2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--专题强化练9　远距离输电分析

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2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步
专题强化练9　远距离输电分析
1.远距离输电中,当输送的电功率为P,输送电压为U时,输电线上损失的电功率为ΔP。若输送的电功率增加为4P,而输电线上损失的电功率减为ΔP(输电线电阻不变),那么输电电压应增为 (　　)
A.2U　　B.4U　　C.8U　　D.16U
2.(2022北京丰台期中)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.输电线上的电压为U
C.输电线上损失的电功率为r
D.输电线上损失的电功率为I1U
3.(2023天津第二南开中学期中)某远距离输电线路图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,输电线总电阻为R,降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4,电压分别为U3、U4,变压器为理想变压器。现进行输电线路改造,改造后输电线电阻R变小,发电厂电压U1、升压变压器匝数比、用户电压U4以及发电厂总功率保持不变,下列说法正确的是 (　　)
A.改造后输电电压U2减小
B.改造后降压变压器原线圈两端电压U3增大
C.改造后匝数比减小
D.改造后降压变压器输出功率变大
4.如图所示为远距离输电的原理图,升压变压器的变压比为a,降压变压器的变压比为b,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,电表均为理想电表,发电机输出的电压恒为U。若由于用户的负载变化,使电压表V2的示数增大了ΔU,则下列判断正确的是 (　　)
A.电压表V1的示数不变
B.电流表A2的示数增大了
C.电流表A1的示数减小了
D.输电线上损失的功率减小了()2R
5.(2022吉林吉化第一高级中学期末)如图所示,线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的电动势e=111 sin 100πt(V)。线圈与理想升压变压器相连进行远距离输电,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25∶11,降压变压器副线圈接入一台电动机,电动机恰好正常工作,且电动机两端电压为220 V,输入功率为1100 W,内阻为8.8 Ω,输电线路总电阻为25 Ω,线圈及其余导线电阻不计,电表均为理想电表,则 (　　)
A.图示位置线圈的磁通量变化率为零
B.电动机的机械功率为800 W
C.输电线路损失的电功率为121 W
D.升压变压器原、副线圈匝数之比为1∶10
6.高考临近,为保证高三教学工作正常开展,防止停电事故发生,某中学领导班子决定购买一台应急备用发电机,要求如下:一是保证全校88间教室所有日光灯能正常发光;二是发电机需远离教学区,以避免噪音干扰;三是尽量利用已有设备和线路。为完成任务,以某物理老师牵头调查,发现以下数据:每间教室有日光灯20盏,每盏灯功率为20 W,额定电压均为220 V;发电机安装位置距离并网接口约500米,计算得出所用电线每米电阻约2.0×10-3 Ω,其余部分电阻不计;学校已有升压变压器和降压变压器各一台,升压变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=1∶4,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4=4∶1,该物理老师画出示意图如图所示。问:
(1)输电线总电阻R线是多少
(2)购买的发电机功率P应不小于多少
(3)发电机输出的电压U1是多少才能保证日光灯正常发光
7.(2023江苏苏州期中)某个水电站发电机的输出功率为100 kW,发电机的输出电压为250 V。通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的总电阻为10 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220 V。假设两个变压器均是理想变压器。
(1)若要求在输电线上损失的功率控制在发电机输出功率的4%。试求:
①输电线分得的电压;
②降压变压器原、副线圈的匝数比;
③升压变压器输出的电压;
(2)若因用电器增加导致用户端消耗功率达到141 kW,且要求用户端电压U4不变,可通过仅调整发电机输出功率和降压变压器的匝数比以满足要求。试求:
①调整后降压变压器原、副线圈的匝数比;
②发电机的输出功率。
专题强化练9　远距离输电分析
1.C 2.AC 3.BD 4.AC 5.C
1.C　由P=UI知I=,则输电线上损失的电功率为ΔP=I2R=R,得输电电压U=P;若输送的电功率增加为4P,而输电线上损失的电功率减为,且输电线电阻不变,由上式得输电电压应增为8U,选项A、B、D错误,C正确。
2.AC　根据理想变压器输入功率等于输出功率,可得I1U1=I2U2,故用户端的电压为U2=,选项A正确;输电线上的电压为ΔU=U-U1,选项B错误;输电线上损失的电功率为ΔP=ΔUI1=(U-U1)I1=r,选项C正确,选项D错误。
3.BD　由=可得U2=U1,可知改造后输电电压U2不变,故A错误;发电厂总功率P1=P2=U2I2,U2不变则I2不变,输电线上的电压为U=I2R,由于改造后输电线电阻R变小,可知输电线上的电压减小,根据U3=U2-U可知改造后降压变压器原线圈两端电压U3增大,故B正确;对降压变压器有=,由于降压变压器原线圈两端电压U3增大,U4不变,可知改造后降压变压器原副线圈的匝数比增大,故C错误;根据P=R可知输电线上损失的功率减小,根据P4=P3=P1-P可知改造后降压变压器输出功率变大,故D正确。故选B、D。
4.AC　由于U不变,升压变压器的变压比a不变,所以电压表V1的示数不变,选项A正确;由于V2的示数增大了ΔU,所以降压变压器原线圈两端的电压U3增大了bΔU,根据UV1=IA1R+U3,UV1不变,所以IA1R减小了bΔU,故电流表A1的示数减小了,A2的示数减小了,选项B错误,C正确;输电线上损失的功率减小了I2R-R(I为输电线中的原电流),选项D错误。
5.C　图示位置线圈产生的感应电动势最大,磁通量变化率最大,故A错误;通过电动机的电流为IM==5 A,电动机的热功率为PM热=rM=220 W,电动机的机械功率为PM机=PM-PM热=880 W,故B错误;根据理想变压器原、副线圈中的电流关系可得输电线路的电流为I输=IM=2.2 A,所以输电线路损失的电功率为ΔP=R输=121 W,故C正确;降压变压器原线圈两端电压为U3=U4=500 V,升压变压器副线圈两端电压为U2=U3+I输R输=555 V,升压变压器原线圈两端电压为U1==111 V,所以升压变压器原、副线圈匝数之比为==,故D错误。
6.答案　(1)2 Ω　(2)38.4 kW　(3)240 V
解析　(1)输电线总电阻R线=2×500×2.0×10-3 Ω=2 Ω。
(2)所有日光灯正常发光时消耗的功率为
P灯=88×20×20 W=35 200 W=P4=P3
日光灯正常发光时,降压变压器副线圈两端的电压为U4=220 V
则降压变压器原线圈两端的电压为
U3=U4=×220 V=880 V
两变压器之间的输电线上的电流为
I2=I3== A=40 A
输电线上损失的功率P损=R线=402×2 W=3 200 W
所以P=P灯+P损=38 400 W=38.4 kW
可知所购的发电机功率不得低于38.4 kW。
(3)升压变压器副线圈两端的电压U2=U3+U损=U3+I2R线=960 V
发电机输出的电压即升压变压器原线圈两端的电压U1=U2=×960 V=240 V。
7.答案　(1)①200 V　②　③5 000 V
(2)①　②150 kW
解析　(1)①发电机的输出功率P1=100 kW
则在输电线上损失的功率P线=P1×4%=4 000 W
输电线的电阻R线=10 Ω
设输电线分得的电压为U线,则有P线=
解得U线=200 V
②降压变压器的输入电流I线==20 A
降压变压器的输出电流I4== A
则降压变压器原、副线圈的匝数比==
③升压变压器的输出功率P2=P1=100 kW
输出电流I2=I线=20 A
升压变压器输出的电压U2==5 000 V
(2)①用户增加后,消耗功率为P4'=141 kW
则降压变压器的输出电流为I4'=
设此时输电线电流为I线',则降压变压器的原副线圈匝数比==,又==
联立解得I线'=30 A,=
②此时发电机的输出功率P1'=P4'+R线=141 kW+9 kW=
150 kW
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