第4章《远距离输电》章末测试题word版含答案

绝密★启用前
2019鲁科版高中物理选修3-2第4章《远距离输电》章末测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω 和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为(　　)

A． 2
B． 3
C． 4
D． 5
【答案】B
【解析】开关断开时，原、副线圈的电流比＝，通过R2的电流I2＝，副线圈的输出电压U2＝I2(R2＋R3)＝，由＝可得原线圈两端的电压U1＝5I()2，则U＝U1＋IR1＝5I()2＋3I；开关闭合时，原、副线圈的电流比＝，通过R2的电流I2′＝，副线圈的输出电压U2′＝I2′R2＝，由＝可得原线圈两端的电压U1′＝4I()2，则U＝U1′＋4IR1＝4I()2＋12I，解得＝3，选项B正确．
2.如图是4种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 V,40 W”，当灯泡所消耗功率都调至20 W时，电路中消耗的电功率关系为(　　)


A．P1＝P2＝P4>P3
B．P4>P1＝P2>P3
C．P4>P1>P2>P3
D．P1>P2>P4>P3
【答案】B
【解析】(1)、(2)采用串联分压方法，电路消耗的功率相等；(3)采用变压器分压，最节能；(4)采用分压电路分压，最耗能．
3.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n.原线圈接正弦交流电压U，输出端A、A1、A2、A3为理想交流电流表，R为三个完全相同的电阻，L为电感，C为电容，当输入端接通电源后，电流表A读数为I.下列判断正确的是(　　)

A． 副线圈两端的电压为nU
B． 通过副线圈的最大电流I
C． 电流表A1的读数I1大于电流表A2的读数I2
D． 电流表A3的读数I3＝0
【答案】C
【解析】A、根据＝＝n得：＝n，所以R1两端的电压为：，故A错误；根据题意得副线圈的电流为I，所以通过副线圈的最大电流为I，故B错误；线圈会产生感应电流阻碍原电流即I1＞I2，故C正确；电容器通交流阻直流，故有电流通过电流表A3，即I3≠0，故D错误．
4.在如图所示的电路中，理想变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么(　　)

A． L1和L2都能正常工作
B． L1和L2都不能正常工作
C． L1和L2只有一个能正常工作
D． 条件不足，无法判断
【答案】A
【解析】由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡L3、L4，每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈中的电流等于一个灯泡额定电流的两倍．根据原、副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流等于副线圈中电流的二分之一，即恰好等于灯泡L1、L2的额定电流，L1和L2都能正常工作．
5.如图所示，甲、乙两个交流电路中，电源的输出电压、输出电流均相等．若理想变压器原、副线圈的匝数为n1、n2，则负载电阻R1与R2的比值为(　　)

A．n1∶n2
B．n2∶n1
C．n∶n
D．n∶n
【答案】C
【解析】设电源的电压为U1，则R1消耗的功率P1＝，根据电压与匝数成正比得U2＝U1，则R2消耗的功率P2＝，因为P1＝P2，所以＝，故选C.
6.如图所示，半径为L＝1 m的金属圆环，其半径Oa是铜棒，两者电阻均不计且接触良好．今让Oa以圆心O为轴，以角速度ω＝10 rad/s匀速转动，圆环处于垂直于环面、磁感应强度为B＝2 T的匀强磁场中．从圆心O引出导线，从圆环上接出导线，并接到匝数比为n1∶n2＝1∶4的理想变压器原线圈两端．则接在副线圈两端的理想电压表的示数为(　　)

A． 40 V
B． 20 V
C． 80 V
D． 0 V
【答案】D
【解析】由于Oa棒以圆心O为轴，匀速转动，产生恒定的感应电动势，变压器铁芯中磁通量不变，接在副线圈两端的理想电压表的示数为零，选项D正确．
7.如图甲所示电路中，A1、A2、A3为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3的阻值相同，线圈L的电阻不计．在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在t1～t2时间内(　　)


A． 电流表A1的示数比A2的小
B． 电流表A2的示数比A3的小
C． 电流表A1和A2的示数相同
D． 电流表的示数都不为零
【答案】C
【解析】理想变压器原线圈中的磁感应强度随时间均匀增加，穿过副线圈的磁通量也将随时间均匀增加，副线圈中产生恒定的感应电动势，副线圈中的电流为恒定电流，电感线圈对恒定电流无阻碍作用，因而电流表A1和A2的示数相同，C项正确，A项错误；恒定电流不能通过电容器，因而电流表A3的示数为零，B、D项错误．
8.理想变压器原线圈接在电压恒定的交流电源上，副线圈上接通电阻为R的电热器，此时变压器恰好在额定功率下工作，下列做法仍能保证变压器安全的是(　　)
A． 只减少副线圈的匝数
B． 只增加副线圈匝数
C． 只减少R的值
D． 只减少原线圈匝数
【答案】A
【解析】根据P入＝P出＝＝有当n2增加时，P入增加，不能保证变压器的安全，故B错．当减小R时，P入增加，故C错；当减小n1时，P入增加，故D错；只有n2减小时，P入减小，才能保证变压器的安全．
9.如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，降压后通过一段电阻不可忽略的线路接用电器，其中灯L1、L2的规格完全相同，R为一滑动变阻器．现将R的滑动触头P向下滑动，则交流电压表V、交流电流表A的示数变化及灯L1、灯L2的明暗变化情况为(　　)

A． V增大，A增大，灯L1、灯L2都变亮
B． V增大，A减小，灯L1变亮，灯L2变暗
C． V减小，A减小，灯L1变暗，灯L2变亮
D． V不变，A减小，灯L1不变，灯L2变暗
【答案】B
【解析】将电阻不可忽略的线路等效为电阻R3(如图所示)，其他字母所表示的物理意义如图中所示，

因U4＝U0，则U4不变；P向下滑动，R增大，总电阻R总增大，总电流I3减小 ，U3减小，因U1＝U4－U3，则U1增大，电压表V示数增大；因I1＝，I1增大，灯L1变亮；又由I2＝I3－I1知，I2减小，灯L2变暗；又因U0I0＝U4I3，则I0减小，正确答案为B.
10.将电阻R1和R2按如图甲所示接在理想变压器上，变压器原线圈接在电压为U的交流电源上，R1和R2的电功率之比为2∶1，若其它条件不变，只将R1和R2改成如图乙所示的接法，R1和R2上的功率之比1∶8，则图乙中两组副线圈的匝数之比n1∶n2为(　　)

A． 1∶2
B． 1∶4
C． 1∶8
D． 1∶16
【答案】A
【解析】甲图中，R1和R2上的电功率之比为2∶1，R1和R2串联，则电流相等，
根据功率之比＝＝，乙图中R1和R2上的功率之比为1∶8，则乙图两副线圈的功率之比＝＝，可得U1∶U2＝1∶2.则图乙中两组副线圈的匝数之比等于电压之比为1∶2，故A正确．
11.远距离输电时，若保证电能的输送功率不变，则(　　)
A． 由公式P＝得，输电电压越高，输电导线上的功率损失越大
B． 由公式P＝得，输电导线的电阻越大，输电导线上的功率损失越小
C． 由公式P＝I2R得，输电电流越大，输电导线上的功率损失越大
D． 由公式P＝IU得，输电导线上的功率损失与电流强度成正比
【答案】C
【解析】当输电线的电阻和输送的电功率不变时，根据P＝UI，知输送电压越高，输电线上的电流越小，根据P损＝I2R，输电线上损失的功率越小，故A错误，根据P损＝I2R，得输电导线的电阻越大，输电电流越大，输电导线上的功率损失越大，B错误，C正确；根据P损＝I2R，输电导线上的功率损失与电流强度的平方成正比，D错误，故选C.
12.如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有三只灯泡L1、L2和L3，输电线的等效电阻为R，原线圈接有一个理想电流表，开始时开关S接通，当S断开时，以下说法正确的是(　　)

A． 原线圈两端P、Q间的输入电压减小
B． 等效电阻R上的功率变大
C． 原线圈中电流表示数变大
D． 灯泡L1和L2变亮
【答案】D
【解析】当S断开时，副线圈总电阻变大，而输入电压不变，通过R的电流变小，由P＝I2R知，B错；由于副线圈电流变小，原、副线圈电压不变，输出功率减小，输入功率也减小，输入电流减小，C错；UMN不变，UR减小，灯泡L1与L2两端电压增大，D对．
13.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P＝，所以应降低输送的电压，增大输电导线的电阻，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
【答案】C
【解析】在求热损耗时：P损＝IR线或用P热＝U线I线，也可用P＝，但U必须为输电线两端的电压．
14.如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)．对整个送电过程，下列说法正确的是(　　)

A． 输电线上的损失功率为300 W
B． 升压变压器的匝数比为1∶100
C． 输电线上的电流为100 A
D． 降压变压器的输入电压为4 700 V
【答案】A
【解析】输电线上的损失功率为0.6%×50 kW＝300 W，选项A正确．由I2R＝300 W可得输电线上电流I＝10 A，升压变压器副线圈电压为5 000 V，升压变压器的匝数比为1∶10，选项B、C错误．输电线损失电压为IR＝30 V，降压变压器的输入电压为4 970 V，选项D
错误．
15.如图所示，甲中有两条不平行轨道而乙中的两条轨道是平行的，其余物理条件都相同．金属棒MN都正在轨道上向右匀速平动，在棒运动的过程中，将观察到(　　)


A． L1，L2都不发光
B． L1发光且亮度不变，L2不发光
C． L2发光且亮度不变，L1不发光
D． L1、L2小电珠都发光，且L1逐渐变亮L2亮度不变
【答案】B
【解析】题图乙中，导体棒匀速运动，根据公式E＝BLv可得，产生的感应电动势是恒定的，而变压器是利用电磁感应原理工作的，所以恒定电流对变压器不起作用，故L2不发光，题图甲中，导体棒的有效切割长度在增大，故根据公式E＝BLv可得产生的感应电动势在增大，所以左边部分线圈中的磁通量变化，故产生感应电流，所以L1发光，由于产生的感应电动势是均匀变化的，所以感应电流是恒定不变的，故B正确．
16.远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是(　　)
A． 输电线上的电流变为原来的n倍
B． 输电线上的电压损失变为原来的
C． 输电线上的电功率损失变为原来的
D． 若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍
【答案】D
【解析】P＝UI，当U变为原来的n倍时，I变为原来；输电线上的电压损失：
ΔU＝R线
电功率损失：P损＝()2R线①
输电线电阻R线＝ρ，当l变为原来的n2倍时，电阻增大为原来的n2倍，由①式知P损不变．
17.理想变压器原、副线圈匝数比＝，原线圈接在有效值为200 V的正弦交流电源上，当原线圈电流方向如图所示，大小逐渐减小到零的时刻，副线a、b两端(　　)

A．a、b间电势差为100V，a端电势较高
B．a、b间电势差为100V，b端电势较高
C．a、b间电势差为V，b端电势较高
D．a、b间电势差为零
【答案】B
【解析】＝＝，所以Uab＝100 V，这是副线圈电压的有效值．当原线圈中正弦交变电流i减小为零的时刻，铁芯中磁通量也减小到零，但这时磁通量的变化率最大，产生的感应电动势达到最大值，理想变压器副线圈两端电压等于感应电动势，所以a、b间电势差为峰值100V．根据楞次定律可判断出副线圈中感应电流的方向从a到b，所以b端电势较高，选项B正确．
18.如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A． 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B． 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C． 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D． 若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
【答案】B
【解析】滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，总电阻变大，而副线圈两端的电压不变，则干路中的电流减小，R1消耗的功率变小，A错误；干路中的电流变小，R1两端的电压变小，并联电路的电压变大，即电压表V示数变大，B正确；副线圈干路中的电流变小，所以原线圈中的电流变小，即电流表A1的示数变小，C错误；闭合开关S后，并联电路的阻值变小，总电阻变小，干路中的电流变大，R1两端的电压变大，并联电路的电压变小，通过R2的电流变小，即电流表A2示数变小，因变压器的功率变大，故电流表A1示数变大，D错误．
19.图甲所示的变压器原、副线圈匝数比为3∶1，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图象，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表， 下说法正确的是(　　)


A．ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝27sin 100πt(V)
B． 电流表的示数为2 A，且四只灯泡均能正常发光
C． 流过灯L2的电流每秒钟方向改变50次
D．ab输入端输入功率Pab＝18 W
【答案】B
【解析】由题知，cd的电压瞬时值表达式为Ucd＝27sin 100πtV，有效值为U1＝27 V，由＝得副线圈U2＝9 V，则L2、L3、L4均能正常发光，每只灯泡的电流I′＝＝A＝A，副线圈电流I2＝3×A＝2 A，由＝得原线圈的电流I1＝A，L1也能正常发光，ab输入电压的表达式为Uab＝36sin 100πtV，A错，B对；由图象知交流电的周期为0.02 s，交流电的频率为50 Hz，流过灯L2的电流每秒钟方向改变100次，C错；ab输入端输入功率Pab＝36×W＝24 W，D错，所以本题选择B.
20.如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V、电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为(　　)

A． 2.2×103W
B． 2.2×10－2W
C． 2.2×108W
D． 2.2×104W
【答案】C
【解析】由电流互感器知高压输电线中电流I＝1 000 A，由电压互感器知高压U＝220×103V，则高压输电线功率P＝UI＝2.2×108W.
第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)
(1)画出上述输电全过程的线路图；
(2)若发电机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
(3)在(2)中条件下，若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；
(4)计算(3)中降压变压器的输出功率．
【答案】(1)见解析图　(2)6 250 V　16 A
(3)15.6 Ω　6 000 V　(4)96 kW
【解析】(1)

或
(2)对升压变压器，据公式＝，有
U2＝U1＝×250 V＝6 250 V
I2＝＝＝A＝16 A
(3)P损＝IR线，P损＝0.04P1
所以：R线＝＝Ω＝15.625 Ω
因为ΔU＝U2－U3＝I2R线
所以U3＝U2－I2R线＝(6 250－16×15.625) V＝6 000 V
(4)P4＝P1－P损＝0.96P1＝0.96×100 000 W＝96 000 W＝96 kW.
22.如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)．那么：

(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？
(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？
【答案】(1)在输电线上有功率损失和电压损失．
(2)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因．
功率损失表达式：ΔP＝I2r＝r，所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U.
【解析】
23.风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，如图所示，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等．

(1)利用总电阻R＝10 Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能．输送功率P0＝300 kW，输出电压U＝10 kW，求导线上损失的功率与输送功率的比值；
(2)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积．设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm；在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施．
(3)已知风力发电机的输出功率P与Pm成正比．某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW.我国某地区风速不低于v2＝ 6 m/s的时间每年约为5 000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时．
【答案】(1)0.03　(2)πρr2v3　措施见解析
(3)8×105kW·h
【解析】(1)导线上损失的功率为P＝I2R＝()2R＝9 kW，损失的功率与输送功率的比值＝＝0.03.
(2)风垂直流向风轮机，提供的风能功率最大．
单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，
S＝πr2，风能的最大功率可表示为Pm＝(ρvS)v2＝πρr2v3.
采取措施合理，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等．
(3)风力发电机的输出功率为P2＝()3P1＝()3×540 kW＝160 kW，最小年发电量为W＝P2t＝160×5 000 kW·h＝8×105kW·h.
24.某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4 kV，通过理想变压器升压后向
125 km远处用户供电．已知输电线的电阻率为ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×
10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：
(1)画出远距离输电的示意图；
(2)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
(3)如果用户用电器的额定电压为220 V，所用理想降压变压器原、副线圈匝数比是多少？
【答案】(1)

(2)1∶25　(3)4 800∶11
【解析】(1)远距离输电的示意图，如图所示．

(2)导线电阻R线＝ρ
得R线＝40 Ω，
升压变压器副线圈电流I2＝I线
又I·R线＝4%P
解得I2＝100 A
根据P＝U2I2
得U2＝100 kV
根据变压比公式有＝＝.
(3)降压变压器的输入电压为U3＝U2－I2R线＝96 kV
由＝，得＝.