2019-2020学年高中物理5.5电能的输送同步作业与测评(含解析)新人教版选修3-2

第5节电能的输送
一、选择题
1.（多选）远距离输送交流电都采用高压输电，采用高压输电的优点是（）
A. 可节省输电线的材料
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
答案AC
解析设输电功率为P,输电电压为U,输电线的电阻为R则输电线上损失的功率为P
P 21
口2尺若P R一定，则P损％F，采用高压输电可以减少输电线上的电功率损失；若P损、损=
2 L 1 一
P一定，则R x U2,又R= p S，P、L 一定时输电导线的横截面积U2，采用高压输电可使输
电导线的横截面积大大减小，从而节省输电线的材料。

故选项A、C正确。

2 .如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是（）
A. 减小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功率损耗
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- -定是电压越高越好
答案B
2L 解析依据题中输电原理，电路中的功率损耗△ P= I R线，而R线=p 减小输电线的
横截面积，输电线的电阻会增大，则会增大输电线上的功率损失，A错误；由P= UI可知，P
一定的情况下，输送电压U增大，I减小，△ P减小，B正确；若输送电压一定，输送功率越大，则电流I越大，△ P越大，C错误；输送电压并不一定越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，D错误。

3 •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n i、n2，电压分
别为U、U,电流分别为l i、丨2,输电线上的电阻为R。

变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是（）
11 n i 2
A.厂=B • I i U= 12R
12 n2
U2
C. I i U= I 2U D • 12=—
R
答案C
解析升压变压器原、副线圈的电流之比等于原、副线圈匝数的反比，故A错误；理想
变压器的输入功率不等于输电线上损耗的功率，B错误；理想变压器的输入功率等于输出功率，
则Ul i= UI2, C正确；U等于输电导线电阻两端电压及降压变压器初级线圈两端的电压之和，
U
所以UM 12 • R,则I护:,D错误。

R
4. 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△ P,
△ P
若输送的电功率增加为4P,而输电线中损失的电功率减为丁，输电线电阻不变，那么输电电
4
压应增为（）
A. 32U B . 16U C . 8U D . 4U
答案C
P
n I n
解析输电线上损失的电功率△ P=I2R= U2R当输送的电功率P'= 4巳而输电线中
△ P p‘
损失的电功率△ P'=二厂时，由△ P'= 2R得，输电电压U'= 8J故选C。

4 U
5. 用U 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，在输电 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
答案 C U P ，
由此得R i =生因为R = p S ，根据题意p 、L 相等，所以|= U 2。

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。

经变压器降压后，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 用电高峰期，由于并联用电器增多，用户端总电阻减小，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因总电流变大而变大。

故 正确答案为Do
7. （多选）如图为某小型水电站的电能输送示意图，
发电机通过升压变压器 T i 和降压变压
器T 2向用户供电，已知输电线的总电阻 R = 10 Q ，降压变压器T a 的原、副线圈匝数之比为 4： 1,副线圈与用电器 R ）组成闭合电路。

若T i 、T a 均为理想变压器，T a 的副线圈两端电压 u = 220 2 sinlOO n t （V ），当用电器电阻 R ）= 11 Q 时（
）
A. 通过用电器R 0的电流有效值是20 A
B. 升压变压器的输入功率为 4650 W
C.
发电机中的电流变化频率为 100 Hz
D. 当用电器的电阻 R 0减小时，发电机的输出功率减小 答案 AB
解析由正弦交变电流最大值与有效值的关系，
T 2输出端电压有效值为 220 V ,则通过用
电器R ）的电流有效值是 20 A , A 正确；由u = 220 2sin 100 n t V 可知w = 100n,周期为0.02 s ,频率为50 Hz , C 错误；降压变压器 T 2的原、畐U 线圈匝数之比为 4 ： 1，原线圈电流为5 A , R 上消耗功率为250 W 升压变压器的输入功率等于输出功率，为
R 消耗功率与R ）消耗功率之
S : S 2 为（ ）
U 2
A .
U U U 2 2 B. U C. U 1
D. 解析
由输送的电功率 P = IU ，损失的电功率 △ P = 12R 得△ P = U ^R 。

由题意知,
和，即4650 W B正确；当用电器的电阻R）减小时，降压变压器输出功率增大，由能量守恒，发电机的输出功率增大，D错误。

8. “西电东送”工程中为了减少输电损耗，必须提高输电电压。

从西部某电站向华东某
地区输送的电功率为106 kW,输电电压为1000 kV,输电线电阻为100 Q。

若改用超导材料
作为输电线，则可减少输电损耗的功率为（）
A. 105 kW B . 104 kW C . 106 kW D . 103 kW
答案A
P 2 P 2 5
解析输电电流i= U输电线路损失的电功率P损=I R= U R=仆10 kW；当改用超导材料输电时不损失电能，因此减少的输电损耗就等于P损，A正确。

9. （多选）如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器。

升压变压器原、副线圈
匝数比为1 : 100,其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Q。

降压变压器右
侧部分为一火警报警系统原理图，其中R为一定值电阻，Ra为用半导体热敏材料制成的传感
器，当温度升高时其阻值变小。

电压表V显示加在报警器上的电压（报警器未画出）。

未出现
火警时，升压变压器的输入功率为
750 kW 。

下列说法中正确的是（ ）
A. 降压变压器副线圈输出的交流电频率为 50 Hz
B.
远距离输电线路损耗功率为 180 kW
C. 当传感器R 2所在处出现火警时，电压表 V 的示数变大
D. 当传感器R 2所在处出现火警时，输电线上的电流变大 答案 AD
1
解析 由图乙知交流电周期为 0.02 s ，则频率为f = T =
50 Hz ，故A 正确。

升压变压器
则远距离输电线路上的电流为
I = P = 30 A ，所以损失的功率为 P 损=I 2R= 90 kW ,故B 错误。

当传感器F 2所在处出现火警时，温度升高，阻值变小，降压变压器副线圈电流变大，降压变 压器原、副线圈匝数比不变，降压变压器原线圈电流也增大，
D 正确；输电线上损失的电压变
大，降压变压器输入电压变小，则输出电压也变小，因为降压变压器副线圈电流变大， F 两端
电压变大，所以Ft 的分压变小，即电压表 V 的示数变小，C 错误。

10 .（多选）远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压器，升压 变压器输入电压不变，当 K 由2改接为1时，下列说法正确的是（
）
输入端的有效值为 U 升入= Unax
2 =250 V ，则U 升出=25000 V ，升压变压器的输入功率为
750 kW,
A. 电压表读数变大
B. 电流表读数变大
C. 电流表读数变小
D. 输电线损失的功率减小
答案AB
n2
解析由Ua= --U1知，当K由2改接为1时，升压变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数
n i
变大，输送电压变大，降压变压器的输入电压和输出电压均变大，电压表示数变大，选项A 正确；降压变压器的输出电压变大时，流过灯泡的电流I灯也变大，输电线上的电流I线也随
着I灯的变大而变大，所以电流表读数变大，选项B正确而C错误；I线变大时，输电线损失的
2
功率P线=I线R变大，选项D错误。

二、非选择题
11.发电机的端电压为220 V，输出功率44 kW,输电导线的电阻为0.2 Q,如果用初、次级线圈匝数之比为 1 : 10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级线圈匝数比为10：1的降压变压器降压供给用户。

(1) 画出全过程的线路示意图；
(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，求用户得到的电压和功率。

答案见解析
解析(1)示意图如下图所示。

(2)由图可知，升压变压器次级线圈的输出电压
n2
U=— Ui= 2200 V。

根据理想变压器P 入= P出，则升压变压器次级线圈的输出电流输电线上的功率损失和电压损失分别为
P损=I 2R线=202X 0.2 W = 80 Wo
U®=A U= 12R线=20X 0.2 V = 4 V o
所以降压变压器初级线圈上的输入电压和电流为
U3= th—U损=2200 V —4 V = 2196 V , I 3= I 2= 20 A。

降压变压器次级线圈的输出电压和电流为
m 1
14= U3= X 2196 V= 219.6 V ,
n3 10 '
n3
I 4= —I 3= 10X 20 A = 200 A o
n4
用户得到的功率为
3
44X 10
2200
A = 20
P4= U4I 4= 219.6 X 200 W 4.392 X 10 4 W。

(3)若直接用220 V低压供电，电路如图所示，则输电电流
3
44 X
A = 200 A。

10
220
输电线路上的电压损失△ U= IR线=200X 0.2 V = 40 V。

故用户得到的电压U= U —A U= 220 V —40 V = 180 V，用户得到的功率为P= U2I =
4
180X 200 W= 3.6 X 10 Wo
12 •三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，是中国规模最大的水利工程。

枢纽控制的流域面积为1X 106 km i，占长江流域面积的56%坝址处年平均流量Q= 4.51 X 1011
m。

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，总装机容量即26台发电机组同时工作时的总发电功率P= 1.82 X 10 7 kW。

年平均发电量约为W= 8.40 X 1010 kW・h,电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区供电紧张的局面。

阅读上述资料，解答下列问题。

(水的密度p = 1.0 X 103 kg/m 3,重力加速度g
2
取10 m/s )
(1) 请画出远距离输电的原理图并在其上用相应的符号标明相应的物理量；
(2) 若三峡电站上、下游水位差按H= 100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为
电能的效率n的公式并计算出效率n的数值；
(3) 若26台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间
t为多少天？
(4) 将该电站的电能输送到华中地区，输电功率P = 4.5 X 106 kW,采用超高压输电，输
电电压U= 500 kV ,而发电机输出的电压约为U0= 18 kV，要使输电线上损耗的功率为输送电
功率的5%,求发电站的升压变压器原、畐U线圈的匝数之比和输电线路的总电阻。

答案(1)见解析
W
p gQH 67.1%
(3)192.3 天(4)9 : 250 2.78 Q
解析(1)远距离输电的原理图如图所示。

10 3 8.40 x 10 x 10 x 3600
3 右
x 100%
1.0 x 10 x 4.51 x 10 x 10x 100 ~ 67.1%。

W
(3) 依据P =『可知，每台发电机组平均年发电时间
10
W 8.40 x 10 十 十
t = P = 1.82 x 107 x 24天& 192.3 天。

n 1 U ) 9
(4) 升压变压器原、副线圈的匝数之比 一=-= n 2 U 250
由 P = UI 得 I = 9.0 x 103 A
又 P 损=12R = 5%1
(2)电站能量转化的效率 W W
n =矿 p gQH
可得R~2.78 Q o
会员升级服务第一拨・清北黍
神马’有漬华北大学氏方法论课；还有清华学1!向断有的乂母亲述自己求学之路;
衝水名梭试卷悄悄的上线了i
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