高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送课堂检测

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送课堂检测，共4页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

基础巩固
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.远距离输电中,当输送的电功率为P,输送电压为U时,输电线上损失的电功率为ΔP。若输送的电功率增加为4P,而输电线中损失的电功率减为,(输电线电阻不变)那么输电电压应增为( )
A.32UB.16U
C.8UD.4U
答案C
解析根据题意知ΔP=·r,ΔP=·r,得U'=8U。
2.(2023·浙江温州高二期末)如图所示,高压输电线是远距离传输电能的重要组成部分,下列关于高压输电线的说法正确的是( )
A.输电线应选用电阻率大的金属材料制作
B.高压输电线比普通导线粗,目的是增大导线电阻
C.输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击
D.在输送功率一定时,输电线上损失的功率跟输送电压的二次方成正比
答案C
解析输电线应选用电阻率小的金属材料制作,选项A错误;高压输电线比普通导线粗,目的是减小导线电阻,选项B错误;输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击,选项C正确;在输送功率一定时,电流I=,输电线上损失的功率P'=I2r=r,输电线上损失的功率跟输送电压的二次方成反比,选项D错误。
3.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 kWB.1.6×103 kW
C.1.6 kWD.10 kW
答案A
解析节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率,I=A=50A,P线=I2R=502×0.4W=1000W,故节约的电功率为1kW,选项A正确。
4.下图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
答案C
解析根据变压器的原理可得升压变压器原、副线圈的匝数比为,故选项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耗,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I2=10×10A=100A,故选项B错误。由电压表的示数为220V,根据变压公式,得输电电压为U2=10×220V=2200V,线路输送电功率为P=U2I2=220kW,故选项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,故选项D错误。
5.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器,则下列关系式正确的是( )
A.B.I2=
C.I1U1=RD.I1U1=I2U2
答案AD
解析根据变压器的工作原理可知,选项A正确。因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系,选项B错误。U1I1=U2I2,但U2I2≠R,选项C错误,D正确。
6.为消除高压输电线上的冰凌,有人提出了这样的融冰思路: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
答案AD
解析输电功率P=UI,输电线电阻为R,则ΔP=I2R=R,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,选项A、D正确。
二、非选择题
7.一台交流发电机额定输出功率为P=4.0×103 kW,以400 V的电压接到升压变压器后向远方输电,若输电线的总电阻为40 Ω,允许输电线损耗的功率为10%,使用的升压变压器、降压变压器都是理想变压器。
(1)求升压变压器原、副线圈的匝数之比和输出电流。
(2)为了使远方的用户负载能获得220 V工作电压,则降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?
(3)实际输送到用户的总功率是多少?
答案(1)1∶100 100 A
(2)1 800∶11
(3)3.6×103 kW
解析(1)升压变压器输入电流I1=A=1×104A
输电损耗的功率P损=10%P=I2R,输电电流I=A=100A
升压变压器原、副线圈匝数比。
(2)由可知,输电电压U2=40000V
输电线损耗的电压U损=IR=100×40V=4000V
降压变压器的输入电压U3=U2-U损=36000V
则降压变压器的匝数比。
(3)实际输送到用户的总功率
P用=P-P损=3.6×103kW。
能力提升
一、选择题(第1~3题为单选题,第4~6题为多选题)
1.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,输电线上的电阻为R,变压器为理想变压器,发电机功率不变。为减小输电线上的功率损耗,下列方法可行的是( )
A.n1加倍,n2加倍
B.n1加倍,n2减半
C.n1减半,n2加倍
D.n1减半,n2减半
答案C
解析输电线的功率损耗为ΔP=R=R,由公式可知,n1加倍,n2加倍,电压U2不变,输电线的功率损耗不变;n1加倍,n2减半,电压U2减小,输电线的功率损耗增大;n1减半,n2加倍,电压U2增大,输电线的功率损耗减小;n1减半,n2减半,电压U2不变,输电线的功率损耗不变,选项C正确,A、B、D错误。
2.如图所示,某发电机输出功率是100 kW,输出电压是250 V,从发电机到用户间的输电线总电阻为8 Ω,要使输电线上的功率损耗为发电机输出功率的5%,而用户得到的电压正好为220 V,则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是( )
A.16∶1 190∶11
B.1∶16 11∶190
C.1∶16 190∶11
D.16∶1 11∶190
答案C
解析输电线损耗功率P损=100×103×5%W=5×103W,所以输电线上电流I2==25A,升压变压器原线圈电流I1==400A,故升压变压器原、副线圈匝数比;升压变压器副线圈两端电压U2=U1=4000V,输电线损耗电压U损=I2R总=200V,降压变压器原线圈两端电压U3=U2-U损=3800V,故降压变压器原、副线圈匝数比为。故选项C正确。
3.下图为某发电站电能输送示意图。已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压变压器、降压变压器的匝数均不变。若用户电阻R0减小,下列说法正确的是( )
A.发电机的输出功率减小
B.输电线上的功率损耗减小
C.用户得到的电压减小
D.输电线输电电压减小
答案C
解析若用户电阻减小,则降压变压器输出功率增大,导致发电机的输出功率增大,选项A错误。降压变压器输出功率增大,导致输电线上电流增大,输电线上损耗的电压增大,输电线上的功率损耗增大,选项B错误。发电机的输出电压不变,则升压变压器的原线圈输入电压不变,由于升压变压器的原、副线圈匝数不变,则输电线上输电电压不变,选项D错误。输电线上损耗电压增大,升压变压器的输出电压不变,则降压变压器的输入电压变小,由于降压变压器的原、副线圈匝数比不变,故降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小,选项C正确。
4.下图是远距离输电示意图,电站的输出电压U1=250 V,输出功率P1=100 kW,输电线电阻R=8 Ω。则进行远距离输电时,下列说法正确的是( )
A.若电站的输出功率突然增大,则降压变压器的输出电压减小
B.若电站的输出功率突然增大,则升压变压器的输出电压增大
C.输电线损耗比例为5%时,所用升压变压器的匝数比
D.用10 000 V高压输电,输电线损耗功率为8 000 W
答案AC
解析由知,U1不变时,U2也不变,选项B错误。由U3=U2-R知,电站的输出功率突然增大,U3减小,又,故U4也减小,选项A正确。I1==400A,I2==25A,,选项C正确。用10000V高压输电,即U2'=10000V,I2'==10A,ΔP'=I2'2R=800W,选项D错误。
5.如图所示,图甲是远距离输电线路的示意图,图乙是发电机输出电压随时间变化的图像,则下列说法正确的是( )
甲
乙
A.发电机输出交变电流的电压有效值是500 V
B.降压变压器上交变电流的频率是50 Hz
C.输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损耗的功率减小
答案BD
解析由题图乙可知交流电压的最大值为Um=500V,因此其有效值为U=V,故选项A错误。由题图乙可知,T=0.02s,频率f=Hz=50Hz,故选项B正确。输电线中的电流与需要传输的功率有关,传输的功率越大,输电线中的电流也越大,故选项C错误。当用户用电器的总电阻增大时,用户的功率减小,降压变压器的输出功率减小,则输入的功率减小,输入的电流减小,输电线上损耗的功率减小,故选项D正确。
6.下图为远距离输电的原理图,升压变压器的原、副线圈匝数比为a,降压变压器的原、副线圈匝数比为b,输电线的电阻为R,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电机输出的电压恒为U。若由于用户的负载变化,使电压表V2的示数增大了ΔU,则下列判断正确的是( )
A.电压表V1的示数不变
B.电流表A2的示数减小了
C.电流表A1的示数减小了
D.输电线损失的功率减小了R
答案AC
解析由于U不变,所以电压表V1的示数不变,选项A正确。由于V2增大,所以降压变压器原线圈的电压U3增大了bΔU,根据UV1=IA1R+U3,所以IA1R减小了bΔU,所以电流表A1的示数减小了,A2的示数减小了,选项C正确,B错误。输电线损失的功率减小了ΔP=I2R-R,选项D错误。
二、非选择题
7.某学校有一台应急备用发电机,内阻R=1 Ω,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22个教室,每个教室用“220 V 40 W”的灯泡6盏,要求所有灯都正常发光。求:
(1)输电线上损耗的电功率;
(2)发电机的输出功率;
(3)发电机的电动势。
答案(1)144 W
(2)5 424 W
(3)250 V
解析(1)根据题意,画出从发电机到教室灯泡之间的输电过程,如图所示。
所有灯都正常工作的总功率为P2'=22×6×40W=5280W
用电器都正常工作时的总电流I2'=A=24A
两个变压器之间输电线上的电流Ir=I2==6A
故输电线上损耗的电功率Pr=r=144W。
(2)升压变压器的输出功率P1'=Pr+P2'=5424W。
而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率P出=P1=P1'=5424W。
(3)降压变压器上的输入电压U2=4U2'=880V
输电线上的电压损耗Ur=Irr=24V
因此升压变压器的输出电压U1'=Ur+U2=904V
升压变压器的输入电压U1==226V
升压变压器的输入电流I1=4Ir=24A
发电机的电动势E=U1+I1R=226V+24×1V=250V。