2024人教版高中物理选择性必修第二册同步练习题--专题强化练10　远距离输电的综合分析（有解析）

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2024人教版高中物理选择性必修第二册同步
专题强化练10　远距离输电的综合分析
一、选择题
1.(2022江苏天一中学期末)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机的输出电压变化规律如图乙所示。输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器),额定电压为220 V的用电器正常工作,则 (　　)
甲
乙
A.图乙中电压的瞬时值表达式为u=220 sin 100πt V
B.图乙中电压的有效值和用电器的额定电压都是220 V,所以=
C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大
D.升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率
2.【经典题】(2023江苏南京联考)如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定,升、降压变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入A、B两个理想互感器,互感器原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶10,电压表的示数为220 V,电流表的示数为5 A,线路总电阻r=10 Ω,则下列说法正确的是　 (　　)
A.发电机输出的电功率为1 100 kW
B.线路上损耗的功率为2 500 W
C.互感器A是电流互感器,互感器B是电压互感器
D.用户使用的用电设备变多,降压变压器输出电压U4大小不会改变
3.【经典题】(2023山东聊城第一中学期中)图为远距离输电的原理图,已知升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,两端电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,升压变压器与降压变压器之间的输电线上的总电阻为R,降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4,两端电压分别为U3、U4,电流分别为I3、I4,变压器均为理想变压器。若保持发电厂的输出电压不变,则下列说法正确的是 (　　)
A.输电线上的电流I2=
B.输电线上损失的功率ΔP=
C.若用户端负载增加,那么用户端电压U4不变
D.无论用户端的负载如何增加,始终有I1U1二、非选择题
4.(2023河南平顶山联考)2022年的杭州亚运会在亚运史上首次实现100%绿色电力供应。为确保杭州亚运会100%绿电供应,浙江电力交易中心多次组织绿电交易,将青海柴达木盆地、甘肃嘉峪关等古丝绸之路上的绿色电能,通过特高压线路输送至浙江,让丝绸之路上的光点亮亚运的灯。图为某组同学研究远距离输电过程的装置示意图,矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的交变电动势e=250 sin 100πt(V)。导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电,要求输电线上损失的功率为输电功率的4%。理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为6∶1,降压变压器副线圈接入用电设备,设备的额定电压为220 V,额定电流为12 A。只考虑输电线路的电阻,电表均为理想电表,若此设备恰好正常工作,求:
(1)电流表的读数;
(2)升压变压器原、副线圈的匝数比。
5.【经典题】(2021北京昌平临川育人中学期中)如图甲为某中小型水力发电站远距离输送单相交流电示意图,每根导线电阻为4 Ω,远距离输电线的输送电流为100 A,若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为960 kW,在用户端起点接有交流电压表,变压器均为理想变压器,求:
(1)升压变压器原、副线圈的匝数比;
(2)设降压变压器原、副线圈的匝数比为40∶1,用户端交流电压表的示数;
(3)若用户端全是照明用电,能使多少盏“220 V,20 W”的节能灯正常发光
甲
乙
答案与分层梯度式解析
专题强化练10　远距离输电的综合分析
1.A　根据图乙可知,电压的最大值Um=220 V,周期T=0.02 s,所以ω==100π rad/s,则图乙中电压的瞬时值表达式为u=220 sin 100πt V,选项A正确;由理想变压器的电压比与匝数比的关系得=,=,因有线路电压损失,即U2>U3,又U1=U4,所以<,选项B错误;变压器不改变交变电流的频率,通过升压变压器、降压变压器的电流的频率相同,选项C错误;由于输电线功率损失,因此升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,选项D错误。
2.A　互感器A并联接入电路,是电压互感器,互感器B串联接入电路,是电流互感器,C错误;对电流互感器B,电流表示数IA=5 A,根据=,可得输电线上的电流I=50 A,线路上损耗的功率为P损=I2r=25 000 W,B错误;对电压互感器A,电压表示数UV=220 V,根据=,代入数据得U2=22 000 V,发电机输出电功率P=U2I=22 000×50 W=1 100 kW,A正确;用户使用的用电设备越多,用户总电流增大,输电电流增大,输电线损失电压增大,又因为发电机输出功率不变,即P=U2I不变,I增大,则U2减小,所以降压变压器输入电压减小,降压变压器输出电压减小,D错误。
3.B　R是输电线上的电阻,设ΔU是输电线上损失的电压,则输电线上的电流为I2=,且ΔU=U2-U3,则I2=,A错误;输电线上损失的功率为ΔP=R=,B正确;若用户端负载增加,用户端功率增加,则发电厂的输出功率P增加,输出电压U1不变,电流I1增大,根据=,=,可知U2不变,电流I2增大,则损耗电压ΔU增大,由U3=U2-ΔU可得U3减小,结合=知U4减小,C错误;由于变压器均为理想变压器,无论用户端的负载如何变化,始终有P1=P2,即I1U1=I2U2,D错误。
4.答案　(1)11 A　(2)
解析　(1)设升压变压器输入端电压、电流分别为U1、I1,降压变压器输出端电压、电流分别为U4、I4,则U1= V=250 V,U4=220 V,I4=12 A。
由能量守恒定律可得U1I1t=P损t+U4I4t,且P损=4%U1I1,代入数据可得I1=11 A
(2)设高压输电线上的电流大小为I2,则有===,得I2=2 A,
则升压变压器原、副线圈的匝数比为==。
5.答案　(1)　(2)220 V　(3)4.4×104盏
解析　(1)由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为U1=240 V
输送电压为U2== V=9 600 V
升压变压器原、副线圈的匝数比为
===
(2)输电线上损失的电压为
ΔU=I2R总=100×4×2 V=800 V
降压变压器输入电压为
U3=U2-ΔU=(9 600-800) V=8 800 V
根据=
代入数据解得用户端得到的电压为U4=220 V
(3)输电线路损耗功率为ΔP=ΔUI2=80 kW
用户得到的功率为P4=(960-80) kW=880 kW
每盏灯正常发光的功率为20 W,N=
代入数据解得N=4.4×104
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