2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--第4节 电能的远距离输送
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| 名称 | 2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--第4节 电能的远距离输送 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-11-10 09:21:55 | ||
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文档简介
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2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步
第4节 电能的远距离输送
基础过关练
题组一 输电线上功率损失的计算
1.以下关于电能输送的说法不正确的是 ( )
A.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济
B.减小输电导线上功率损失的唯一方法是要采用高压输电
C.增大导线的横截面积可以减小输电导线上的功率损失
D.实际输送电能时,要综合考虑各种因素,如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等
2.(2021江苏南通期末)某水电站发电机的输出功率恒定,用升压变压器将电压升至U后向远处输电,输电电流为I,在用户端用降压变压器将电压降至所需电压。为减小输电线的热功率,下列措施可行的是 ( )
A.增大输电电流I
B.增大输电电压U
C.减少输电时间
D.减小输电导线的横截面积
3.为消除高压输电线上的冰凌,有人设计了利用电流的热效应除冰的思路。若在正常供电时,高压线上送电电压为U,电流为I,热耗功率为ΔP;除冰时,在输电功率、用户的输入电压和输电线电阻不变的情况下,通过自动调节高压输电变压器的变压比,使输电线上的热耗功率变为16ΔP,则除冰时 ( )
A.输电电流为4I B.输电电流为16I
C.输电电压为4U D.输电电压为
4.(2021湖南张家界期末)中央电视台某节目多次报道某些偏远地区的电价过高,人们负担过重,不利于国家扶贫政策的展开。为减少远距离输电的损耗, 某发电站采用高压向外输送电能,若输送的总功率为P0,输电电压为U,输电导线的总电阻为R,则下列说法正确的是 ( )
A.输电线上的电流I=
B.输电线上的电流I=
C.输电线上损失的功率
D.输电电压提高一倍,损失的功率减小为原来的一半
题组二 输电线上电压损失的计算
5.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线的总电阻为R,通过输电线的电流为I,学校得到的电压为U2,则输电线上损失的电压可表示为 ( )
A.U1 B.U1-IR
C.IR D.U2
6.某用电器与供电电源的距离为L,输电导线上的电流为I,若要求线路上的电压损失不超过U,已知输电导线的电阻率为ρ,那么,该输电导线的横截面积最小值是 ( )
A. B. C. D.
题组三 远距离输电问题
7.如图为某小型水电站的电能输送示意图,发电机的输出电压为200 V,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)。要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则 ( )
A.>
B.<
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
8.(2023湖北宜昌期中)一座小型水电站向山下村镇供电的示意图如图所示,升压变压器T1与降压变压器T2都是理想变压器。已知发电机输出电压U1=250 V,两个变压器的原副线圈匝数比分别为n1∶n2=1∶100,n3∶n4=110∶1,输电线总电阻为R=20 Ω,发电机输出功率为P=1 000 kW,下列说法正确的是 ( )
A.输电线上损失的电压为400 V
B.输电线上损失的功率为32 kW
C.用户得到的电压为220 V
D.深夜,用户的用电器减少时输电线上损失的功率将变大
9.(2022黑龙江哈九中期末)“西电东送”就是把煤炭、水能、风能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源,输送到电力紧缺的东部沿海地区。如图是远距离输电的电路示意图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为,降压变压器原、副线圈匝数比为,发电厂输出电压为U1,输出功率为P,升压变压器和降压变压器之间输电线总电阻为R,下列说法正确的是 ( )
A.若用户获得的电压也为U1,则=
B.用户获得的电压可能大于U1
C.当用户用电器总电阻增大时,输电线上损失的功率增大
D.输电线上损失的功率为ΔP=R
10.(2021山东泰安宁阳一中期中)特高压输电是中国高效远距离输电的一种重要方式。在某段特高压输电网络中,发电机组输出电压为10 kV,利用理想升压变压器将电压升至1 000 kV的特高压后输送,到达用电区后,经过降压处理再输送给工厂或用户。已知输送总功率为400万千瓦,输电线上损耗的功率占总功率的4%。求:
(1)升压变压器原、副线圈的匝数比;
(2)输电线的电阻。
能力提升练
题组一 远距离输电问题的分析与计算
1.如图所示为某一远距离输电示意图,电厂的发电机输出功率为100 kW,输出电压U1=500 V,升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶20,输电线电阻为40 Ω,用户需要的电压U4=220 V,变压器均为理想变压器,则 ( )
A.输电线上的输送电流为250 A
B.输电线上损失的电压为280 V
C.输电线上损失的电功率为4 kW
D.降压变压器的原、副线圈的匝数比为n3∶n4=48∶11
2.(2021浙江宁波期末)如图所示是三峡水电站向某地区送电的简化模型图。两变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为k1,降压变压器原、副线圈匝数比为k2,用户端得到的是电压为u=Um sin ωt、功率为P的正弦式交变电流,输电线总电阻为2r,不考虑其他影响,下列说法正确的是( )
A.升压变压器输出端的电压为
B.降压变压器的输入端的电压为k2Um
C.输电线上的电流为
D.输电线上损失的功率为
3.(2022湖北武汉常青一中期末)如图所示,高铁的供电流程是将高压220 kV或110 kV经过牵引变电所进行变压,降至27.5 kV,通过接触网上的电线与车顶上的受电器进行接触而完成受电,机车最终获得25 kV的电力使高铁机车运行。以下说法正确的是 ( )
A.若电网的电压为220 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶8
B.若电网的电压为110 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=4∶1
C.如果高铁机车功率为8 000 kW,则自牵引变电所至机车间的等效电阻约为85.9 Ω
D.如果高铁机车功率为8 000 kW,则自牵引变电所至机车间的等效电阻约为7.8 Ω
4.(2021山东滨州期末)为保障医院用电安全,供电部门专门为医院ICU病房区设计供电系统以及输电电路,如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,线框面积S=0.25 m2,匝数N=100,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'以3 000 r/min的转速匀速转动,其输出端通过电刷E、F与升压变压器的原线圈相连,图中电压表示数为250 V,降压变压器原、副线圈的匝数之比为5∶1,降压变压器的副线圈接入到病房区供电,两变压器间的输电线等效电阻R=20 Ω,变压器均为理想变压器。医院有五间标准ICU病房,病房内医疗设备额定工作电压均为U=220 V,每间病房的最大功率为P=4 400 W。当五间病房均满负荷工作时,求:
(1)磁感应强度B的大小;
(2)升压变压器原、副线圈匝数之比。
题组二 远距离输电问题的动态分析
5.(2023湖南长沙雅礼中学期中)如图是发电厂通过升压变压器进行高压输电,接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图。图中变压器均为理想变压器,所有电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压不变,两条输电线总电阻用R0表示,变阻器R相当于用户用电器的总电阻(视为纯电阻),其余电阻不计,下列说法正确的是 ( )
A.在用电高峰期,用户用电器的总电阻比平时小
B.增大R,电流表A1、A2、A3示数均变小
C.调节R,电压表V3的示数变化量大小与电流表A3的示数变化量大小之比为R0
D.若降压变压器原副线圈的匝数为n3、n4,则当R0=R时,用户端的功率达到最大值
6.(2022江苏淮安期中)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定,升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2。在输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是 ( )
A.升压变压器原、副线圈的匝数比为=
B.采用高压输电可以增大输电线中的电流,输电电流为100 A
C.输电线路输送电功率是220 kW
D.将P上移,用户获得的电压将降低
7.(2021四川遂宁期末)高压(特高压)输电是减小电能损失的有效方法,我国在这方面已经走到了世界前列。如图所示为远距离输电的示意图,图中变压器均为理想变压器,输电线总电阻r=50 Ω。用电器可等效为图中的滑动变阻器。已知u=200 sin 100πt (V),n3∶n4=50∶1,用电器额定电压为220 V,正常情况下用电器消耗的总功率为110 kW。下列说法正确的是 ( )
A.变压器T1的输入功率为125 kW
B.滑动变阻器的阻值R=0.44 Ω
C.升压变压器匝数比n1∶n2=1∶225
D.当滑动变阻器滑片向上滑动时,输电效率升高
第4节 电能的远距离输送
基础过关练
1.B 2.B 3.A 4.B 5.C 6.B
7.AD 8.BC 9.BD
1.B 输送电能的基本要求是可靠、保质、经济;减小输电线上的功率损失可采用高压输电,也可以减小输电线电阻,实际输电时,应综合考虑各种因素。故选B。
2.B 输电线的热功率P热=I2R,若增大输电电流I,会增大输电线的热功率,A错误;由于输出功率不变,根据P=UI,可知增大输电电压U,会减小输电电流I,从而减小输电线的热功率,B正确;输送功率与输电时间无关,C错误;根据R=ρ可知,减小输电导线的横截面积,会导致输电线电阻变大,从而增大输电线的热功率,D错误。故选B。
3.A 高压线上的热耗功率为ΔP=I2R线,若热耗功率变为16ΔP,则有16ΔP=I'2R线,得I'=4I,故A正确,B错误;又因为输送功率不变,由P=UI=U'I'得U'=U,故C、D错误。
4.B 根据P0=UI可得,输电线上的电流为I=,设损失电压为ΔU,则输电电流可表示为I=,此式中的ΔU不是输电电压U,故A错误,B正确;输电线上损失的功率为P损=I2R=R=,故C错误;根据P损=R可知,输电电压U提高一倍,损失的功率减小为原来的四分之一,故D错误。
5.C 设输电线上损失电压为ΔU,ΔU=U1-U2=IR,所以选项A、B、D错误,选项C正确。
6.B 输电线的最大电阻R线=,由电阻定律得R=ρ·,解得S=,B正确。
7.AD 由于输电线上的功率损耗,故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,P出-P损=P入,故D正确;=,=,因为U1=200 VU3=U2-Ur,故>,B、C两项错误,A项正确。
8.BC 升压变压器的输入电流为I1== A=4 000 A,升压变压器的输出电流为I2=I1=×4 000 A=40 A,输电线上损失的电压为ΔU=I2R=40×20 V=800 V,故A错误;输电线上损失的功率为ΔP=R=402×20 W=32 kW,故B正确;升压变压器的输出电压为U2=U1=×250 V=25 000 V,降压变压器的输入电压为U3=U2-ΔU=25 000 V-800 V=24 200 V,用户得到的电压为U4=U3=×24 200 V=220 V,故C正确;深夜,用户的用电器减少,则降压变压器的输入功率减小,输入电流减小,输电线上损失的功率减小,故D错误。故选B、C。
9.BD 升压变压器副线圈两端的电压为U2=U1,若用户获得的电压为U1,则降压变压器的输入电压为U3=U1,由于输电线上有电压损失,故U2>U3,即>,A错误;只要降压变压器原、副线圈匝数比合适,用户获得的电压可能大于U1,B正确;当用户用电器总电阻增大时,降压变压器副线圈中电流减小,输电线中电流减小,根据P=I2R可知,输电线上损失的功率减小,故C错误;由题意可知,副线圈中的电流为I2=,损失的功率为ΔP=R,联立解得ΔP=R,故D正确。选B、D。
10.答案 (1) (2)10 Ω
解析 (1)升压变压器原、副线圈的匝数比
===
(2)输电线上损耗的功率为
P损=P×4%=4×109 W×4%=1.6×108 W
输电线上的电流为I===4×103 A
由P损=I2R知输电线的电阻为
R===10 Ω
能力提升练
1.C 2.A 3.BD 5.AB 6.C 7.BD
1.C 根据理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数成正比得=,所以有U2=U1=10 000 V,发电机的输出功率为100 kW,所以有P2=P1=100 kW,输电线中电流为I2==10 A,故选项A错误;输电线上的电压损失U'=I2r=400 V,故选项B错误;输电线上损失的电功率为P'=r=4 000 W,故选项C正确;由U3=U2-U'=9 600 V,降压变压器原、副线圈的匝数比是==,故选项D错误。
2.A 设升压变压器原、副线圈的电压有效值分别为U1、U2,降压变压器原、副线圈的电压有效值分别为U3、U4,电流分别为I3、I4,则有U4=,=k2,P=U3I3,设输电线上分得的电压为ΔU,则ΔU=I3·2r,U2=U3+ΔU,联立解得U2=,故A正确;由=k2得U3=,故B错误;输电线上的电流为I3==,故C错误;输电线上损失的功率为ΔP=·2r=·2r=,故D错误。
3.BD 若电网的电压为220 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比为===;若电网的电压为110 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比为===,A错误,B正确。若高铁机车功率为
8 000 kW,根据P=IU,U=25 kV,得电流I=320 A,牵引变电所至机车间的等效电阻R==≈7.8 Ω,C错误,D正确。
4.答案 (1) T (2)
解析 (1)线框转动的角速度为ω=2πn=100π rad/s
线框在匀强磁场中匀速转动产生交变电流,电压表示数为250 V,故感应电动势最大值Em=NBSω=250 V,解得B= T
(2)当五间病房均满负荷工作时,降压变压器副线圈中的电流I4=5×=100 A
根据理想变压器原、副线圈电流关系=
代入数据解得降压变压器原线圈中的电流I3=20 A
根据理想变压器原、副线圈电压关系=,已知U4=220 V
解得U3=1 100 V
设升压变压器原线圈电压为U1,副线圈电压为U2,根据U2-I3R=U3
代入数据解得U2=1 500 V
根据题意U1=250 V
则升压变压器的原、副线圈匝数之比为==
5.AB 在用电高峰期,用户用电器的总功率增大,总电流变大,故总电阻比平时小,A正确;增大R,则A3示数变小,根据理想变压器电流与匝数关系可知I3=I2,则电流表A2示数变小,则输电线电阻R0消耗功率减小,又由于I1=I2,则电流表A1示数变小,B正确;电压表V2、V3的示数之差与电流表A2的示数的比值为R0=,电压表V2的示数不变,电流表A2的示数与电流表A3的示数关系为I3=I2,所以电压表V3的示数变化量大小与电流表A3的示数变化量大小之比为R0,C错误;降压变压器的等效电阻为R等===R,根据闭合电路欧姆定律可知,R等=R0时,输出功率最大,即当R0=R时,用户端的功率达到最大值,D错误。故选A、B。
方法技巧 对于变压器问题,副线圈的电阻可以等效到原线圈中。此题中用户端电阻等效到输电线路中,R等===R。
6.C 根据变压器的原理可得升压变压器原、副线圈的匝数比为=,故A错误;采用高压输电可以减小输电线中的电流,从而减小输电过程中的电能损失,电流表的示数为10 A,由公式==,得输电电流为I输=10×10 A=100 A,故B错误;电压表的示数为220 V,根据变压公式,==,输电电压为U2=10×220 V=2 200 V,输电线路输送电功率为P=U2I输=220 kW,故C正确;将P上移,则降压变压器的原线圈匝数减少,故用户获得的电压将升高,故D错误。
7.BD 当用电器正常工作消耗的总功率为P0=110 kW时,降压变压器副线圈中的电流为I4== A=500 A,由理想变压器的工作原理可知=,得I3=10 A,输电线上损失的功率为Pr=r=102×50 W=5 000 W,则变压器T1的输入功率为P=P0+Pr=110 kW+5 kW=115 kW,A错误;根据公式P=,得滑动变阻器的阻值为R== Ω=0.44 Ω,B正确;由u=200 sin 100πt(V)得,升压变压器原线圈两端电压为U1=200 V,电流为I1== A=575 A,则升压变压器原、副线圈的匝数之比====,C错误;输电效率为η==1-×,当滑动变阻器滑片向上滑动时,输电电流I2减小,则输电效率升高,D正确。故选B、D。
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第4节 电能的远距离输送
基础过关练
题组一 输电线上功率损失的计算
1.以下关于电能输送的说法不正确的是 ( )
A.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济
B.减小输电导线上功率损失的唯一方法是要采用高压输电
C.增大导线的横截面积可以减小输电导线上的功率损失
D.实际输送电能时,要综合考虑各种因素,如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等
2.(2021江苏南通期末)某水电站发电机的输出功率恒定,用升压变压器将电压升至U后向远处输电,输电电流为I,在用户端用降压变压器将电压降至所需电压。为减小输电线的热功率,下列措施可行的是 ( )
A.增大输电电流I
B.增大输电电压U
C.减少输电时间
D.减小输电导线的横截面积
3.为消除高压输电线上的冰凌,有人设计了利用电流的热效应除冰的思路。若在正常供电时,高压线上送电电压为U,电流为I,热耗功率为ΔP;除冰时,在输电功率、用户的输入电压和输电线电阻不变的情况下,通过自动调节高压输电变压器的变压比,使输电线上的热耗功率变为16ΔP,则除冰时 ( )
A.输电电流为4I B.输电电流为16I
C.输电电压为4U D.输电电压为
4.(2021湖南张家界期末)中央电视台某节目多次报道某些偏远地区的电价过高,人们负担过重,不利于国家扶贫政策的展开。为减少远距离输电的损耗, 某发电站采用高压向外输送电能,若输送的总功率为P0,输电电压为U,输电导线的总电阻为R,则下列说法正确的是 ( )
A.输电线上的电流I=
B.输电线上的电流I=
C.输电线上损失的功率
D.输电电压提高一倍,损失的功率减小为原来的一半
题组二 输电线上电压损失的计算
5.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线的总电阻为R,通过输电线的电流为I,学校得到的电压为U2,则输电线上损失的电压可表示为 ( )
A.U1 B.U1-IR
C.IR D.U2
6.某用电器与供电电源的距离为L,输电导线上的电流为I,若要求线路上的电压损失不超过U,已知输电导线的电阻率为ρ,那么,该输电导线的横截面积最小值是 ( )
A. B. C. D.
题组三 远距离输电问题
7.如图为某小型水电站的电能输送示意图,发电机的输出电压为200 V,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)。要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则 ( )
A.>
B.<
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
8.(2023湖北宜昌期中)一座小型水电站向山下村镇供电的示意图如图所示,升压变压器T1与降压变压器T2都是理想变压器。已知发电机输出电压U1=250 V,两个变压器的原副线圈匝数比分别为n1∶n2=1∶100,n3∶n4=110∶1,输电线总电阻为R=20 Ω,发电机输出功率为P=1 000 kW,下列说法正确的是 ( )
A.输电线上损失的电压为400 V
B.输电线上损失的功率为32 kW
C.用户得到的电压为220 V
D.深夜,用户的用电器减少时输电线上损失的功率将变大
9.(2022黑龙江哈九中期末)“西电东送”就是把煤炭、水能、风能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源,输送到电力紧缺的东部沿海地区。如图是远距离输电的电路示意图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为,降压变压器原、副线圈匝数比为,发电厂输出电压为U1,输出功率为P,升压变压器和降压变压器之间输电线总电阻为R,下列说法正确的是 ( )
A.若用户获得的电压也为U1,则=
B.用户获得的电压可能大于U1
C.当用户用电器总电阻增大时,输电线上损失的功率增大
D.输电线上损失的功率为ΔP=R
10.(2021山东泰安宁阳一中期中)特高压输电是中国高效远距离输电的一种重要方式。在某段特高压输电网络中,发电机组输出电压为10 kV,利用理想升压变压器将电压升至1 000 kV的特高压后输送,到达用电区后,经过降压处理再输送给工厂或用户。已知输送总功率为400万千瓦,输电线上损耗的功率占总功率的4%。求:
(1)升压变压器原、副线圈的匝数比;
(2)输电线的电阻。
能力提升练
题组一 远距离输电问题的分析与计算
1.如图所示为某一远距离输电示意图,电厂的发电机输出功率为100 kW,输出电压U1=500 V,升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶20,输电线电阻为40 Ω,用户需要的电压U4=220 V,变压器均为理想变压器,则 ( )
A.输电线上的输送电流为250 A
B.输电线上损失的电压为280 V
C.输电线上损失的电功率为4 kW
D.降压变压器的原、副线圈的匝数比为n3∶n4=48∶11
2.(2021浙江宁波期末)如图所示是三峡水电站向某地区送电的简化模型图。两变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为k1,降压变压器原、副线圈匝数比为k2,用户端得到的是电压为u=Um sin ωt、功率为P的正弦式交变电流,输电线总电阻为2r,不考虑其他影响,下列说法正确的是( )
A.升压变压器输出端的电压为
B.降压变压器的输入端的电压为k2Um
C.输电线上的电流为
D.输电线上损失的功率为
3.(2022湖北武汉常青一中期末)如图所示,高铁的供电流程是将高压220 kV或110 kV经过牵引变电所进行变压,降至27.5 kV,通过接触网上的电线与车顶上的受电器进行接触而完成受电,机车最终获得25 kV的电力使高铁机车运行。以下说法正确的是 ( )
A.若电网的电压为220 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶8
B.若电网的电压为110 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=4∶1
C.如果高铁机车功率为8 000 kW,则自牵引变电所至机车间的等效电阻约为85.9 Ω
D.如果高铁机车功率为8 000 kW,则自牵引变电所至机车间的等效电阻约为7.8 Ω
4.(2021山东滨州期末)为保障医院用电安全,供电部门专门为医院ICU病房区设计供电系统以及输电电路,如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,线框面积S=0.25 m2,匝数N=100,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'以3 000 r/min的转速匀速转动,其输出端通过电刷E、F与升压变压器的原线圈相连,图中电压表示数为250 V,降压变压器原、副线圈的匝数之比为5∶1,降压变压器的副线圈接入到病房区供电,两变压器间的输电线等效电阻R=20 Ω,变压器均为理想变压器。医院有五间标准ICU病房,病房内医疗设备额定工作电压均为U=220 V,每间病房的最大功率为P=4 400 W。当五间病房均满负荷工作时,求:
(1)磁感应强度B的大小;
(2)升压变压器原、副线圈匝数之比。
题组二 远距离输电问题的动态分析
5.(2023湖南长沙雅礼中学期中)如图是发电厂通过升压变压器进行高压输电,接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图。图中变压器均为理想变压器,所有电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压不变,两条输电线总电阻用R0表示,变阻器R相当于用户用电器的总电阻(视为纯电阻),其余电阻不计,下列说法正确的是 ( )
A.在用电高峰期,用户用电器的总电阻比平时小
B.增大R,电流表A1、A2、A3示数均变小
C.调节R,电压表V3的示数变化量大小与电流表A3的示数变化量大小之比为R0
D.若降压变压器原副线圈的匝数为n3、n4,则当R0=R时,用户端的功率达到最大值
6.(2022江苏淮安期中)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定,升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2。在输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是 ( )
A.升压变压器原、副线圈的匝数比为=
B.采用高压输电可以增大输电线中的电流,输电电流为100 A
C.输电线路输送电功率是220 kW
D.将P上移,用户获得的电压将降低
7.(2021四川遂宁期末)高压(特高压)输电是减小电能损失的有效方法,我国在这方面已经走到了世界前列。如图所示为远距离输电的示意图,图中变压器均为理想变压器,输电线总电阻r=50 Ω。用电器可等效为图中的滑动变阻器。已知u=200 sin 100πt (V),n3∶n4=50∶1,用电器额定电压为220 V,正常情况下用电器消耗的总功率为110 kW。下列说法正确的是 ( )
A.变压器T1的输入功率为125 kW
B.滑动变阻器的阻值R=0.44 Ω
C.升压变压器匝数比n1∶n2=1∶225
D.当滑动变阻器滑片向上滑动时,输电效率升高
第4节 电能的远距离输送
基础过关练
1.B 2.B 3.A 4.B 5.C 6.B
7.AD 8.BC 9.BD
1.B 输送电能的基本要求是可靠、保质、经济;减小输电线上的功率损失可采用高压输电,也可以减小输电线电阻,实际输电时,应综合考虑各种因素。故选B。
2.B 输电线的热功率P热=I2R,若增大输电电流I,会增大输电线的热功率,A错误;由于输出功率不变,根据P=UI,可知增大输电电压U,会减小输电电流I,从而减小输电线的热功率,B正确;输送功率与输电时间无关,C错误;根据R=ρ可知,减小输电导线的横截面积,会导致输电线电阻变大,从而增大输电线的热功率,D错误。故选B。
3.A 高压线上的热耗功率为ΔP=I2R线,若热耗功率变为16ΔP,则有16ΔP=I'2R线,得I'=4I,故A正确,B错误;又因为输送功率不变,由P=UI=U'I'得U'=U,故C、D错误。
4.B 根据P0=UI可得,输电线上的电流为I=,设损失电压为ΔU,则输电电流可表示为I=,此式中的ΔU不是输电电压U,故A错误,B正确;输电线上损失的功率为P损=I2R=R=,故C错误;根据P损=R可知,输电电压U提高一倍,损失的功率减小为原来的四分之一,故D错误。
5.C 设输电线上损失电压为ΔU,ΔU=U1-U2=IR,所以选项A、B、D错误,选项C正确。
6.B 输电线的最大电阻R线=,由电阻定律得R=ρ·,解得S=,B正确。
7.AD 由于输电线上的功率损耗,故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,P出-P损=P入,故D正确;=,=,因为U1=200 V
8.BC 升压变压器的输入电流为I1== A=4 000 A,升压变压器的输出电流为I2=I1=×4 000 A=40 A,输电线上损失的电压为ΔU=I2R=40×20 V=800 V,故A错误;输电线上损失的功率为ΔP=R=402×20 W=32 kW,故B正确;升压变压器的输出电压为U2=U1=×250 V=25 000 V,降压变压器的输入电压为U3=U2-ΔU=25 000 V-800 V=24 200 V,用户得到的电压为U4=U3=×24 200 V=220 V,故C正确;深夜,用户的用电器减少,则降压变压器的输入功率减小,输入电流减小,输电线上损失的功率减小,故D错误。故选B、C。
9.BD 升压变压器副线圈两端的电压为U2=U1,若用户获得的电压为U1,则降压变压器的输入电压为U3=U1,由于输电线上有电压损失,故U2>U3,即>,A错误;只要降压变压器原、副线圈匝数比合适,用户获得的电压可能大于U1,B正确;当用户用电器总电阻增大时,降压变压器副线圈中电流减小,输电线中电流减小,根据P=I2R可知,输电线上损失的功率减小,故C错误;由题意可知,副线圈中的电流为I2=,损失的功率为ΔP=R,联立解得ΔP=R,故D正确。选B、D。
10.答案 (1) (2)10 Ω
解析 (1)升压变压器原、副线圈的匝数比
===
(2)输电线上损耗的功率为
P损=P×4%=4×109 W×4%=1.6×108 W
输电线上的电流为I===4×103 A
由P损=I2R知输电线的电阻为
R===10 Ω
能力提升练
1.C 2.A 3.BD 5.AB 6.C 7.BD
1.C 根据理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数成正比得=,所以有U2=U1=10 000 V,发电机的输出功率为100 kW,所以有P2=P1=100 kW,输电线中电流为I2==10 A,故选项A错误;输电线上的电压损失U'=I2r=400 V,故选项B错误;输电线上损失的电功率为P'=r=4 000 W,故选项C正确;由U3=U2-U'=9 600 V,降压变压器原、副线圈的匝数比是==,故选项D错误。
2.A 设升压变压器原、副线圈的电压有效值分别为U1、U2,降压变压器原、副线圈的电压有效值分别为U3、U4,电流分别为I3、I4,则有U4=,=k2,P=U3I3,设输电线上分得的电压为ΔU,则ΔU=I3·2r,U2=U3+ΔU,联立解得U2=,故A正确;由=k2得U3=,故B错误;输电线上的电流为I3==,故C错误;输电线上损失的功率为ΔP=·2r=·2r=,故D错误。
3.BD 若电网的电压为220 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比为===;若电网的电压为110 kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比为===,A错误,B正确。若高铁机车功率为
8 000 kW,根据P=IU,U=25 kV,得电流I=320 A,牵引变电所至机车间的等效电阻R==≈7.8 Ω,C错误,D正确。
4.答案 (1) T (2)
解析 (1)线框转动的角速度为ω=2πn=100π rad/s
线框在匀强磁场中匀速转动产生交变电流,电压表示数为250 V,故感应电动势最大值Em=NBSω=250 V,解得B= T
(2)当五间病房均满负荷工作时,降压变压器副线圈中的电流I4=5×=100 A
根据理想变压器原、副线圈电流关系=
代入数据解得降压变压器原线圈中的电流I3=20 A
根据理想变压器原、副线圈电压关系=,已知U4=220 V
解得U3=1 100 V
设升压变压器原线圈电压为U1,副线圈电压为U2,根据U2-I3R=U3
代入数据解得U2=1 500 V
根据题意U1=250 V
则升压变压器的原、副线圈匝数之比为==
5.AB 在用电高峰期,用户用电器的总功率增大,总电流变大,故总电阻比平时小,A正确;增大R,则A3示数变小,根据理想变压器电流与匝数关系可知I3=I2,则电流表A2示数变小,则输电线电阻R0消耗功率减小,又由于I1=I2,则电流表A1示数变小,B正确;电压表V2、V3的示数之差与电流表A2的示数的比值为R0=,电压表V2的示数不变,电流表A2的示数与电流表A3的示数关系为I3=I2,所以电压表V3的示数变化量大小与电流表A3的示数变化量大小之比为R0,C错误;降压变压器的等效电阻为R等===R,根据闭合电路欧姆定律可知,R等=R0时,输出功率最大,即当R0=R时,用户端的功率达到最大值,D错误。故选A、B。
方法技巧 对于变压器问题,副线圈的电阻可以等效到原线圈中。此题中用户端电阻等效到输电线路中,R等===R。
6.C 根据变压器的原理可得升压变压器原、副线圈的匝数比为=,故A错误;采用高压输电可以减小输电线中的电流,从而减小输电过程中的电能损失,电流表的示数为10 A,由公式==,得输电电流为I输=10×10 A=100 A,故B错误;电压表的示数为220 V,根据变压公式,==,输电电压为U2=10×220 V=2 200 V,输电线路输送电功率为P=U2I输=220 kW,故C正确;将P上移,则降压变压器的原线圈匝数减少,故用户获得的电压将升高,故D错误。
7.BD 当用电器正常工作消耗的总功率为P0=110 kW时,降压变压器副线圈中的电流为I4== A=500 A,由理想变压器的工作原理可知=,得I3=10 A,输电线上损失的功率为Pr=r=102×50 W=5 000 W,则变压器T1的输入功率为P=P0+Pr=110 kW+5 kW=115 kW,A错误;根据公式P=,得滑动变阻器的阻值为R== Ω=0.44 Ω,B正确;由u=200 sin 100πt(V)得,升压变压器原线圈两端电压为U1=200 V,电流为I1== A=575 A,则升压变压器原、副线圈的匝数之比====,C错误;输电效率为η==1-×,当滑动变阻器滑片向上滑动时,输电电流I2减小,则输电效率升高,D正确。故选B、D。
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