3.4电能的远距离输送 同步练习（Word版含解析）

鲁科版 （2019）选择性必修第二册 3.4 电能的远距离输送
一、单选题
1．如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则（　　
A．用户用电器上交流电的频率是100Hz
B．发电机输出交流电的电压有效值是500V
C．当夜晚用户用电器增多时，输电线上损失的功率增大
D．输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
2．从发电站发出的电能，一般都要通过输电线路输送到各个用电地方。如图所示的远距离输电示意图中的变压器均为理想变压器，发电机产生正弦交流电电压有效值不变，升压变压器原、副线圈匝数比n1：n2=1∶50，隆压变压器原、副线圈匝数比n3：n4=50∶1，已知用户两端电压的有效值U4=220V，且用户消耗的电功率为11kW，远距离输电的输电线的总电阻r=100Ω（认为输电中的能量损耗完全由电阻产生），则（　　）
A．升压变压器的副线圈两端电压的有效值为11.1kV
B．降压变压器的原线圈中的电流的有效值为2A
C．输电线上消耗的功率为1000W
D．升压变压器的输入功率为11.5kW
3．2020年9月，中国发布“双碳战略”，计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体，特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若保持输送电能总功率、输电距离不变的情况下，从原来的150kV高压输电升级为1350kV的特高压输电，下列说法正确的是（　　）
A．若输电线不变，则输电线中的电流变为原来的9倍
B．若输电线不变，则输电线上损失的电压变为原来的
C．若输电线不变，则输电线上损失的功率变为原来的
D．若更换直径为原来输电线直径的同种材料制成的输电线，则输电线上损失的功率不变
4．远距离输电线路的示意图如图甲所示，发电机输出电压随时间的变化关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．发电机输出电压的有效值是380V
B．用户得到的交流电频率是100Hz
C．发电机的输出功率取决于升压变压器的原副线圈匝数比
D．保持发电机输出功率不变，增加升压变压器副线圈匝数，用户得到的功率增大
5．如图所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R，T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4，下列说法正确的是（　　）
A．当用户的用电器增多时，U2减小，U4减小
B．当用户的用电器增多时，P1增大，P3减小
C．输电线上损失的功率为ΔP=
D．要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比，同时应增大降压变压器的匝数比
6．远距离输电线路的示意图如图甲所示，发电机输出电压随时间的变化关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．发电机输出电压的有效值是380V
B．用户得到的交流电频率是100Hz
C．发电机的输出功率取决于升压变压器的原副线圈匝数比
D．保持发电机输出功率不变，增加升压变压器副线圈匝数，用户得到的功率增大
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．远距离输电线路简化如图所示，图中标示了电压、电流和线圈匝数，其中输电线总电阻为R，若电厂输送电功率不变。变压器均可视为理想变压器，则（　　）
A． B．输电线损失的电功率为
C．电厂输送的电功率为U2I2 D．提高输送电压U2，则输电线电流I2增大
9．下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（　　）
A．因为热功率，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗
B．因为热功率P＝IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗
C．因为热功率P＝I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗
D．以上说法均不正确
10．某小型水电站的电能输送示意图如图所示，水电站的发电机输出电压恒定。发电机通过升压变压器和降压变压器（变压比为40∶1）向25km外的小区用户供电（供电电压为220V），输送到用户的电功率为165kW，若用表格中某种型号的输电线进行高压输电，线路上损耗的功率约为输送电功率的6%，则所选用的输电线型号的代号为（　　）
型号的代号 千米电阻（Ω/km）
X 1
Y 0.6
Z 0.3
W 0.2
A．X B．Y C．Z D．W
11．在如图所示的远距离输电电路中，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，随着发电厂输出功率的增大，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增大
D．输电线上损耗的功率占总输送功率的比例减小
12．如图是某小型电站高压输电示意图，升压、降压变压器均为理想变压器，输电线总电阻为R，设发电机输出电压不变，则用户端负载增加（用电高峰期）时，下列说法错误的是（　　）
A．降压变压器输出电压增大
B．升压变压器输出电压不变
C．输电线上损失的电压增大
D．发电机的输出功率增大
13．下列关于远距离输电的说法正确的是（　　）
A．赫兹发明了第一台实用的变压器
B．实际输电过程中，输电电压越高越好
C．采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，可以减小断电的风险，可以调剂不同地区电力供需的平衡
D．若采用直流输电技术，会增加感抗和容抗
14．如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1、输电线的电阻及理想变压器的匝数均不变，当用户开启的用电器越来越多时，下列表述正确的是（　　）
A．升压变压器副线圈电压U2降低 B．降压变压器原线圈电压U3升高
C．输电线消耗的功率增大 D．发电机的输出功率不变
15．“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区。为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的(　　)
A． B． C． D．
二、填空题
16．发电机端电压为220V，输送功率110kW，为保证用户至少获得100kW的功率，则输电线的电阻不得大于______ Ω；若用一个理想变压器升压至5 500V后再输电，则输电线的电阻不得大于______ Ω．
17．电网供电
（1）远距离输电的基本原理：在发电站内用___________变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过___________变压器降到所需的电压。
（2）电网：通过网状的输电线、___________，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电___________。
（3）电网输电的优点
①降低一次能源的运输成本，获得最大的___________。
②减小断电的风险，调剂不同地区___________的平衡。
③合理调度电力，使___________的供应更加可靠，质量更高。
18．远距离输电时，如果输送的电功率不变，输电电压升高到原来的n倍，则输电线上损耗的功率将变为原来的______倍，输电线上的电压损失将变为原来的______倍．
三、解答题
19．某山区水利资源丰富，建立了一座小型水电站，向较远的城镇送电。已知发电机的输出功率为，输出电压为，输电导线的总电阻为。在发电机满负荷工作时城镇的用电电压为，输电线路上损耗的电功率为，分别求输电电路中升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比。
20．一台小型发电机的最大输出功率为，输出电压恒为，现用电阻率为、横截面积为的输电线向距离处的用电单位输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率为发电机总功率的4%，理想升压变压器原、副线圈匝数分别为、，理想降压变压器原、副线圈匝数分别为、。
（1）输电导线的电阻R，输电线的电流I是多少？
（2）所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比值是多少？
（3）如果用户用电器的额定电压为220V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比值是多少？
21．查史料可知，1882年珍珠街电站采用6台直流发电机，输出总功率为661.5kW，电能输送的最远距离为1.6km，给用户提供110V的直流电压，最多可满足6000盏16W的爱迪生灯泡使用。
（1）电流在输电线路上损耗的功率占发电机输出功率的百分比是多少？
（2）估算直流发电机的输出电压；
（3）若将输电距离增加一倍，还能否为6000盏16W的爱迪生灯泡正常使用？
22．某发电站输出功率为，通过理想变压器升压后向远处用户供电。已知输电线的总电阻为，输电线路损失的功率为输出功率的，求：
（1）升压变压器的输出电压；
（2）输电线路上的电压损失。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．发电机的输出电压随时间变化的关系，由图可知，T=0.02s，故
A错误；
B．由图像可知交流的最大值为Um=500V，因此其有效值为
B错误；
C．当夜晚用户用电器增多时，干路电流增大，根据
可知，输电线上损失的功率增大，C正确；
D．输电线的电流由输送的功率与电压决定的，与降压变压器原副线圈的匝数比无关，D错误。
故选C。
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．降压变压器副线圈电流
根据
解得输电线中的电流
输电线上的损失电压为
根据电压与匝数成正比
得降压变压器原线圈两端的电压为
升压变压器的副线圈两端电压有效值
B错误A正确；
C．输电线上损失的功率
C错误；
D．升压变压器的原线圈输入的电功率为
D错误。
故选A。
3．D
【解析】
【详解】
A．由公式
可知，在输电功率不变的情况下，电压升高为原来的9倍，则输送电流变为原来的，A错误；
B．由欧姆定律可知，导线上损失的电压
输电线不变，所以输电线上损失的电压变为原来的，B错误；
C．输电线上损失的功率为
所以输电线上损失的功率变为原来的，C错误；
D．根据
输电线的直径变为原来的，则电阻变为原来的81倍，所以输电线上损失的功率不变，D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图乙可知交流的最大值为Um=380V，则其有效值为
故A错误；
B．由图乙可知，交流电的周期为T=0.02s，则交流电的频率为
故B错误；
C．原副线圈的输入功率等于输出功率，与匝数比无关，故C错误；
D．在输送功率一定的情况下，保持升压变压器原线圈匝数不变，增加副线圈匝数，根据知升压变压器副线圈的电压增大，由知输电线上的电流减小，根据知，输电线上损失的功率减小，则有
即保持发电机输出功率不变，增加升压变压器副线圈匝数，用户得到的功率增大，故D正确。
故选D。
5．D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．交流发电机的输出电压U1一定，匝数不变，根据
知U2不变；当用户的用电器增多时，用户消耗的电功率变大，则输入功率增大，即P1、P3变大，故副线圈的输出功率增大，根据
可知输电线上的电流增大，则输电线上损失的电压
增大；所以原线圈上的电压
变小，根据
可知U4变小，AB错误；
C．输电线上损失的功率
ΔP=
C错误；
D．输送功率一定时，根据
P=UI，P损=I2R
知，要减小线路的损耗，应增大输送电压，又U1一定，根据
知，应增大升压变压器的匝数比；根据
U3=U2－I2R
U2增大，I2减小，所以U3增大，用户电压U4不变，根据
知，应增大降压变压器的匝数比，D正确。
故选D。
6．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图乙可知交流的最大值为Um=380V，则其有效值为
故A错误；
B．由图乙可知，交流电的周期为T=0.02s，则交流电的频率为
故B错误；
C．原副线圈的输入功率等于输出功率，与匝数比无关，故C错误；
D．在输送功率一定的情况下，保持升压变压器原线圈匝数不变，增加副线圈匝数，根据知升压变压器副线圈的电压增大，由知输电线上的电流减小，根据知，输电线上损失的功率减小，则有
即保持发电机输出功率不变，增加升压变压器副线圈匝数，用户得到的功率增大，故D正确。
故选D。
7．A
【解析】
【分析】
【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
得
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．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．因为
即
A错误；
B．输电线损失的电功率为
B错误；
C．电厂输送的电功率为
P=U1I1= U2I2
C正确；
D．根据
P= U2I2
可知，提高输送电压U2，则输电线电流I2减小，D错误。
故选C。
9．C
【解析】
【详解】
A B．输电导线上的热损耗若用或P＝IU公式，则 U必须为输电线上等效电阻两端的电压，并不是输电电压。选项A、B均错误；
CD．输电导线上的热损耗若用P＝I2R，I为输电电流、R为输电线电阻，所以减小输电线电阻或减小输送电流的方法可以减小输电导线上的热损耗。选项C正确，选项D错误。
故选C。
10．B
【解析】
【详解】
小区用户供电电压为220 V，由变压器的变压规律可知，降压变压器原线圈两端的电压为
U4=220×40V=8800V
设输电线上的电流为I，输电线总电阻为R，则升压变压器副线圈两端电压为
U3=U4+IR
P=U4I=165kW
输电线路上损耗的功率
P线=I2R
由题意知
P线=6%P总
P=94%P总
联立解得
R=30Ω
由于输电线长度需要50km，由电阻与长度关系
R=Lρ0
则
ρ0=0.6Ω/km
所以可以选择0.6Ω/km的Y，ACD错误，B正确。
故选B。
11．C
【解析】
【详解】
A ．由于发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，选项 A 错误；
B ．由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的输出功率增大，又升压变压器的输出电压 U2不变，根据P=UI 可输电线上的电流I线 增大，根据U损=I线R ，输电线上的电压损失增大，根据降压变压器的输入电压U3-U2=U损 可得，降压变压器的输入电压 U3 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，选项 B 错；
C ．根据
又输电线上的电流增大，电阻不变，所以输电线上的功率损失增大，选项 C 正确；
D ．根据
发电厂的输出电压不变，输电线上的电阻不变，所以输电线上损耗的功率占总功率的比例随着发电厂输出功率的增大而增大，选项 D 错误。
故选 C 。
12．A
【解析】
【详解】
用户端负载增加时，发电机输出功率增大，输出电压U1不变，输出电流I1增大。根据理想变压器原、副线圈电压、电流规律可知，升压变压器输出电压U2不变，输电线上的电流I2增大，输电线上损失的电压为
可知增大。
降压变压器原线圈两端电压为
可知U3减小，所以降压变压器输出电压U4减小，故A错误，BCD正确。
故选A。
13．C
【解析】
【详解】
A．西屋公司的工程师威廉·史坦雷从乔治·威斯汀豪斯、路森·戈拉尔与约翰·狄克逊·吉布斯买来变压器专利以后，在1885年制造了第一台实用的变压器，故A错误；
B．输电电压不是越高越好，电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。所以在实际输电过程中，要综合考虑各种因素，依照不同的情况选择合适的输电电压，故B错误；
C．采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，可以减小断电的风险，可以调剂不同地区电力供需的平衡，故C正确；
D．若采用直流输电技术，会减少感抗和容抗，故D错误。
故选C。
14．C
【解析】
【详解】
A．发电机的输出电压U1不变，升压变压器匝数比不变，则副线圈电压U2不变，A错误；
BC．当用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则降压变压器原线圈电流增大，输电线上的电流增大，可知输电线上的功率损失增大、输电线上的电压损失增大，进一步导致降压变压器的输入电压U3减小，B错误，C正确；
D．用户开启的用电器增多，消耗的功率增大，发电机输出功率随之增大，D错误。
故选C。
15．B
【解析】
【分析】
【详解】
输电线路中电阻损耗的功率为
则输送电压提高到原来的10倍时，输电线路中电阻损耗的功率为原来的，所以输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的，则B正确；ACD错误；
故选B。
16． 0.04; 25;
【解析】
【详解】
试题分析：根据公式可得:
有知道
又P损＝I·R1
得R1＝0.04 Ω.
当升压至5 500 V时，
故.
考点：考查了远距离输电
点评：关键是对公式的灵活应用，以及对公式中各个物理量的含义正确理解
17． 升压 降压 变电站 网络 经济效益 电力供求 电力
【解析】
【详解】
（1）[1][2]远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。
（2）[3][4]电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络。
（3）[5][6][7]电网输电的优点，①降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。②减小断电的风险，调剂不同地区电力供求的平衡。③合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。
18．
【解析】
【详解】
根据P=UI，输送电功率不变，输电电压升高到原来的n倍，则输电电流变为原来的倍，根据知，输电线上损耗的功率变为原来的倍．根据U损=IR知电压损失变为原来的倍．
19．1：6，10：1
【解析】
【分析】
【详解】
发电机满负荷工作时有
输电电路损失的功率
升压变压器的原、副线圈的匝数比
用户端得到的功率
用户端的电流
降压变压器的原、副线圈的匝数比
20．（1），；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）输电要用两根导线，则输电线的电阻为
由题意知
输电线的电流
（2）根据
解得
升压变压器原、副线圈匝数比为
（3）输电线路的损失的电压为
而降压变压器原线圈的电压为
降压变压器原、副线圈匝数比为288：11
21．（1）85.5%；（2）758V；（3）不能
【解析】
【详解】
（1）根据题意，用户能够使用的最大功率为
电流在输电线路上损耗的功率占发电机输出功率的百分比为
%＝85.5%
（2）由功率公式
计算线路中直流电流大小为
所以直流发电机输出电压即电路中的输送电压为
（3）由功率计算公式
可求得线路中的电阻大小为
输送距离增加一倍，则线路中电阻变为，此时线路上损耗的电压为
由于
这意味着输送电压小于线路上的损耗电压，因此不可能将输送距离增加一倍到3.2km。
22．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）设升压变压器的输出电压为，输电线上电流为，由线路损失可得
解得
则有
（2）输电线路上的电压损失
代入数据得
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