用电器减少时,交流电压表的示数变化量与电流表的示数变化量的比值的绝对值不变,故C正确,D错误。
故选C。
2.D
【详解】
A.趋肤效应是电磁感应现象,故A错误;
B.趋肤效应使得电流主要集中到导体表面,相当于减小了导体的横截面积,所以有效电阻增大,故B错误;
C.在远距离输电中,可提高交变电流的电压以减小输电线上的损失,故C错误;
D.在高频电路中,趋肤效应越明显,应电流主要集中到导体表面,故可用空心铜导线代替实心铜导线以节约线路成本,故D正确。
故选D。
3.D
【详解】
A.日光灯管工作时都要经过预热、启动、和正常工作三个不同的阶段,在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬间高压。工作后,电流由灯管经镇流器,不再经过启动器,故启动器启动后不在工作,而镇流器还要起降压限流作用,故A正确,不符合题意;
B.在交流电输送环节中,造成电压损失的原因除了电阻以外,还有电感和电容,故B正确,不符合题意;
C.为降低涡流造成的损耗,变压器的铁芯做成片状,故C正确,不符合题意;
D.电容器对交变电流的阻碍作用与交变电流的频率和电容有关,电容越大,交流电的频率越高,对交流电的阻碍越小,故D错误,符合题意。
故选D。
4.B
【详解】
在傍晚用电的高峰期,降压变压器次级消耗的功率变大,则发电厂的输出功率变大;降压变压器的次级电流变大,则初级电流变大,根据
U线=IR线
以及
P线=I2R线
可知,输电线上损失的功率和损失的电压均变大,降压变压器初级电压
U3=U2-U线
减小,则次级电压减小,用户得到的电压减小。
故选B。
5.B
【详解】
变电站输出功率
流经线路电阻的电流为
变电站输出电流
则匝数比为
故选B。
6.B
【详解】
根据
输电导线上的发热功率变为原来的,则输电电压为原来的3倍。
故选B。
7.A
【详解】
A.由磁通量的定义可知,穿过线框的磁通量满足
故有
又有
故线框内产生的交变电压的瞬时值为
选项A正确;
B.设原、副线圈两端的电压分别为、,则
因为二极管的影响,只有正向导通的交变电流才能通过,由电流的热效应可知,灯泡两端的电压有效值为,又因为灯泡正常发光,故

故原、副线圈匝数比为,选项B错误;
C.开关闭合时,由于匝数比没变,故灯泡两端的电压保持不变,则灯泡、都能够达到额定电功率,则副线圈的功率变为原来的2倍,发电机的输出功率等于副线圈的功率,故也变为原来的2倍,选项C错误;
D.开关闭合时,由于灯泡都达到额定电流,故两灯泡支路的电流之和
又由于二极管的影响,副线圈的电流
又因为
故电流表的读数
选项D错误。
故选A。
8.D
【详解】
A.由于电厂的输出电压不变,升压变压器的匝数不变,所以升压变压器的输出电压不变,A错误;
B.由于输送功率增大,则升压变压器的输出功率增大,升压变压器的输出电压U2不变,由P=UI,可知输电线上的电流I线增大,由U损=I线R,输电线上的电压降增大,降压变压器的输入电压U3=U2?U损减小,降压变压器的匝数不变,所以降压变压器的输出电压减小,B错误;
C.由
电厂的输出电压不变,输电线电阻不变,所以输电线上损耗的功率占总功率的比例随输送功率的增大而增大,C错误;
D.由P损=I线2R可知,输电线上的电流I线增大,电阻不变,所以输电线上损耗的功率增大,D正确。
故选D。
9.A
【详解】
AB.现输电距离增大,输电线电阻随之增大,上面消耗的电压增多,要保证负载仍能正常工作,即副线圈两端电压不变,增大m,升压变压器副线圈上的电压增大,可保证降压变压原线圈上的电压不变,B错误,A正确;
C.减小n,降压变压器副线圈上的电压变小,不能保证负载正常工作,C错误;
D.减小U,负载两端电压变小,负载不能正常工作,D错误;
故选A。
10.B
【详解】
由题意可知,全压投运的电压为试投运电压的2倍,由公式I=可知,全压投运的输电电流为试投运的,由公式P损=I2r,所以全压投运时输电线上的电功率损失为试投运的,即25%。
故选B。
11.B
【详解】
现将变压器T1副线圈上的触头P上移,根据电压与匝数成正比可知,T1的副线圈电压减小,将T2的副线圈等效到T1副线圈回路中,则回路总电压减小,则电流减小,故灯泡L变暗,R消耗的电功率
,减小,变压器T1的输入功率与输出功率相等,
减小,灯泡两端电压减小,则变压器T2的输出电压减小,匝数比不变,则变压器T2的输入电压减小,故B正确ACD错误。
故选B。
12.BC
【详解】
A.若用户电阻减小,则降压变压器输出功率增大,导致发电机的输出功率增大,故A错误;
B.若用户电阻减小,降压变压器输出功率增大,导致输电线上电流增大,输电线上损失的电压增大,输电线上的功率损失增大,故B正确;
C.输电线上损失电压增大,降压变压器原线圈输入电压减小,由于降压变压器原、副线圈匝数比不变,降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小,故C正确;
D.根据题给发电机的输出电压不变,升压变压器的原线圈输入电压不变,由于升压变压器原、副线圈匝数比不变,则输电线上输送电压不变,故D错误;
故选BC。
13.AD
【详解】
A.理想变压器原线圈输入功率与副线圈输出功率相等,即
解得用户端的电压为
故A正确;
B.输电线上的电压损耗为
故B错误;
C.理想变压器的输入功率为U1I1,而UI1是发电机的输入功率,故C错误;
D.输电线路上损失的电功率为
故D正确。
故选AD。
14.BC
【详解】
A.因为输送功率不变,根据,可知提高输送电压U2,则输电线电流I2减小,故A错误;
B.在输电线路上
所以,故B正确;
C.因变压器为理想变压器,所以有
故C正确;
D.由于U2不是R两端的电压,所以输电线损失的电功率不是,故D错误;
故选BC。
15.BD
【详解】
A.用户电路为纯电阻电路,总电阻为R,当R变小时,副线圈电流变大,根据电流与匝数成反比可知,变压器原线圈中的电流变大,故A错误;
B.变压器原线圈中的电流变大,R0分压变大,特高压输电电压U保持不变,则变压器输出端的电压变小,故B正确;
C.因为不确定两电阻关系,无法判断用户获得的功率变化,故C错误;
D.输电线损耗的功率与用户获得的功率的比值
故比值变大,故D正确。
故选BD。
16.(1)94.6%(2)3:1
【详解】
(1)用户得到的电压的有效值为U4=220V;用户得到的功率
降压变压器的初级电压
则初级电流
导线上功率损失
则升压变压器的输入功率
P1=P损+P用=4650W
则整个输电网络的输电效率
(2)因为升压变压器的次级电压不变,为
若因用户增加导致用户消耗功率达到17.82kW,则
联立解得
调整后变压器T2原、副线圈的匝数比
17.(1)50A;(2)1:16(3)40%
【详解】
(1)根据理想变压器变压规律
解得
又根据理想变压器无能量损失知
再根据
解得
(2)高压输电线电阻损失电压


(3)高压输电线电阻损失电功率为
故发电机的输出功率为
又水流每秒带来的机械能
故水能转化为电能的效率
18.(1);(2)
【详解】
(1)此情况下,终端功率
所以输电效率
(2)设高压输送线路的导线电阻为r,由题意知原来线路损耗
P损1==400kW

UI1=P
现在线路损耗
P损2=P×(1-98%)=

U'I2=P

解得
19.(1)1.6
104W;(2)22:1;(3)484kW
【详解】
(1)升压变压器的副线圈两端的电压
U25000V
输电导线上的电流
I2100A
输电导线上的功率损失
P损r线1.6104W
(2)输电导线上的电压
ΔUI2r线160V
降压变压器原线圈的电压
U3U2ΔU4840V
降压变压器原、副线圈的匝数之比
(3)用户得到的功率
P用P1P损484kW
20.(1)44800W;(2)56rad/s;(3)输电线消耗的功率增大,灯泡变暗
【详解】
(1)
2200只灯泡恰能同时正常发光,降压变压器副线圈的电流
输电线上的电流为I2
根据理想变压器的电流规律
I2=20A
发电机的输出功率
可得
P=44800W
(2)根据理想变压器的电压规律
可得降压变压器原线圈两端电压
U3=2200V
升压变压器副线圈两端电压
U2=
U3+
I2
R
U1=280V
U1m=280V
U1m=NBSω
可得
ω=56rad/s
(3)用户总电阻减小,电路中的电流增大,输电线上的电流增大,升压变压器的输出电压不变,而输电导线电阻电压升高,则
降压变压器原线圈的电压降低,因此副线圈电压降低,灯泡变暗。