2019-2020学年高中物理新人教版选修3-2：5.5电能的输送 同步练习（解析版）

第五章 第5节　电能的输送
1．远距离输电时，在输送功率不变的条件下(　　)
A．只有增大导线的电阻，才能减小输电电流，提高输电效率
B．提高输电电压，能减小输电电流，提高输电效率
C．提高输电电压，势必增大输电导线上能量的损耗
D．提高输电电压，势必增大输电导线上的电流
解析：选B　在输送功率一定的前提下，P输＝U输I输，P损＝I输2R线，η＝×100%，B正确．
2．超导是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V，若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为(　　)
A．1 kW　　　　　　　　 　B．1.6×103 kW
C．1.6 kW D．10 kW
解析：选A　节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率，I＝＝ A＝50 A，P线＝I2R＝502×0.4 W＝1 000 W，故节约的电功率为1 kW，A项正确．
3．用U1和U2两种电压通过相同长度和材料的导线输电，若输送的电功率相等，在输电导线上损失的电功率也相同，则在两种情况下输电导线截面积之比S1∶S2为(　　)
A. B.
C.2 D.2
解析：选C　由输送的电功率P＝IU，损失的电功率ΔP＝I2R，得ΔP＝R.由题意知，R1＝R2，由此得＝，因为R＝ρ，所以＝，故C正确．
4．远距离输电线路的示意图如图所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是(　　)
A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C．当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大
D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
解析：选C　变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项A、B错误；用户用电器总电阻减少，根据P＝，消耗功率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C项正确；升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压，D项错误．
5．(多选)为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰．若在正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，发热功率为ΔP；除冰时，输电线上的发热功率需变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)(　　)
A．输电电流为3I B．输电电流为9I
C．输电电压为3U D．输电电压为U
解析：选AD　输电功率P＝UI，输电线电阻为R，则ΔP＝I2R＝2R，除冰时，输电线上的发热功率为9ΔP，那么输电电流应变为3I，由于输电功率保持不变，输电电压变为U，A、D正确．
6．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，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
解析：选AD　由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数之比的关系，可知要让用电器正常工作，必须有>，故A项正确，B、C项错误；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D项正确．
7．(2019·峨山县模拟)随着社会发展，人类对能源的需求日益增加，节能变得愈加重要．甲、乙两地采用电压U进行远距离输电，输电线上损耗的电功率为输入总功率的k(0A． 倍 B． 倍
C．5k 倍 D．25k倍
解析：选A　设输送的电功率为P，当输送电压为U时，输送电流I＝，输电线上损失的功率ΔP＝I2R＝2R，当输送电压为5U时，在线路上损失的功率变为输入总功率的倍，A选项正确．
8．发电厂输出的交流电压为2.2×104 V，输送功率为2.2×106 W，现在用户处安装一降压变压器，用户的电压为220 V，发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22 Ω，求：
(1)输电导线上损失的电功率；
(2)降压变压器原副线圈匝数之比为多少？
解析：(1)输送电流为I线＝＝ A＝100 A
则损失功率为P损＝I线2R线＝1002×22 W＝2.2×105 W.
(2)变压器原线圈电压U1为
U1＝U总－U线＝U总－I线R线＝2.2×104 V－100×22 V＝19 800 V
所以原副线圈匝数比＝＝.
答案：(1)2.2×105 W　(2)90∶1
1．为了减少输电线路中电能损失，发电厂发出的电通常是经过升压变电站升压后通过远距离输送，再经过降压变电站将高压变为低压，某降压变电站将电压U0＝11 000·sin 100πt V的交流电降为220 V供居民小区用电，则下列说法错误的是(　　)
A．降压变电站原、副线圈匝数比为50∶1
B．输电电流的频率是50 Hz
C．降压变电站副线圈的导线比原线圈的要粗
D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和
解析：选D　原电压的有效值为U1＝11 000 V，由＝得，＝，A正确；变压器不改变交流电的频率，B正确；由＝得，副线圈的电流大，要想导线发热少，导线要粗一些(电阻小)，C正确；居民小区各用电器电流总和应该等于副线圈的电流，D错误．
2．某科技小组在实验室中研究远距离输电．由于输电线太长，他将每50米导线卷成一卷，共卷成8卷来代替输电线路．第一次直接将输电线与实验电源及用电器相连，测得输电线上的输电电流和损失的功率为I1、P1；第二次采用如图所示的电路输电，其中理想变压器T1与电源相连，其原、副线圈的匝数比为n1∶n2，理想变压器T2与用电器相连，测得输电线上的输电电流和损失的功率为I2、P2.下列说法中正确的是(　　)
A．第二次实验时因为多接了两个变压器，所以P2>P1
B．通过该实验可以证明，提高输电电流能减少远距离输电的能量损失
C．若输送功率一定，则I2∶I1＝n1∶n2
D．若输送功率一定，则P2∶P1＝n22∶n12
解析：选C　第一次实验输电线上的电流I1＝，输电线上损失的功率P1＝I12R＝R；第二次实验，升压变压器副线圈上的电压U2＝U1，输电线上的电流I2＝，输电线上损失的功率P2＝I22R＝R，所以I2∶I1＝U1∶U2＝n1∶n2，P2∶P1＝U12∶U22＝n12∶n22，由于n13．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．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
解析：选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，根据电流互感器原理及匝数比为1∶10，由公式＝＝，得输电电流为IA2＝10×10 A＝100 A，故B错误；根据电压表的示数为220 V，根据变压公式，＝＝，输电电压为U2＝10×220 V＝2 200 V，线路输送电功率为P＝U2IA2＝220 kW，故C正确；将P上移，则降压变压器的初级线圈减小，故用户获得的电压将升高，故D错误．
4．(多选)如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220 V，正常情况下输出的总功率P0＝8.8×104 W，为了减少远距离输电过程中的电能损失，往往采用高压输电．输送电压为u＝1 100sin 200πt V，输电导线的总电阻为r＝5 Ω，现要使额定电压为220 V的用电器正常工作，下列说法中正确的是(　　)
A．输电线上的电流为220 A
B．降压变压器匝数比＝
C．用电器的额定功率P＝5.6×104 W
D．用电器上交流电的频率是100 Hz
解析：选CD　输送电压为u＝1 100sin 200πt V，可知输送电压的有效值为1 100 V，输电线上的电流：I＝＝＝80 A，故A错误；输电线消耗的电压：U损＝Ir＝80×5＝400 V，到达降压变压器的电压：U3＝U－U损＝1 100－400＝700 V，所以降压变压器的匝数比：＝＝＝，故B错误；输电线损耗的电功率：P损＝I2r＝802×5＝32 000 W，到达降压变压器的电功率：P3＝P－P损＝8.8×104－32 000＝5.6×104 W，理想变压器的输出功率等于输入功率，所以用电器的额定功率也是5.6×104 W，故C正确；由于输送电压为u＝1 100sin 200πt V，可知输送电压的频率为100 Hz，所以用电器上交流电的频率是100 Hz，故D正确．
5．某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是6 Ω.
(1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率；
(2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，求用户得到的电压．
解析：(1)输电线上的电流为
I＝＝ A≈52.63 A
输电线路损耗的功率为
P线＝I2R＝52.632×6 W≈16 620 W＝16.62 kW.
(2)改用高压输电后，输电线上的电流变为
I′＝＝ A＝4 A
用户端在变压器降压前获得的电压
U1＝U－I′R＝(5 000－4×6)V＝4 976 V
根据＝
用户得到的电压为
U2＝U1＝×4 976 V≈226.18 V.
答案：(1)16.62 kW　(2)226.18 V
6．某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为100 kW，输出电压为500 V，输电导线的总电阻为10 Ω，导线上损耗的电功率为4 kW，该村的用电电压是220 V.
(1)输电电路如图所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；
(2)如果该村某工厂用电功率为60 kW，则该村还可以装“220 V　40 W”的电灯多少盏？
解析：(1)根据功率公式可知，P损＝I22R线，解得升压变压器的输出电流I2＝ ＝20 A，升压变压器的输入电流I1＝＝200 A，根据理想变压器电流和匝数关系可知，＝＝，根据欧姆定律可知，U3＝U2－I2R线＝4 800 V，根据理想变压器电压和匝数关系可知，＝＝.
(2)降压变压器中输出功率等于输入功率，P3＝P4，其中P4＝(40n＋60×103)W，P3＝96 kW，联立解得n＝900盏．
答案：(1)1∶10　240∶11　(2)900盏