成才之路物理3-2交流电课件与练习5-5

第5章 第5节基础夯实1．(2010·浙江温州高二期中)远距离输送交流电都采用高电压输电，我国正在研究比330kV 高得多的电压进行输电，采用高压输电的优点是( )A ．可节省输电线的铜材料B ．可根据需要调节交流电的频率C ．可减小输电线上能量损失D ．可加快输电的速度 答案：AC解析：由于远距离输电，往往输送电功率一定，据P ＝UI ，输送电压U 越高，则输送电流I ＝PU 越小，据P 线＝I 2R ，当要求输电线损耗一定的情况下，输电线电阻可略大，导线可做得细一些或选择电阻率略大的材料(非铜材料)；若输电线确定，即r 一定，则可减少线路上的能量损耗，故A 、C 正确，而交流电的频率是一定的，不能调节，输电的速度就是电磁波也就是光的传播速度，也一定，故B 、D 不正确．2．(2010·北师大附中高二期中)发电机的路端电压为U ，经电阻为R 的输电线向远方用户供电，发电机的输出功率为P ，则( )A ．输电线上的电流为P UB ．输电线上的功率损失为U 2RC ．用户得到的功率为P －(P U )2RD ．用户得到的电压为PRU答案：AC3．某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时( )①升压变压器的副线圈的电压变大； ②高压输电线路的电压损失变大； ③降压变压器的副线圈上的电压变大；④降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大． A ．①② B ．②③ C ．③④ D ．②④答案：D解析：本题考查输电线路的电压损失．用电高峰期，用户端总电阻由于并联电灯增多而减小，从而电流增大，又由U 损＝Ir 可知，输电导线上的电压损失变大，升压变压器副线圈的电压不变，降压变压器原、副线圈上的电压变小，而降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大．故正确答案为D.4．下图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是( )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，不一定是电压越高越好 答案：ABD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 失＝I 2R 可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减小输电中的能量损失：一是减少输电线的电阻，由R ＝ρLS 知，A 正确．二是减小输电电流，B 正确．若输电电压一定，由P ＝UI 知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗P 失＝I 2R 越大，C 错误．在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，在输出电压越高时，电晕放电引起的电能损失越大，D 正确．5．某发电厂用2.2kv 的电压将电能输送到远处的用户，后改用22kv 的电压，在既有输电线路上输送同样的电功率，前后两种输电方式消耗在输电线上电功率之比为________，要将2.2kv 的电压升高到22kv ，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈匝数应该是________匝．答案：100∶1 1800解析：由于前后两次输送的电功率相等，则有IU ＝I ′U ′，所以U ′U ＝I I ′＝101，p p ′＝I 2R I ′2R ＝100，由变压器的原理：U 1U 2＝n 1n 2，可得n 1n 2＝2.222＝110＝180n 2，所以n 2＝1800匝．本题主要考查了变压器以及远距离高压送电，在解题时要注意电路上损失的电功率的计算，以及变压器的升压比等于其匝数比．6．(2010·山东潍坊高二期中)某小型实验水电站输出功率P ＝38kW ，输电线路总电阻r ＝1Ω.(1)若采用U ＝380V 输电，求输电线路损耗的功率P 1.(2)若改用U 1＝10000V 高压输电，用户端利用n 1 n 2＝44 1的变压器降压，求用户得到的电压U 2.答案：(1)10kW (2)227.19V解析：(1)输电线上的电流强度为I ＝P U ＝38×103380A ＝100A输电线路损耗的功率为P 损＝I 2R ＝1002×1W ＝10kW(2)改用高压输电后，输电线上的电流强度变为I 1＝P U 1＝38×10310000A ＝3.8A变压器原线圈两端的电压U ′＝U －I 1R ＝(10000－3.8×1)V ＝9996.2V 根据U ′U 2＝n 1n 2用户得到的电压为U 2＝n 2n 1U ′＝144×9996.2V ＝227.19V .7．家庭电路的引线均有一定电阻(约几欧姆)，因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，家中原来开着的电灯会变暗，下面通过一个简单的测试，可以估算出家庭电路引线部分的电阻，如图所示，用r 表示家庭电路引线部分的总电阻，V 为两表笔插入插座的交流电压表，M 为一个额定功率为P 额定电压为U 额的空调(P 较大)．测试时，先断开所有家电电路，测得电压为U 1，再闭合电键S ，测得电压为U 2.(1)试推导估算r 的表达式(设电源两端电压保持恒定)；(2)若P ＝2.0kW ，U 额＝220V ，测得U 1＝220V ，U 2＝210V ，则引线部分总电阻约为多少？答案：(1)r ＝U 1－U 2U 2P·U 2额(2)r ＝1.15Ω 解析：(1)断开所有家电电路时，U 源＝U 1，S 闭合后， I r ＝U 2U 2额P ，U r ＝U 1－U 2，所以r ＝U r I r ＝U 1－U 2U 2P ·U 2额.(2)把U 1、U 2、U 额、P 代入公式得r ＝1.15Ω.能力提升1．用变压器进行远距离输电，输送的电功率为P ，输送的电压为U ，输电导线上的电阻率为ρ，导线横截面积为S ，导线总长为L ，输电线损耗的电功率P 1，用户得到的电功率为P 2则( )A ．P 1＝U 2SρLB ．P 1＝P 2ρLU 2SC ．P 2＝P －U 2SρLD ．P 2＝P －P 2ρLU 2S答案：BD解析：由导线输送的电功率P ＝UI 知，输电导线上的电流强度I ＝PU ，由电阻定律得R＝ρL S ，所以导线上损耗的功率为导线上产生的热功率P 1＝I 2R ＝P 2U 2ρL S ，B 正确，用户得到的电功率P 2应为输送的电功率减去导线损耗的热功率，即P 2＝P －P 1＝P －P 2ρLU 2S，D 正确．2．某小型水电站的电能输送示意图如下，发电机的输出电压为200V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原副线圈匝数分别为n 1、n 2.降压变压器原副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220V 的用电器正常工作，则( )A.n 2n 1>n 3n 4B.n 2n 1<n 3n 4C ．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 答案：AD解析：由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率．故D 正确.U 2U 1＝n 2n 1，U 3U 4n 3n 4，因为U 1＝200 V<U 4＝220 V ，U 2>U 3＝U 2－U 线，故n 2n 1>n3n 4，选项A 正确．3．用U 1和U 2两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，若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S 1 S 2为( )A.U 2U 1B.U 1U 2C.⎝⎛⎭⎫U 2U 12D.⎝⎛⎭⎫U 1U 22答案：C解析：由输送的电功率P ＝IU ，损失的功率ΔP ＝I 2R 得ΔP ＝P 2U 2R 由题意知，P 2U 21R 1＝P 2U 22R 2，由此得R 1R 2＝U 21U 22因为R ＝ρL S S 1S 2＝U 22U 21.4．风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机输出功率为100kW ，输出电压是250V ，用户需要的电压是220V ，输电线电阻为10Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比． (2)用户得到的电功率是多少． 答案：(1)1∶20 240∶11 (2)96kW 解析：(1)输电线损失的功率 P 损＝P ×4%＝100kW ×4%＝4kW . 输电线是民流I 2＝P 损R 线＝4×10310A ＝20A. 升压变电器输出电压U 2＝P I 2＝100×10320V ＝5×103V .升压变压器原、副线圈匝数比：n 1n 2＝U 1U 2＝2505000＝120电压损失U 损＝I 2R 线＝20×10V ＝200V . 降压变压器原线圈端电压U 3＝U 2－U 损＝4800V . 降压变压器原、副线圈匝数比n 3n 4＝4800220＝24011.(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为 P 用＝P －P 损＝P (1－4%)＝100×96%kW ＝96kW .5．三峡水利枢纽工程是中国规模最大的水利工程，枢纽控制的流域面积为1.0×106km 2，占长江流域面积的56%，坝址所在位置的年平均流量为4.51×1011m 3，水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面．在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台(如图所示)，总装机容量(是指26台发电机组同时工作时的总发电功率)为P ＝1.82×107kW ，年平均发电量约为W ＝8.4×1010kW·h ，该工程将于2009年全部竣工，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面．阅读上述资料，解答下列问题．(水的密度ρ＝1.0×103kg/m 3，g 取10m/s 2)(1)若三峡电站上、下游水位差按H ＝100m 计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式，并计算出效率η的数值；(2)若26台发电机组全部建成并发电，要达到电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t 为多少天？(3)将该电站的电能输送到华中地区，输送电功率为P 1＝4.5×106kW ，采用超高压输电，输电电压为U ＝5×105V 而发电机输出的电压约为U 0＝1.8×104V ，要使输电线上损耗的功率小于输送电功率的5%.求：发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻的范围．答案：(1)67.1% (2)192.3天 (3)9250 2.78Ω解析：(1)发电站的能量转化效率η＝W 电W 机×100%＝W 年电ρVgH ×100%＝W 年电ρQgH ×100%.代入数据η＝8.40×1010×103×36001.0×103×4.51×1011×10×100×100%≈67.1%.(2)根据P ＝W t ，有t ＝WP ＝8.40×10101.82×107×24天≈192.3天．(3)升压变压器匝数比为n 1n 2＝U 0U ＝18×103500×103＝9250. 根据P 1＝IU 得I ＝9.0×103A.由P 损＝I 2R ＝5%P 1得R ＝2.78Ω，所以R 要小于2.78Ω.。