高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送同步练习题

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TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc26604" 【题型1 升压变压器和降压变压器】 PAGEREF _Tc26604 \h 2
\l "_Tc30359" 【题型2 高压输电原理与输电损耗的因素】6
\l "_Tc30205" 【题型3 导线上的电压损失和功率损失的计算】10
\l "_Tc9720" 【题型4 用户端功率改变的分析与计算】 PAGEREF _Tc9720 \h 14
知识点1：输电线路的电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝eq \f(P,U)r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻．
知识点2：输电线路的功率损失
(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r.
(2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝eq \f(ΔU2,r)，ΔP＝ΔU·I.
知识点3：减小电压、功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻
由R＝ρeq \f(l,S)可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻．
(2)减小输电电流I
根据I＝eq \f(P,U)，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的eq \f(1,n)，输电线上的功率损耗将降为原来的eq \f(1,n2).
\l "_Tc26604" 【题型1 升压变压器和降压变压器】
【例1】如图所示为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈的匝数比为，降压变压器原、副线圈的匝数比为，变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，输电线的电阻为r。则下列判断正确的是（ ）
A．
B．输电线上损失的功率为
C．若输送功率增大，则增大
D．若输送功率增大，则输电线上损失的功率与输送功率之比减小
【答案】A
【知识点】升压变压器和降压变压器、远距离输电在导线上损失功率的计算
【详解】A．由理想变压器电压关系
，
可得
由于输电线有电压损失，则
故
故A正确；
B．输电线上损失的功率为
故B错误；
C．若输送功率增大，因为输送电压恒定，则输送电流增大，输电线上损失的电压增大，则减小，根据，可知减小，故C错误；
D．若输送功率增大，则输送电流增大，输电线上损失的功率与输送功率之比为
不变，由知，也不变，则输电线上损失的功率与输送功率之比增大，故D错误。
故选A。
【变式1-1】（2025·安徽一模）我国在电力输送领域是世界上首屈一指的科技霸主，目前已研制成功了全套关键设备，建成了世界电压等级最高、输电能力最强的交直流输电网络。如图为远距离输电系统简化情景图，已知发电厂输出的交流电压为，理想升压变压器的原副线圈匝数比为，理想降压变压器的原副线圈匝数比为，高压输电线的总阻值为。设用户(负载)是纯电阻，且阻值为，则输电效率为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【知识点】升压变压器和降压变压器
【详解】设降压变压器副线圈的端电压为，由欧姆定律可得用户的电流为
对降压变压器，由理想变压器的原理可得
，
结合
综合可得
由能量守恒定律可得输电效率为
故选A。
【变式1-2】如图为高铁供电流程的简化图，牵引变电所的理想变压器将电压为U1的高压电进行降压；动力车厢内的理想变压器再把电压降至U4，为动力系统供电，此时动力系统的电流为I4，发电厂的输出电流为I1；若变压器的匝数n2=n3，则下列关系式正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】AD
【知识点】升压变压器和降压变压器
【详解】AB．由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比，两变压器则有
，
可得
，
由题意可知，由于输电线上有电压降，因此则有，又有，可得
故A正确，B错误；
CD．由理想变压器原、副线圈的电流比等于匝数的反比，两变压器则有
，
可得
，
由于，，可得
故C错误，D正确。
故选AD。
【变式1-3】特高压输电技术是中国独有的先进技术，该技术可将输电电压提高到1000kV及以上。某水电站的输出功率为，发电机的输出电压为250V，经升压变压器升压、降压变压器降压后送至用户。已知用户获得的电压为220V，远距离输电线的总电阻为，在输电过程中输电线上损失的功率为输出功率的4%。若升压及降压变压器均可视为理想变压器，不计其它线路中导线的电阻，下列说法正确的是（ ）
A．升压变压器副线圈中的电流为600A
B．升压变压器的输出电压为150kV
C．降压变压器原、副线圈的匝数比为7200:11
D．若改用1000kV特高压输电，则输电线上损失的功率将变为输出功率的9%
【答案】BC
【知识点】影响输电损耗的因素、升压变压器和降压变压器
【详解】A．由
解得
故A错误；
B．理想变压器无能量损失，功率不变，根据可求得升压变压器的输出电压
故B正确；
C．降压变压器的输入电压
由
可得
故C正确；
D．若改用1000kV特高压输电，则输电线上的电流变为
此时输电线上损失的功率为
则损失的功率变为输出功率的0.09%，故D错误。
故选BC。
\l "_Tc30359" 【题型2 高压输电原理与输电损耗的因素】
【例2】（2024·常州期中）民用家庭用电一般由国家电网交变电流供电，下列相关说法正确的是（ ）
A．大小随时间变化的电流就是交变电流
B．交流电压表测量的是交流电的峰值
C．远距离输电时，可通过减小输电线的电流来降低输电损耗
D．理想变压器原、副线圈中通过的交变电流的功率之比等于原、副线圈的匝数之比
【答案】C
【知识点】影响输电损耗的因素、理想变压器两端功率的计算、有效值读取交流电表示数的含义、交变电流的概念
【详解】A．根据交变电流的定义可知，方向和大小都随时间变化的电流是交变电流，故A错误；
B．交流电压表测量的是交流电的有效值，故B错误；
C．远距离输电的输电损耗功率，所以可以通过减小输电线的电阻以及输电线中的输送电流来减小输电损耗，故C正确；
D．理想变压器原、副线圈中通过的交变电流的功率相等，故D错误。
故选C。
【变式2-1】（2024·连云港期中）特高压电网的建设意义重大。其一可以大大减小远距离输电线上的功率损耗P，下列说法正确的是（ ）
A．由P=，应降低输电电压，增大导线电阻
B．特高压改变了交流电的频率，从而降低了功率损耗
C．由P=I2R，应减小输电导线电阻或减小输电电流
D．因为输电线路中应用了理想变压器，所以输电时不用考虑电压和电流大小
【答案】C
【知识点】远距离输电在导线上损失功率的计算、高压输电的原理与优点
【详解】A．输电线上损耗的功率，U损与输电电压不同．故A错误；
B．改变交流电频率不会降低功率损耗，故B错误；
C．由P=I2R，可减小导线电阻，或减小输电电流可降低远距离输电线上的功率损耗P，故C正确；
D．实际生活中变压器并非理想变压器，输电时应采用高压输电，故D错误。
故选C。
【变式2-2】（2024·福州期末）大型发电机设计输出的电压一般都达不到远距离输电的要求。因此，在发电厂（站）内，要用变压器升压，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求，再用降压变压器经过多次降压，最后输送给用户。从发电厂（站）到用户的输电过程如图所示。根据图上信息，以下说法正确的是（ ）
A．发电站内，用变压器升压然后向远处送电，是为了加快输电的速度
B．若不计输送过程的能量损失，变电站①的变压比为55：1
C．上述输送过程，变压器功不可没，它也可以改变直流电压
D．在输送电能总功率不变的情况下，将输电电压550KV降为55KV，输电线上损失的电压变为原来的10倍
【答案】BD
【知识点】远距离输电在导线上损失功率的计算、高压输电的原理与优点
【详解】A．采用高压输电不是为了加快输电的速度，而是为了减小输电线上的功率损失，A错误；
B．若不计输送过程的能量损失，变电站①的变压比为
B正确；
C．变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压，C错误；
D．输电线上损失的电压
将输电电压550KV降为55KV，输电线上损失的电压变为原来的10倍，D正确。
故选BD。
【变式2-3】如图甲，白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，用500千伏特高压向四川远距离输电。在远距离输电中，输电线的电阻是不可忽略的，图乙为白鹤滩水电站输电线路原理图，水电站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U后向四川供电，输送的总功率为P。理想变压器原、副线圈匝数分别为、，为输电线总电阻，为不断电用户电阻（可视为定值电阻），R为可变用户电阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R减小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为、，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．对于原线圈回路，虚线部分的等效电阻为
D．输电线路上损耗的功率为
【答案】B
【知识点】理想变压器两端电压与匝数的关系、远距离输电在导线上损失功率的计算
【详解】AB．设用户端理想变压器原、副线圈两端电压分别为、，电流分别为、，则根据理想变压器特点
得
对原线圈电路有
由上式可得
故A错误，B正确；
C．由
结合
联立可得
故C错误；
D．根据C中分析可知，虚线框所圈部分的等效电阻为，则上消耗功率为
故D错误。
故选B。
\l "_Tc30205" 【题型3 导线上的电压损失和功率损失的计算】
【例3】（2024·泉州期末）泉州地处山区，水力资源丰富，现利用市内某条流量m3/s、落差m的河流发电并进行远距离输电。如图所示，若发电机输出功率为W，输出电压恒为240V，输电线路总电阻Ω，允许损失功率为输出功率的6%，要满足居民220V的用电需求。重力加速度m/s2，水的密度kg/m3，则（ ）
A．发电机的效率为45%
B．该输电线路所使用的理想升压变压器的匝数比是3∶50
C．该输电线路所使用的理想降压变压器的匝数比是180∶11
D．若用户区消耗的功率增大，则用户区获得的电压将变小
【答案】BD
【知识点】远距离输电在导线上损失功率的计算、降压变压器原线圈电压的计算
【详解】A．发电机的效率为
=44%
故A错误；
B．升压变压器原线圈电流为
A
根据
解得输电线电流为
A
则该输电线路所使用的理想升压变压器的匝数比为
故B正确；
C．升压变压器负线圈的输出电压为
V
降压变压器原线圈的输入电压为
V
则该输电线路所使用的理想降压变压器的匝数比为
故C错误；
D．若用户区消耗的功率增大，则电源输入总功率变大，因为总电压不变，由
可知升压变压器原线圈电流变大，升压变压器副线圈电流变大，则输电线上的损耗电压变大，降压变压器原线圈电压变小，则降压变压器副线圈电压也变小。故D正确。
故选BD。
【变式3-1】我国的特高压输电技术居世界第一，如图所示，发电站输出稳定的电压，经升压变压器升至特高压进行远距离输送，再经过降压变压器降压后供用户端使用，用户端电阻可分为持续用电用户电阻（设为定值电阻）和灵活用电用户电阻（设为可变电阻），输电线电阻不可忽略，下列说法正确的是（ ）
A．用电高峰期时，相当于变大
B．用电高峰期时，两端电压变大
C．在不改变输送电能总功率的前提下，对比普通的高压输电，使用特高压输电可以使两端电压更大
D．在不改变输送电能总功率的前提下，对比普通的高压输电，使用特高压输电会使输电线上电能损耗升高
【答案】C
【知识点】用户端功率改变判断输电线路中物理量变化、远距离输电在导线上损失功率的计算
【详解】A．因用电器都是并联使用，因此在用电高峰时，用电器增加，相当于变小，故A错误；
B．用电高峰期时，相当于变小，降压变压器副线圈的电流增大，由变压器原理可知，降压变压器原线圈的电流增大，导致输电线上的电压降增大，发电站输出电压稳定，则有降压变压器的原线圈两端电压减小，副线圈输出电压减小，使两端电压变小，故B错误；
CD．在不改变输送电能总功率的前提下，由可知，使用特高压输电，输电线上的电流大幅度减小，输电线上的电压降减小，则降压变压器原线圈两端的电压比普通的高压输电时高，则两端电压更大；输电线上的电能损耗，因输电线上电流减小，可知输电线上电能损耗降低，故C正确，D错误。
故选C。
【变式3-2】（2024·清远期末）风力发电是一种绿色环保的发电方式，我市佛冈县近年来大力发展风力发电。若一风力发电装置的输出功率为、发电机的输出电压，经变压器升压后用总电阻的输电线向远处输电，在用户处的降压变压器输出电压。若升压变压器与降压变压器的匝数比满足，则以下说法正确的是（ ）
A．降压变压器输出的电流
B．输电的效率为88%
C．输电线损失电压
D．升压变压器的匝数比为
【答案】BC
【知识点】降压变压器原线圈电压的计算、远距离输电在导线上损失功率的计算、升压变压器和降压变压器
【详解】设，则有
对升压变压器有
对降压变压器，有
联立各式解得
，，，
A．根据降压变压器的电流关系可知
故A错误；
B．输电的效率为
故B正确；
C．输电线损失电压为
故C正确；
D．升压变压器的匝数比为
故D错误。
故选BC。
【变式3-3】特高压输电是中国高效远距离输电的一种重要方式。在某段特高压输电网络中，发电机组输出电压为10kV，利用理想升压变压器将电压升至1000kV的特高压后输送，到达用电区后，经过降压处理再输送给工厂或用户。已知输送总功率为400万千瓦，输电线上损耗的功率占总功率的4%。求：
(1)升压变压器原、副线圈的匝数比；
(2)输电线的电阻。
【答案】(1) (2)
【详解】（1）升压变压器原、副线圈的匝数比
（2）输电线上损耗的功率为
输电线上的电流为
由知输电线的电阻为
\l "_Tc9720" 【题型4 用户端功率改变的分析与计算】
【例4】如图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。图中变压器均为理想变压器，所有电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压不变，两条输电线总电阻用R0表示，变阻器R相当于用户用电器的总电阻（视为纯电阻），其余电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．在用电高峰期，用户用电器的总电阻比平时小
B．增大R，电流表A1、A2、A3示数均变小
C．调节R，电压表V3的示数变化量大小与电流表A3的示数变化量大小之比为R0
D．若降压变压器原副线圈的匝数为n3、n4，则当时，用户端的功率达到最大值
【答案】AB
【知识点】用户端功率改变判断输电线路中物理量变化
【详解】A．在用电高峰期，用户端并联的用电器增多，故总电阻比平时小，故A正确；
B．由闭合电路欧姆定律得
V2示数不变，增大R，则A3示数变小，根据理想变压器电流与匝数关系
可知电流表A2示数变小，又由于
则电流表A1示数变小，故B正确；
C．电压表V3的示数与电压表V2的示数、电流表A2的示数之间的关系为
电压表V2的示数不变，电流表A2的示数与电流表A3的示数关系为
所以电压表V3的示数变化量大小与电流表A3的示数变化量大小之比为
故C错误；
D．降压变压器的等效电阻为
根据闭合电路欧姆定律可知，时，输出功率最大，即当时，用户端的功率达到最大值，故D错误。
故选AB。
【变式4-1】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，两条输电线总电阻用表示，变阻器R相当于用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R变小。则在用电高峰时，下列说法正确的是（ ）
A．电压表、的读数均不变，电压表、的读数均减小
B．电流表的读数不变，电流表、的读数均增大
C．电压表、的读数之差与电流表的读数的比值不变
D．输电线路损耗的功率增大
【答案】ACD
【知识点】远距离输电在导线上损失功率的计算、用户端功率改变判断输电线路中物理量变化
【详解】AB．因发电厂的输出电压一定，可知升压变压器的原线圈两端的电压不变，即电压表的读数不变，由
可知升压变压器副线圈两端的电压不变，即电压表的示数不变；因为和匝数比都不变，用电高峰期，用电器总电阻减小，降压变压器副线圈中电流增大，根据理想变压器原、副线圈中电流与匝数成反比知线路中电流都增大，即电流表、、的读数均增大，输电线上的电压损失增大，故电压表、的读数均减小，故A正确，B错误；
C．电流表、的读数之差与电流表的读数的比值等于输电线的电阻值，不会变化，故C正确；
D．输电线上的功率
且输电线上的电流增大，电阻不变，所以输电线上的功率损失增大，故D正确。
故选ACD。
【变式4-2】如图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器和降压变压器都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，下列说法正确的有（ ）
A．输出电压与输入电压相等
B．输出功率大于输入功率
C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低
D．若用户接入的用电器增多，则输出电压降低
【答案】BD
【知识点】远距离输电在导线上损失功率的计算、用户端功率改变判断输电线路中物理量变化
【详解】A．输出电压等于输入电压与电阻R上损失的电压之和，A错误；
B．输出功率等于输入功率与电阻R上损失的功率之和，所以输出功率大于输入功率，B正确；
CD．若用户接入的用电器增多，则用户端的等效电阻减小，用户端电流增大，根据降压变压器电流与匝数成反比，可知，通过电阻R的电流增大，根据
可知，R功率增大，C错误；
输入电压不变，所以输出电压不变，根据
可知，R上损失的电压增大，输入电压减小，根据降压变压器电压与匝数成正比，可得，输出电压降低，D正确。
故选BD。
【变式4-3】在如图所示的远距离输电电路中，两个理想变压器间输电线的电阻不能忽略。下列说法正确的是（ ）
A．T1为升压变压器，T2为降压变压器
B．T1为降压变压器，T2为升压变压器
C．开关S闭合后，电灯两端的电压增大
D．开关S闭合后，电灯两端的电压减小
【答案】AD
【知识点】用户端功率改变判断输电线路中物理量变化、升压变压器和降压变压器
【详解】AB．为减少输送过程中电能的损失，远距离输电采用高压输电方式，故T1为升压变压器，T2为降压变压器，故A正确，B错误；
CD．开关S闭合后，降压变压器的输出功率增大，降压变压器的输出电流增大，根据变流比可知降压变压器的输入电流变大，输电线电阻一定，输电线上损失的电压变大，升压变压器的输出电压不变，则降压变压器的输入电压减小，根据变压比可知降压变压器的输出电压减小，电灯两端的电压减小，故C错误，D正确。
故选AD。