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人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送一课一练
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送一课一练,共6页。
基础达标练
1.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的,可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯,电灯比深夜时要显得暗些,这是因为此时( C )
A.总电阻比深夜时大,干路电流小,每盏灯分到的电压就小
B.总电阻比深夜时小,干路电流小,每一支路的电流就小
C.总电阻比深夜时小,干路电流大,输电线上损失的电压大
D.干路电流一定,支路比深夜时多,分去了一部分电压
解析:此时用电器多,电阻小(因为用电器都是并联的),而变压器输出电压U不变,由I=eq \f(U,R)可知,干路电流大,输电线上损失电压大,电灯两端电压小,故比深夜时暗,故C正确。
2.在冬天我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气,高压线上冻起厚厚的冰霜,导致部分电线负重增大而断裂,有人想出通过增大输电线上损耗功率融冰方案。假设输电电压是220 kV,当输送功率保持不变,为使输电线上损耗的功率增大为原来的4倍,输电电压应变为( B )
A.55 kV B.110 kV
C.440 kV D.880 kV
解析:根据输电功率公式I=eq \f(P,U)和损耗功率的公式ΔP=I2R线=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2R线,可以看出,要使ΔP增大为原来的4倍,则在P和R线不变的情况下,使电压U变为原来的eq \f(1,2),所以输电电压变为110 kV,故B正确,A、C、D错误。
3.(2023·广西兴安县高二期中)如图甲是远距离输电线路示意图,图乙是用户端电压随时间变化的图像,则( A )
A.发电机产生的交流电的频率是50 Hz
B.降压变压器输出的电压有效值是340 V
C.增大用户的电功率则输电线上的发热功率将减小
D.仅增加升压变压器的原线圈匝数,其他条件不变,输电线上损失的功率减小
解析:根据电压随时间变化的关系,由图可知,T=0.02 s,故f=eq \f(1,T)=eq \f(1,0.02) Hz=50 Hz,A正确;由图像可知交流的最大值为Um=340 V,因此其有效值为U=eq \f(340,\r(2)) V,B错误;增大用户的电功率,由于电压不变,则电流变大,输电线上的损失功率为P热=I2R,可知,输电线上的发热功率将增大,C错误;保持升压变压器副线圈匝数不变,增加原线圈匝数,输出电压变小,损失的功率为ΔP=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U输)))2R,损失功率变大,D错误。
4.(多选)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( AC )
A.用户端的电压为eq \f(I1U1,I2)
B.输电线上的电压损失为U
C.输电线路上损失的电功率为Ieq \\al(2,1)r
D.输电线路上损失的电功率为I1U
解析:由理想变压器输入、输出功率相等可知P1=P2,即U1I1=U2I2,U2=eq \f(I1U1,I2),A正确;输电线上的电压损失为U线=U-U1,B错误;输电线路上损失的电功率为P线=Ieq \\al(2,1)r=I1U线=I1U-I1U1,C正确,D错误。
5.(多选)如图所示额定电压为220 V的用户供电的远距离输电的示意图,已知输入原线圈n1两端的电压U1=250 V,发电机的输出功率为P=25 kW,输电线的电阻r=5 Ω,如果输电线上损失的功率为输送功率的0.5%,如果图中的升压变压器以及降压变压器均为理想的变压器,则下列正确的是( AC )
A.n1∶n2=1∶20
B.n3∶n4=975∶44
C.通过输电线的电流大小为5 A
D.降压变压器原线圈两端的电压为4 875 V
解析:输电线上的电流为
I2=eq \r(\f(0.5%P,r))=eq \r(\f(0.005×25×103,5))A=5 A
升压变压器副线圈两端的电压为U2,则有
U2=eq \f(P,I2)=eq \f(25×103,5) V=5 000 V
则n1∶n2=U1∶U2=1∶20
则降压变压器原线圈两端电压为
U3=U2-I2r=5 000 V-5×5 V=4 975 V
则n3∶n4=U3∶U4=995∶44。
6.如图所示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(图中变压器均可视为理想变压器,图中电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压一定,两条输电线的总电阻用R0表示),则进入用电高峰期时( B )
A.电压表V1、V2的读数均不变,电流表A2的读数增大,电流表A1的读数减小
B.电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变
C.电压表V3、V4读数的比值减小,电压表V3的读数增大,电流表A3的读数增大
D.输电线路上损失的功率减小
解析:因为输入电压和匝数比都不变,所以电压表V1、V2的读数均不变,进入用电高峰期时,用电器增多,总电阻减小,电流增大,根据电流与匝数成反比知,电流都增大,电流表A1、A2的读数均增大,A错误。电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变,等于输电线的总电阻,B正确。输电线上的电流增大,电压损失增大,电压表V3的读数减小,电压表V3、V4读数的比值等于降压变压器的匝数比,保持不变,电流表A2、A3的读数均增大,C错误。输电线上的电流增大,则输电线路上损失的功率增大,D错误。
7.(多选)(2023·四川成都高二期中)如图为远距离输电的简化示意图,两变压器均为理想变压器。若输送电功率为P,输电线的总电阻为r,升压变压器T的输入电压为U,原、副线圈的匝数比为n1∶n2,不考虑其他因素的影响。下列说法正确的是( AC )
A.升压变压器T的输出电压为eq \f(n2,n1)U
B.输电线上的电流为eq \f(n2U,n1r)
C.输电线上损失的电功率为eq \f(n\\al(2,1)P2r,n\\al(2,2)U2)
D.用户得到的电功率为P
解析:根据变压器电压与匝数比的关系eq \f(U,U2)=eq \f(n1,n2),故U2=eq \f(n2,n1)U,故A正确;输电电流为I=eq \f(P,U2)=eq \f(Pn1,Un2),故B错误;输电线上损失的电功率为P损=I2r=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Pn1,Un2)))2r=eq \f(n\\al(2,1)P2r,n\\al(2,2)U2),故C正确;输电线上会发生能量损耗,用户得到的电功率一定小于P,故D错误。
8.有一台内阻为1 Ω的发电机,供给一个学校照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω,全校共22个班,每班有“220 V 40 W”的电灯6盏,若保证电灯全部正常发光,求:
(1)发电机输出功率多大?
(2)发电机输出电压U1多大?
(3)输电效率是多少?
(4)若使用灯数减半且正常发光,发电机输出功率是否减半?
答案:(1)5 424 W (2)226 V (3)97% (4)不是
解析:(1)对降压变压器:
U2′I2=U3I3=nP灯=22×6×40 W=5 280 W
而U2′=eq \f(4,1)U3=880 V
所以I2=eq \f(nP灯,U2′)=eq \f(5 280,880) A=6 A
对升压变压器:U1I1=U2I2=Ieq \\al(2,2)R+U2′I2=5 424 W
所以P出=5 424 W。
(2)因为U2=U2′+I2R=904 V
所以U1=eq \f(1,4)U2=226 V。
(3)η=eq \f(P用,P总)×100%=eq \f(5 280,5 424)×100%≈97%。
(4)电灯减少一半时n′P灯=2 640 W,
I2′=eq \f(n′P灯,U2′)=eq \f(2 640,880)A=3 A
所以P出′=n′P灯+I2′R=2 676 W
由计算可看出发电机的输出功率减少的比一半还要多。因输电线上的电流减少一半,输电线上电功率的损失减少到原来的eq \f(1,4)。
能力提升练
9.如图为远距离高压输电的示意图,关于远距离输电,下列表述不正确的是( C )
A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C.在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越小
D.高压输电必须综合考虑各种因素,不一定电压越高越好
解析:远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗,由P损=I2R可以看出,有两种方式可减小输电过程中的电能损失,一是减小输电线的电阻,由R=eq \f(ρl,S)知可增加输电导线的横截面积,二是在保证输电功率的前提下,通过提高输电电压来减小输电电流,A、B正确;若输送电压一定,由P=UI知输送的电功率越大,输电电流越大,则输电过程中能量损耗P损=I2R越大,C错误;电压越高对设备的绝缘等性能要求越高,另外,影响高压输电的因素中另一个重要因素是电晕放电引起的电能损耗,电压越高,电晕放电引起的电能损失越大,D正确。
10.(多选)交流发电机的输出电压为U,采用如图所示理想变压器输电,升压变压器原、副线圈匝数比为m,降压变压器原、副线圈匝数比为n,输电导线电阻为r,用户的工作电压为U。下列正确的是( AC )
A.mn1
C.输电线上损失的功率为eq \f(1-mn2U2,m2r)
D.输电线上损失的功率为eq \f(U2,mr)
解析:若变压器的输电功率为P,用户得到的功率为P′,由于升压变压器输入电压为U,降压变压器输出电压为U,则升压变压器输出电压U2=eq \f(1,m)U,降压变压器输入电压U3=nU,由于在输电线上有功率损失,所以P>P′,又eq \f(P,\f(1,m)U)=eq \f(P′,U),整理可得:mn
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