[推荐学习]高中物理 5.5 电能的输送课时训练(含解析)新人教版选修3-2

电能的输送
题组一输电线上的电压损失和功率损失
1.远距离输送交变电流都采用高压输电。

我国正在研究用比 330 kV高得多的电压进行输电。

采用高压输电的优点是()
A.可提高用户端电压
B.可根据需要调节交流电的频率
C.可减少输电线上的能量损失
D.可加快输电的速度
解析:采用高压输电减小了输电电流,可减少能量损失,但不能改变交变电流的频率和输电速度,用户端电压由降压变压器决定,故选项C正确。

答案:C
2.如图所示为远距离输电线路的示意图,若发电机的输出电压不变,则下列叙述中正确的是()
A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C.当用户用电器的总电阻减小时,输电线上损失的功率增大
D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
解析:变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的,选项A、B 错误;用户用电器总电阻减小,据P=,消耗功率增大,输电线中电流增大,线路损失功率增大,
选项C正确;升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压,选项D错误。

答案:C
3.远距离输送一定功率的交变电流,若输电电压提高到原来的n倍,则下列说法中正确的是()
A.输电线上的电流变为原来的n倍
B.输电线上的电压损失变为原来的
C.输电线上的电功率损失变为原来的
D.若输电线上的电功率损失不变,输电线路长度可为变为原来的n2倍
解析:P=UI,当U变为n倍时,I变为原来的;电压损失ΔU=R线;功率损失P损=()2R线;输电线电阻R=ρ,当l变为n2倍时,电阻增大n2倍,则P损=()2R线知P损不变。

答案:D
4.发电厂发电机的输出电压是U1,发电厂至学校的输电导线总电阻为R,导线中的电流为I,学校得到的电压为U2,则关于输电线上损失的功率,下列表达式错误的是()
A. B.-
C.I2R
D.I(U1-U2)
解析:用P=求电阻上损失的功率时,U要与电阻R相对应,选项A中的U1是输出电压,不是输
电线上的电压,故选项A错误。

选项B中的(U1-U2)是输电线上的电压,因此,选项B正确。

选项C、D中的电流I是输电线中的电流,故选项C、D正确。

答案:A
5.(2014·四川理综)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则()
A.用户用电器上交变电流的频率是100 Hz
B.发电机输出交变电流的电压有效值是500 V
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,输电线上损失的功率减小
解析:由图象知f==50Hz,选项A错误;发电机输出交变电流电压的有效值为V=250选
项B错误;输电线的电流由降压变压器原、副线圈的匝数比及负载大小决定,选项C错误;用电器总电阻变大,则降压变压器原、副线圈中电流减小,输电线上损失功率也减小,选项D正确。

答案:D
题组二高压输电电路的分析与计算
6.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压后再输送至用户,设变压器都是理想的,那么在用电高峰期,随着用电器总功率的增加将导致()
A.升压变压器原线圈中的电流变小
B.升压变压器副线圈两端的电压变小
C.高压输电线路的电压损失变大
D.降压变压器副线圈两端的电压变大
解析:在用电高峰期,用户端并联的用电器数目增多,总电阻减小,降压变压器输出的电流增大,输出功率增大,输电线路上的电流增大,输电线路中的电压损失增大,降压变压器的输入电压减小,输出电压减小,选项C正确,D错误。

升压变压器上的输出电流增大,输入电流也增大,选项A错误。

但因为发电机的输出电压稳定,所以升压变压器的输出电压也是稳定的,选项B错误。

答案:C
7.某用电器离供电电源的距离为l,线路上的电流为I,若要求线路上的电压降不超过U,已知输电导线的电阻率为ρ,那么,该输电导线横截面积的最小值是()
A. B.
C. D.
解析:输电线的电阻R=ρ,输电线上电压损失U=IR=Iρ,所以S=,故B正确。

答案:B
8.(多选题)我国北方地区冬季会出现冻雨,使高压输电线结冰,严重时会压塌输电铁塔,导致输电中断。

为消除高压输电线上的冰凌,有人设计了这样的融冰思路: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,热耗功率为ΔP;除冰时,输电线上的热耗功率需变为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
解析:根据输电功率P=UI,输电线上电阻为R,则ΔP=I2R=R,除冰时,输电线上的热耗功率为9ΔP,那么输电电流应为3I,输电功率保持不变,所以输电电压为。

答案:AD
9.某发电站通过燃烧煤来发电。

发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明组成的用户,发电机输出功率是120 kW,输出电压是240 V,升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25,输电线的总电阻为10 Ω,用户需要的电压为220 V。

则:
(1)输电线上损失的电功率为多少?
(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少?
解析:(1)根据理想变压器的规律得
输电电压
U2=U1=×240V=6000V
输电电流I2=A=20A
输电线上损失的功率ΔP=r=202×10W=4000W。

(2)输电线上损失的电压
ΔU=I2r=20×10V=200V
降压变压器原线圈两端的电压
U3=U2-ΔU=6000V-200V=5800V
根据理想变压器的变压规律得。

答案:(1)4 000 W(2)
10.发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω。

如果用初极、次级线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压,经输电线路后,再用初极、次级线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。

(1)画出全过程的线路图。

(2)求用户得到的电压和功率。

(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。

解析:(1)线路图如图所示。

(2)升压变压器次级线圈的输出电压U2=U1=2200V,升压变压器次级线圈的输出电流I2=I1。

由P=U1I1得,升压变压器初级线圈的输入电流为
I1=A=200A,
所以I2=A=20A。

输电线路上电压损失和功率损失分别为
U R=I2R=4V,P R=R=0.08kW。

加到降压变压器初级线圈上的输入电流和电压分别为
I3=I2=20A,U3=U2-U R=2196V。

降压变压器次级线圈上的输出电压和电流分别为
U4=U3=219.6V,I4=I3=200A。

用户得到的功率P4=U4I4=43.92kW。

(3)若不采用高压输电,线路损失电压U R’=I1R=40V,用户得到的电压U’=U1-U R’=180V,用户得到的功率为P’=U’I1=36kW。

答案:(1)见解析(2)219.6 V,43.92 kW(3)180 V,36 kW
(建议用时:30分钟)
1.关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是()
A.由功率P=,应降低输电电压,增大导线电阻
B.由P=IU,应低电压小电流输电
C.由P=I2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
解析:输电时导线上损失的电压ΔU=IR,它不同于输电电压,P=或P=IU中的U应为导线上
损失的电压,故A、B错。

导线上功率的损失为发热损失,即P=I2R,故C正确。

答案:C
2.(多选题)远距离输送一定功率的交变电流,若输电线电阻一定,下列说法正确的是()
A.输电线上的电压损失跟输电电压成正比
B.输电线上的功率损失跟输电电压成正比
C.输电线上的功率损失跟输电电压的二次方成反比
D.输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的二次方成正比
解析:此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压混淆,由P=而误选B;正确的思路是由I线
=送
送可知ΔP=送
送
·R线,选项C正确;ΔU=送
送
·R线,选项A错误;ΔP=
线
,选项D正确。

答案:CD
3.我国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。

假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P。

在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电。

若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率变为()
A. B.
C.2P
D.4P
解析:据P=UI,由500kV的超高压输电变为1000kV特高压输电时,输电线电流变为原来的。

再根据P线=I2R线可得,输电线上损耗的电功率将变为。

选项A正确。

答案:A
4.(多选题)某发电站用11 kV交变电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R。

现若用变压器将电压升高到220 kV输电,下面说法正确的是()
A.因I=,所以输电线上的电流增为原来的20倍
B.因I=,所以输电线上的电流减为原来的
C.因P=,所以输电线上损失的功率增为原来的400倍
D.若要使输电线上损失的功率不变,可将输电线的直径减为原来的
解析:选项A中,U不是R两端电压,公式错误,所以选项A错误;因为输送的功率一定,由I=可知,当输送的电压增为原来的20倍时,电流减为原来的,选项B正确;选项C中,R是输电线的电阻,而U是输电电压,R与U又不对应,所以由P=得出的结论是错误的;输电线上损失的功率一般用ΔP=I2R计算不容易出错,从选项B中已经知道电流减为了原来的,若ΔP不变,则输电线的电阻可增为原来的400倍,根据R=ρ,在导线的电阻率、长度不变的条件下,那么横截面积可减小为原来的,即导线的直径减为原来的,故选项D正确。

答案:BD
5.(多选题)在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用导线电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为L,输电线损耗的电功率为P’,用户得到的电功率为P用,则P’、P用的关系式正确的是()
A.P’=
B.P’=
C.P用=P-
D.P用=P(1-)
解析:P’=I2R=’(式中I、U’分别为输电电流和输电线损失的电压),而I=,R=ρ,所以P’=’,从而P用=P-P’=P-=P-’,故选项B、D正确。

答案:BD
6.通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R。

当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原
线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1和分别为()
A. B.()2R,
C. D.()2R,
解析:设副线圈与原线圈匝数比为k时,副线圈输出电压为U1,输出电流为I1,电路损耗功率为P1,设副线圈与原线圈匝数比为nk时,副线圈输出电压为U2,输出电流为I2,电路损耗功率为
P2,根据理想变压器原副线圈电压与匝数成正比可得=k ①;=nk ②;且P=U1I1=U2I2③;线路损耗功率分别为P1=R ④;P2=R ⑤。

由①④联立解得P1=()2R,据此排除选项A、C;由①②③④⑤联立解得,所以选项B错误,选项D正确。

答案:D
7.某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。

现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是()
A.输电线上输送的电流大小为2.0×105 A
B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW
D.输电线上损失的功率为ΔP=,U为输电电压,r为输电线的电阻
解析:由P=UI可得I==6×103A,则选项A错误;输电线上电阻造成的损失电压为
ΔU=Ir=15kV,选项B正确;输电线上损失的功率不可能大于水电站的输出功率,可知选项C 错误;输电线上损失的功率为ΔP=,ΔU为输电线上损失的电压,选项D错误。

答案:B
8.(多选题)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200 V,输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。

要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则()
A.
B.
C.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
解析:根据变压器工作原理可知,由于输电线上损失一部分电压,升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压,有U2>U3,所以,选项A正确,选项B、C不正
确;升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率,选项D正确。

答案:AD
9.某小型实验水电站输出功率P=38 kW,输电线路总电阻r=1 Ω。

(1)若采用U=380 V输电,求输电线路损耗的功率P损。

(2)若改用U1=10 000 V高压输电,用户端利用n1∶n2=44∶1的变压器降压,求用户得到的电压U2。

解析:(1)输电线上的电流为I=A=100A
输电线路损耗的功率为P损=I2R=1002×1W=10kW
(2)改用高压输电后,输电线上的电流变为I1=A=3.8A
变压器原线圈两端的电压
U’=U-I1R=(10000-3.8×1)V=9996.2V
根据’
用户得到的电压为U2=U’=×9996.2V≈227.19V。

答案:(1)10 kW(2)227.19 V
10.
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100 kW,输出电压为250 V,用户需要的电压为220 V,输电线电阻为10 Ω。

若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%。

(1)求在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。

(2)画出此输电线路的示意图。

(3)用户得到的电功率是多少?
解析:(1)输电线损失的功率
P损=P×4%=100kW×4%=4kW
A=20A
输电线电流I2=损
线
升压变压器输出电压U2=V=5×103V 升压变压器原、副线圈匝数比
电压损失U损=I2R线=20×10V=200V
降压变压器原线圈端电压U3=U2-U损=4800V
降压变压器原、副线圈匝数比。

(2)如图所示。

(3)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。

答案:(1)1∶20240∶11(2)见解析图(3)96 kW。