高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交流电4 电能的传输复习练习题

第三章分层作业21　电能的传输

A级 必备知识基础练

1.(多选)在远距离输电时,输送的电功率为P,输送电压为U,所用导线的电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为L,输电线损失的电功率为P',用户得到的电功率为P用。P'和P用的关系式正确的是(　　)

A.P'= B.P'=

C.P用=P- D.P用=P

2.“西电东送”是将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区,为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量,需要采用高压输电。某发电机输出的交变电流经理想变压器升压后向远处输送,最后经理想变压器降压后输送给用户。下列说法不正确的是(　　)

A.若减少升压变压器原线圈的匝数,输电线上损失的功率将减小

B.用户获得的交变电流频率与发电机输出的交变电流频率相同

C.若增加用户用电负载的数量,输电线上损失的功率将增加

D.根据欧姆定律,输电电压增加,则输电电流增加

3.远距离输电的原理图如图所示,发电机输出电压不变,升压变压器、降压变压器均为理想变压器,降压变压器的原、副线圈匝数之比为n。若用户负载发生变化,电压表V的示数变化ΔU,电流表A的示数变化ΔI,=k,则两变压器间输电线的总电阻R等于(　　)

A.nk B.

C.n2k D.

4.(多选)某学校建有节能环保风力发电演示系统,该系统由风力发电部分、远距离输电部分和用户三部分构成,简易示意图如图所示。已知发电机线圈的转速与风速成正比,输电导线的等效电阻为r,变压器均为理想变压器,用户部分的小灯泡在合理工作电压范围内,忽略其他因素的影响。当风速变大时,发电演示系统(　　)

A.升压变压器的输入电压保持不变

B.升压变压器的输入电流保持不变

C.输电导线上的损耗功率变大

D.用户部分的小灯泡变亮

5.(多选)白鹤滩水电站采用的±800 kV特高压直流输电工程是国家“西电东送”战略的重点工程。白鹤滩水电站向某地输电时,如果保持输送的电功率不变,将输电电压由400 kV的超高压改为800 kV特高压,不考虑其他因素的影响,下列说法正确的是(　　)

A.输电线上的电压损耗变为原来的两倍

B.输电线上的功率损耗变为原来的四分之一

C.超远距离输电时,高压直流输电比高压交流输电更有优势

D.实际输电时,并不是输电电压越高越好,要综合考虑各种因素

6.(多选)如图所示,为了减少输电线路中的电力损失,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送,再经变电所将高压变为低压。某变电所将电压u0=11 000sin 100πt(V)的交变电流降为220 V供居民小区用电,则该变电所变压器(　　)

A.原、副线圈匝数比为50∶1

B.副线圈中电流的频率是50 Hz

C.原线圈的导线比副线圈的要粗

D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和

7.(2023河南新乡高二期末)为特种设备设计的供电系统以及输电电路如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于水平向右的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度大小B= T,线框面积S=0.2 m2、匝数n=60,绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动。线框输出端通过电刷E、F与升压变压器的原线圈相连,降压变压器的副线圈接入特种设备,两变压器间的输电线等效电阻R=25 Ω,已知特种设备的工作电压U=380 V,消耗的功率P=95 kW,两变压器均为理想变压器,降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4=25∶1,线框电阻不计,π取3.14。

(1)若线框以50 r/s的转速匀速转动,求图中电压表(视为理想电表)的示数U1;

(2)若图中电压表的示数U1=250 V,求升压变压器原、副线圈的匝数之比。

B级 关键能力提升练

8.我国超级电网将热、水、风、光、核发电及电动汽车电池储能并入电网。某小型发电站高压输电示意图如图所示。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器,两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是(　　)

A.两互感器均起到降压作用

B.若电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则线路输送电功率为220 kW

C.若保持发电机输出电压U1和用户数一定,仅将滑片Q下移,则输电线损耗功率减少

D.若发电机输出电压U1一定,若用户数增加,为维持用户电压U4一定,可将滑片N下移

9.(多选)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6 V,定值电阻R1=R2=20 Ω,小灯泡L1、L2的规格均为“6 V　1.8 W”,理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ,两电路都稳定工作时,(　　)

A.L1与L2一样亮

B.L2比L1更亮

C.R1上消耗的功率比R2的大

D.R1上消耗的功率比R2的小

10.(多选)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(可视作理想变压器),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,牵引变电所至机车间的线路损耗的电功率为800 kW

D.如果高铁机车功率为8 000 kW,则自牵引变电所至机车间线路的等效电阻约为85.9 Ω

11.在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个电站,输送的电功率P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得在一昼夜(24小时)内在输电线上的损失为4 800 kW·h。

(1)求这时的输电效率η和输电线的总电阻r。

(2)若使输电效率提高到90%,又不改变输电线,那么应使用多高的电压输电?

(3)在第(2)问的情况下,若用户得到电压为220 V,则进入用户前的降压变压器的变压比为多大?

参考答案

分层作业21　电能的传输

1.BD　解析 输电线电阻R=ρ,输电电流I=,故输电线上损失的功率P'=I2R=,用户得到的电功率P用=P-P'=P。故选项B、D正确。

2.D　解析 减少升压变压器原线圈的匝数,输电电压增加,根据P=IU输电电流减小,损失功率减小,故A正确;变压器并不能改变交变电流的频率,则用户获得的交变电流频率与发电机输出的交变电流频率相同,故B正确;若增加用户用电负载的数量,总电阻减小,电流增大,由P=I2R知损失功率增大,故C正确;根据P=IU,输电电压增加,输电电流减小,故D错误。

3.C　解析 电压表V的示数变化ΔU,则降压变压器的原线圈两端电压变化了nΔU,电流表A的示数变化ΔI,则流过R的电流变化了,所以两变压器间输电线的总电阻R==n2k,故选C。

4.CD　解析 当风速变大时,线圈的转速也增大。根据E=BLv可知,当v增大时,产生的感应电动势E随之增大,即产生的输入电压增大,故A错误;由于升压变压器的输入电压增大,而原、副线圈匝数比不变,线路上的阻值不变,所以输入电流也将增大,故B错误;由于线路中的电流增大,R不变,由P损=I2R可知,线路损耗的功率变大,故C正确;由于升压变压器的输入电压增大,而原、副线圈匝数比不变,所以降压变压器的输出电压也随之增大,由P=可知,用户部分的小灯泡电阻不变,电压变大,实际功率将变大,小灯泡变亮,故D正确。

5.BCD　解析 保持输送的电功率不变,输电线上的电压损耗ΔU=IR=R,将输电电压由400kV的超高压改为800kV特高压,电压提高两倍,则电压损耗变为原来的一半,故A错误;输电线上的功率损耗ΔP=I2R=R,电压提高两倍,输电线上的功率损耗变为原来的四分之一,故B正确;在超远距离输电时,线路上的电感与电容对交变电流会产生阻碍,而且易产生交变电流相位的变化,高压直流输电比高压交流输电更有优势,故C正确;实际输电时,要综合考虑各种因素,输电电压越高对绝缘等其他要求越高,并不是输电电压越高越好,故D正确。

6.AB　解析 降压变压器输入电压的最大值为11000V,则有效值为11000V,则,A正确;交变电流的频率f=Hz=50Hz,经过变压器后,交变电流的频率不变,B正确;降压变压器副线圈中的电流大于原线圈中的电流,为了使线圈放出的热量尽量少,则副线圈导线的电阻应小于原线圈导线的电阻,则副线圈导线应比原线圈导线粗,C错误;副线圈中的电流等于居民小区各用电器电流的总和,而原、副线圈中的电流不相等,所以输入原线圈的电流不等于居民小区各用电器电流的总和,D错误。

7.答案 (1)157 V　(2)

解析 (1)发电机的矩形线框产生的感应电动势的最大值

Em=nBSω

线框转动的角速度ω=2πn=100πrad/s

题图中电压表的示数为感应电动势的有效值,则U1=

解得U1=157V。

(2)特种设备工作时,降压变压器副线圈的电流I4==250A

设输电线中的电流为I3,降压变压器原线圈两端的电压为U3,根据理想变压器规律有

升压变压器副线圈的电压U2=U3+I3R

升压变压器原、副线圈的匝数之比

联立解得。

8.B　解析 电压互感器起降压作用,电流互感器起减小电流(升压)作用,故A错误。电压互感器原线圈两端电压U2=U=×220V=2200V,电流互感器原线圈中的电流I2=I=×10A=100A,对于理想变压器,输送功率P=P2=U2I2=2200×100W=220000W,故B正确。将滑片Q下移,相当于增加了升压变压器副线圈的匝数n2,根据理想变压器的规律U2=U1,升压变压器副线圈两端的电压增大;降压变压器原线圈两端电压U3增大,副线圈两端电压U4增大,通过负载的电流I4=,当R不变时,I4增大,降压变压器原线圈中的电流I3=I4,匝数比不变,I3增大,输电线上损失功率ΔP=r增大,故C错误。当用户数增加,负载电阻R减小,若降压变压器副线圈两端电压U4不变,通过副线圈的电流I4=增大,原线圈中的电流增大,输电线上的电压损失ΔU=I3r增大;原线圈两端电压U3=U2-ΔU将减小,根据U4=U3可知,当U3减小时,减小n3可以使U4不变,所以要将降压变压器的滑片N上移,故D错误。

9.BC　解析 若开关接cd端,则设电源电压为U0,理想变压器T1、T2的匝数比为=k,用户电阻为R负载,输电线电阻为R导线,由变压器工作原理和欧姆定律,升压变压器输出电压U2=kU0,降压变压器输入电压U3=U2-I2R导线,降压变压器输出电压U4=,I4==k,I3=I2,可得输电功率为P输=U2I2=,输电线上损耗的电功率为P导线=R导线=R导线,用户得到的电功率为P负载=·k2R负载,若开关接ab端,则负载得到的功率P负载'=·R负载,输电线上损耗的电功率为P导线'=R导线,将R导线=R1=R2=20Ω,R负载=Ω=20Ω,k=3代入可得P负载>P负载',即L2比L1更亮;P导线<P导线',R1上消耗的功率比R2的大。故选B、C。

10.BC　解析 根据变压器的工作原理可知,若电网的电压为220kV或110kV时,变压器原、副线圈匝数比为8∶1或4∶1,故A错误,B正确;变压器变压后的电压为27.5kV,机车最终获得25kV的电力,则线路损失的电压为2.5kV。由公式P=UI可知线路中的电流为I线==320A,则线路损耗的电功率为P损=U损I线=2.5kV×320A=800kW,线路的等效电阻为R线==7.8125Ω,故C正确,D错误。

11.答案 (1)60%　20 Ω　(2)10 kV　(3)

解析 (1)输送功率P=500kW,一昼夜输送的电能E=Pt=12000kW·h

终点得到的电能E'=E-ΔE=7200kW·h

输电效率η==60%

由P=UI得,输电线上的电流I=100A

输电线损耗功率Pr=kW=200kW

由Pr=I2r得

r=20Ω。

(2)若使输电效率提高到90%,即输电线上损耗的功率为Pr'=P(1-90%)=50kW

由Pr'=r得

I1=50A

P=U'I1得输电电压应调为U'=10kV。

(3)用户降压变压器的输入电压为U1=U'-I1r=9×103V

用户降压变压器的输出电压U2=220V

由得

。