3.4电能的输送基础巩固2021—2022学年高中物理人教版(2019)选择性必修第二册
一、选择题(共15题)
1.长江三峡水利枢纽是当今世界上最大的水利工程,它的装机总功率为,是西部开发的特大重点工程,也是西电东送的能源基地之一.若用总电阻为10Ω的输电线将功率的电能从三峡输送到用电区域,输电电压为,输电导线上损失的功率为( ).
A. B. C. D.
2.2019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%
3.某发电厂用2.2kV的电压将电能输送到远处的用户,后改用22kV的电压,仍然用该输电线路输送同样的电功率。则前后两种输电方式消耗在输电线上电功率之比为( )
A.1:1 B.10:1 C.100:1 D.1000:1
4.某同学在实验室中搭建了如图所示的模拟远距离输电电路,电源为恒压电源;T1为升压变压器,T2为降压变压器。开始时电键K1、K2断开,先闭合电键K1,则( )
A.电源是直流电源
B.闭合K2后输电线上发热功率增加
C.闭合K2后升压变压器输出端电压增大
D.降压变压器输出功率由电源决定
5.一个小水电站,输出的电功率为20 kW,输电线总电阻为0.5 Ω,如果先用400 V电压输送,后又改用2 000 V电压输送,则输送电压提高后,输电导线上损失的电功率的变化情况是( )
A.减少50 W
B.减少1 200 W
C.减少7.68×106W
D.增大7.68×106W
6.我国“西电东送”采用特高压远距离输电.在西部发电厂附近升压变压器将电压升高,通过输电线输送到东部某地,再用降压变压器降压到稳定的工作电压,为负载提供电压.变压器均为理想变压器,发电机输出电压及输电线的电阻均不变.则
A.增加负载,输电线上损失的功率增大
B.增加负载,升压变压器的原线圈中电流减小
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出电压小于降压变压器的输入电压
7.目前世界上电压最高的输电工程为中国已经投产运行的1000kV特高压输电工程。如果分别用220V和220kV两种电压来输电,设两种电压输送的电功率相同,所用导线的长度相同。则下面说法正确的是( )
A.若使用相同的导线来输电,则输电电流之比为1:1000
B.若使用相同的导线来输电,则输电线上损失的电功率之比为1:106
C.若使用不同的导线输电,输电线上损失的电功率相同,导线的电阻率相同,则导线的横截面积之比为106:1
D.若使用不同的导线输电,输电线上损失的电功率相同,导线的横截面积相同,则导线的电阻率之比为106:1
8.如图所示为某小型电站高压输电示意图.发电机输出功率、输出电压均恒定,输电线电阻不变.升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2.下列说法正确的是
A.采用高压输电可以增大输电线中的电流
B.输电线损耗的功率为
C.将P下移,用户获得的电压将降低
D.将P下移,用户获得的功率将增大
9.2008年1月下旬以来,我国南方遭遇50年未遇的雨雪冰冻灾害.新华网长沙1月26日电,马路上的冰层坚硬如铁、光滑如玻璃,高压电线覆冰后有成人大腿般粗,为清除高压输电线上的凌冰,有人设计了这样的融冰思路:利用电流的热效应除冰.若在正常供电时,高压线上送电电压为U,电流为I,热损耗功率为△P;除冰时,输电线上的热耗功率需变为9△P,则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( )
A.输电电流为3I B.输电电流为9I C.输电电压为3U D.输电电压为9U
10.供电站向远方送电,输送的电功率恒定,若将输电电压提高到原来的2倍,以下判断中正确的是( )
A.输电电流变为原来的4倍 B.输电导线上损失的电压为原来的4倍
C.输电导线上损失的电功率为原来的 D.输电导线上损失的电功率为原来的
11.远距离输送一定功率的交变电流,若输送电压升高为原来的n倍,关于输电线上由电阻造成的电压损耗和功率损耗的说法中,正确的是( )
A.输电线上的电功率损耗原来的 B.输电线上的电功率损耗是原来的
C.输电线上的电压损耗是原来的 D.输电线上的电压损耗是原来的n倍
12.如图所示为某远距离输电的简化线路,已知降压变压器的匝数比为,输电线路的总电阻为r,所有纯电阻用户的等效电阻为R,其他电阻忽略不计。当电键闭合后,交流电源输出的总电功率为P,则输电线路损失的功率为( )
A. B. C. D.
13.如图所示为远距离输电的原理图,降压变压器的变压比为n,输电线的电阻为R,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂输出的电压恒为U。若由于用户的负载发生变化,使电压表的示数减小了,则下列判断正确的是( )
A.电压表的示数减小了 B.输电线上损失的功率增大了
C.电流表的示数增大了 D.电流表的示数增大了
14.图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2 .在T的原线圈两端接入一电压的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其它因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )
A. B. C. D.
15.为了减小输电线路上的电能损耗,我国研制并投产了百万伏特高压输电线路。若A、B两地原采用200kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率△P=400kW。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1000kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率△P′为( )
A.16kW B.25kW C.32kW D.50kW
二、填空题(共4题)
16.某水电站给远处山村送电的输出功率是,用电压输送,线路上损失功率为,如果改用高压输电,线路上损失功率是_____。
17.在远距离输电中,输送电压为220伏,输送的电功率为44千瓦,输电线的总电阻为0.2欧,在使用原副线圈匝数比为1:10的升压变压器升压,再用10:1的降压变压器降压方式送电时.输电线上损失的电压为______ V,损失的电功率为______ W.
18.某发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器,把电能输送给生产和照明组成的用户,发电机输出功率为100kW,输出电压是400V,升压变压器原、副线圈的匝数之比为1:25,输电线上功率损失为4%,则(1) 升压变压器输出电压_______V;(2)输电线上的电隔R=______Ω;(3)若有60W分配给生产,其余电能用来照明,那么可供额定功率为40W的电灯_______盏正常工作.
19.保质:保证电能的质量——______和______稳定。
三、综合题(共4题)
20.发电机的输出电压为220 V,输出功率为44 kW,每条输电线的电阻为0.2 Ω,问:
(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少?
(2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高,经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户,则用户得到的电压和电功率各是多少?
21.有一台内阻为1Ω的发电机,供给一个学校照明用电,如图,升压变压器匝数比为1∶5,降压变压器匝数比5∶1,输电线总电阻R=5Ω。全校共22个班,每班有“220V,40W”灯5盏,若保证全部电灯正常发光,则:
(1)发电机输出功率多大?
(2)发电机电动势多大?
(3)输电的效率是多少?
22.如图所示,某小型水电站发电机的输出功率为100kW,输出电压为250V,向距离较远的用户供电,为了减少电能损失,使用4kV高压输电,最后用户得到220V、95kW的电力,求:
(1)水电站升压变压器原、副线圈的匝数比;
(2)用户降压变压器原、副线圈的匝数比。
23.发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω,如果用初、次级匝数之比1:10的升压变压器升压,经输电线后,再用初、次级匝数比为10:1的降压变压器降压供给用户。求:
(1)升压变压器副线圈两端的电压;
(2)求输电线上损失的功率;
(3)用户得到的功率。
参考答案
1.A
【详解】
输电电流为
损失功率为
故A正确,BCD错误。
2.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。
3.C
【详解】
设输送功率为P,输送电压为U,输电线的电阻为r,则线损
U1=2.2kV=2200V
U2=22kV=22000V
则
===
故选C。
4.B
【详解】
A.电源必须是交流电源,否则变压器不能工作,选项A错误;
B.闭合K2后,降压变压器的次级电流增加,则初级电流增加,输电线上的电流增加,即输电线上发热功率增加,选项B正确;
C.升压变压器输出端电压是由输入端电压和匝数比决定的,则闭合K2后升压变压器输出端电压不变,选项C错误;
D.降压变压器输出功率由降压变压器次级的负载决定的,选项D错误。
故选B。
5.B
【详解】
两个电压下输电线上的功率损失分别为
P1=()2·R线=1250W
P2=()2·R线=50W
所以
P1-P2=1200 W.
故选B。
6.A
【详解】
AB.由于负载增加,降压变压器输出的功率增加,负载线路电流变大,故高压输电线上的电流变大, ,损失功率变大,因为输电线中电流变大,根据变压器原理可知,升压变压器中电流变大,A正确B错误.
CD.因为输电线存在电阻,有电压损失,所以升压变压器输出电压大于降压变压器输入电压,CD错误.
7.C
【详解】
A.两种电压输送的电功率相同,根据可得输电电流之比为
故A错误;
B.所用导线的长度相同,若使用相同的导线来输电,可知输电线电阻R线相同,根据可得
故B错误;
C.若使用不同的导线输电,输电线上损失的电功率相同,导线的电阻率相同,根据
联立可得
则导线的横截面积之比为
故C正确;
D.若使用不同的导线输电,输电线上损失的电功率相同,导线的横截面积相同,,根据
联立可得
则导线的电阻率之比为
故D错误。
故选C。
8.D
【详解】
发电机输出功率恒定,根据P=UI可知,采用高压输电可以减小输电线中的电流,故A错误;输电线上损失的功率为:, U2为升压变压器副线圈两端的电压,故B错误;若P下移,升压变压器的副线圈匝数增加,由,可知输电电压升高,根据P=UI可知输电电流减小,线路损耗电压减小,降压变压器的输入电压增大,故用户得到的电压升高,故C正确;由上可知线路电流减小,线路损耗减少,所以用户得到的功率将增大,故D正确.所以D正确,ABC错误.
9.A
【详解】
试题分析:根据,可以求出输电线上的电流;根据P=I2R可以求出输电线上损失的电功率.
解:A、高压线上的热耗功率为:△P=I2R线…①
若热耗功率变为9△P,则有:9△P=I′2R线…②
由①②得I′=3I,所以A正确,B错误.
C、又输送功率不变,由P=UI=U′I′得U′=U,所以CD错误.
故选A
10.C
【详解】
A.因为输电功率不变,输电电压提高2倍,根据可知,电流变为原来的,故A错误;
B.根据可知,电流变为原来的,输电导线上损失的电压为原来的,故B错误;
CD.根据可知,电流变为原来的,输电导线上损失的电功率为原来的,故C正确,D错误。
故选C。
11.B
【详解】
根据
可知电压升高为原来的n倍,电流将变成原来的,根据
可知输电线上的电功率损耗
即输电线上的电功率损耗是原来的
输电线上的电压损耗为
即输电线上的电压损耗是原来的
故选B。
12.B
【详解】
设输电线路上的电流为I,由变压器电流关系可得,用户电阻的电流为,再由能量守恒可得
解得
故输电线路损失的功率为
故选B。
13.D
【详解】
A.发电厂输出的电压恒为U,根据
可知电压表的示数保持不变。故A错误;
BCD.由题意可知
所以降压器两端的电压减少了
输电线上的电流增大了
即电流表的示数增大了。因此输电线上损失的功率增加量为
根据电流与匝数的关系,有
解得
即电流表的示数增大了。故BC错误,D正确。
故选D。
14.C
【详解】
加在原线圈上的电压,根据电压比与匝数比关系:,所以:.
根据,输电线上的电流,输电线上消耗的功率.故C正确,ABD错误.故选C.
15.A
【详解】
当以不同电压输送时,输送功率P=UI,解得输电电流为
在线路上损失的功率为
可知,损失的功率与电压的平方成反比,即
解得
故A正确,BCD错误。
故选A。
16.250W
【详解】
根据P=UI知,改用20000伏高压输电,输送电压增大10倍,则输送电流变为原来的,根据P损=I2R知,损失的功率变为原来的,则线路上损失的功率
17.4 80
【详解】
根据电压与匝数成正比,有,可得升压变压器的输出电压为U2=2200V,根据P=UI,输出电流为:,故电压损失为:△U=Ir=20A×0.2Ω=4V,电功率损失为:△P=I2r=202×0.2=80W.
18.10000; 40; 900
【分析】
知道输电线上消耗的总功率的大小,根据P耗=I2R线可求得输电线的电阻的大小,求出降压变压器的输入和输出的电流,根据电流与匝数成反比可以求得降压变压器原副线圈的匝数比;根据总的照明的功率的大小和每盏灯泡的功率可以求得总的灯泡的数目.
【详解】
(1)因为,所以
(2),又因,所以
(3),
19.电压 频率
【详解】
略
20.(1)140 V,28 kW;(2)219.2 V,43.84 kW
【详解】
(1)输电线上的电流
损失的电压
损失的功率
故用户得到的电压
用户得到的功率为
(2)已知升压变压器的匝数比 ,输入电压U1=220 V
因此,升压变压器的输出电压
输电线上的电流
损失的电压
损失的功率
因此,降压变压器的输入电压
已知降压变压器的匝数比
所以用户得到的电压
用户得到的功率
21.(1)4480W;(2)244V;(3)98.2%
【详解】
(1)根据题意,所有灯都正常工作的总功率为
用电器都正常工作时的总电流为
两个变压器之间输电线上的电流为
故输电线上损耗的电功率
升压变压器的输出功率为
而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率
(2)降压变压器上的输入电压
输电线上的电压损失为
因此升压变压器的输出电压为
升压变压器的输入电压为
升压变压器的输入电流为
发电机的电动势
(3)输电的效率
22.(1);(2)
【详解】
(1)升压变压器原、副线圈的匝数比为
(2)输送电流取决于输电电压及输送功率,有
而输电线上损失的电功率与导线电阻R和输送电流有关,即
联立解得
降压变压器原线圈上的电压为
所以降压变压器原、副线圈匝数比为
23.(1)2200V;(2)80W;(3)4.392×104 W
【详解】
(1)如图,升压变压器次级的输出电压:
(2)据升压变压器输出电功率等于输入电功率知,升压变压器次级输出电流
输电线路上的电压损失和功率损失分别为
UR=I2R=20×0.2 V=4 V
PR=I2R=202×0.2 W=80 W
(3)加到降压变压器初级线圈上的输入电流和电压为
I3=I2=20 A
U3=U2-UR=2200 V-4 V=2196 V
降压变压器次级的输出电流和电压为
用户得到的功率为
P4=I4U4=200×219.6 W=4.392×104W