【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第3章4.電能的傳輸分層作業(yè)習題

第三章分層作業(yè)21電能的傳輸A級必備知識基礎(chǔ)練1.(多選)在遠距離輸電時,輸送的電功率為P,輸送電壓為U,所用導線的電阻率為ρ,橫截面積為S,總長度為L,輸電線損失的電功率為P',用戶得到的電功率為P用。P'和P用的關(guān)系式正確的是()A.P'=U2SρL BC.P用=P-U2SρL D.P2.“西電東送”是將西部豐富的能源轉(zhuǎn)化為電能輸送到電力供應(yīng)緊張的沿海地區(qū),為了減少遠距離輸電線路中電阻損耗的能量,需要采用高壓輸電。某發(fā)電機輸出的交變電流經(jīng)理想變壓器升壓后向遠處輸送,最后經(jīng)理想變壓器降壓后輸送給用戶。下列說法不正確的是()A.若減少升壓變壓器原線圈的匝數(shù),輸電線上損失的功率將減小B.用戶獲得的交變電流頻率與發(fā)電機輸出的交變電流頻率相同C.若增加用戶用電負載的數(shù)量,輸電線上損失的功率將增加D.根據(jù)歐姆定律,輸電電壓增加,則輸電電流增加3.遠距離輸電的原理圖如圖所示,發(fā)電機輸出電壓不變,升壓變壓器、降壓變壓器均為理想變壓器,降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n。若用戶負載發(fā)生變化,電壓表V的示數(shù)變化ΔU,電流表A的示數(shù)變化ΔI,ΔUΔI=k,則兩變壓器間輸電線的總電阻RA.nk B.kC.n2k D.k4.(多選)某學校建有節(jié)能環(huán)保風力發(fā)電演示系統(tǒng),該系統(tǒng)由風力發(fā)電部分、遠距離輸電部分和用戶三部分構(gòu)成,簡易示意圖如圖所示。已知發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速與風速成正比,輸電導線的等效電阻為r,變壓器均為理想變壓器,用戶部分的小燈泡在合理工作電壓范圍內(nèi),忽略其他因素的影響。當風速變大時,發(fā)電演示系統(tǒng)()A.升壓變壓器的輸入電壓保持不變B.升壓變壓器的輸入電流保持不變C.輸電導線上的損耗功率變大D.用戶部分的小燈泡變亮5.(多選)白鶴灘水電站采用的±800kV特高壓直流輸電工程是國家“西電東送”戰(zhàn)略的重點工程。白鶴灘水電站向某地輸電時,如果保持輸送的電功率不變,將輸電電壓由400kV的超高壓改為800kV特高壓,不考慮其他因素的影響,下列說法正確的是()A.輸電線上的電壓損耗變?yōu)樵瓉淼膬杀禕.輸電線上的功率損耗變?yōu)樵瓉淼乃姆种籆.超遠距離輸電時,高壓直流輸電比高壓交流輸電更有優(yōu)勢D.實際輸電時,并不是輸電電壓越高越好,要綜合考慮各種因素6.(多選)如圖所示,為了減少輸電線路中的電力損失,發(fā)電廠發(fā)出的電通常是經(jīng)過變電所升壓后通過遠距離輸送,再經(jīng)變電所將高壓變?yōu)榈蛪?。某變電所將電壓u0=110002sin100πt(V)的交變電流降為220V供居民小區(qū)用電,則該變電所變壓器()A.原、副線圈匝數(shù)比為50∶1B.副線圈中電流的頻率是50HzC.原線圈的導線比副線圈的要粗D.輸入原線圈的電流等于居民小區(qū)各用電器電流的總和7.(2023河南新鄉(xiāng)高二期末)為特種設(shè)備設(shè)計的供電系統(tǒng)以及輸電電路如圖所示,發(fā)電機的矩形線框ABCD處于水平向右的勻強磁場中,勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小B=224T,線框面積S=0.2m2、匝數(shù)n=60,繞垂直于磁場的軸OO'勻速轉(zhuǎn)動。線框輸出端通過電刷E、F與升壓變壓器的原線圈相連,降壓變壓器的副線圈接入特種設(shè)備,兩變壓器間的輸電線等效電阻R=25Ω,已知特種設(shè)備的工作電壓U=380V,消耗的功率P=95kW,兩變壓器均為理想變壓器,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4=25∶1,線框電阻不計,π取3.(1)若線框以50r/s的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動,求圖中電壓表(視為理想電表)的示數(shù)U1;(2)若圖中電壓表的示數(shù)U1=250V,求升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1B級關(guān)鍵能力提升練8.我國超級電網(wǎng)將熱、水、風、光、核發(fā)電及電動汽車電池儲能并入電網(wǎng)。某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖如圖所示。升壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U1和U2,降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U3和U4。在輸電線路的起始端接入兩個互感器,兩個互感器原、副線圈的匝數(shù)比分別為10∶1和1∶10,各互感器和電表均為理想的,則下列說法正確的是()A.兩互感器均起到降壓作用B.若電壓表的示數(shù)為220V,電流表的示數(shù)為10A,則線路輸送電功率為220kWC.若保持發(fā)電機輸出電壓U1和用戶數(shù)一定,僅將滑片Q下移,則輸電線損耗功率減少D.若發(fā)電機輸出電壓U1一定,若用戶數(shù)增加,為維持用戶電壓U4一定,可將滑片N下移9.(多選)某同學利用如圖所示電路模擬遠距離輸電。圖中交流電源電壓為6V,定值電阻R1=R2=20Ω,小燈泡L1、L2的規(guī)格均為“6V1.8W”,理想變壓器T1、T2原副線圈的匝數(shù)比分別為1∶3和3∶1。分別接通電路Ⅰ和電路Ⅱ,兩電路都穩(wěn)定工作時,()A.L1與L2一樣亮B.L2比L1更亮C.R1上消耗的功率比R2的大D.R1上消耗的功率比R2的小10.(多選)如圖所示,高鐵的供電流程是將高壓220kV或110kV經(jīng)過牽引變電所進行變壓(可視作理想變壓器),降至27.5kV,通過接觸網(wǎng)上的電線與車頂上的受電器進行接觸而完成受電,機車最終獲得25kV的電力使高鐵機車運行。以下說法正確的是()A.若電網(wǎng)的電壓為220kV,則變電所的變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=1∶8B.若電網(wǎng)的電壓為110kV,則變電所的變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=4∶1C.如果高鐵機車功率為8000kW,牽引變電所至機車間的線路損耗的電功率為800kWD.如果高鐵機車功率為8000kW,則自牽引變電所至機車間線路的等效電阻約為85.9Ω11.在遠距離輸電時,要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個電站,輸送的電功率P=500kW,當使用U=5kV的電壓輸電時,測得在一晝夜(24小時)內(nèi)在輸電線上的損失為4800kW·h。(1)求這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。(2)若使輸電效率提高到90%,又不改變輸電線,那么應(yīng)使用多高的電壓輸電?(3)在第(2)問的情況下,若用戶得到電壓為220V,則進入用戶前的降壓變壓器的變壓比為多大?參考答案分層作業(yè)21電能的傳輸1.BD解析輸電線電阻R=ρLS,輸電電流I=PU,故輸電線上損失的功率P'=I2R=PU2ρL2.D解析減少升壓變壓器原線圈的匝數(shù),輸電電壓增加,根據(jù)P=IU輸電電流減小,損失功率減小,故A正確;變壓器并不能改變交變電流的頻率,則用戶獲得的交變電流頻率與發(fā)電機輸出的交變電流頻率相同,故B正確;若增加用戶用電負載的數(shù)量,總電阻減小,電流增大,由P=I2R知損失功率增大,故C正確;根據(jù)P=IU,輸電電壓增加,輸電電流減小,故D錯誤。3.C解析電壓表V的示數(shù)變化ΔU,則降壓變壓器的原線圈兩端電壓變化了nΔU,電流表A的示數(shù)變化ΔI,則流過R的電流變化了ΔIn,所以兩變壓器間輸電線的總電阻R=nΔU4.CD解析當風速變大時,線圈的轉(zhuǎn)速也增大。根據(jù)E=BLv可知,當v增大時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E隨之增大,即產(chǎn)生的輸入電壓增大,故A錯誤;由于升壓變壓器的輸入電壓增大,而原、副線圈匝數(shù)比不變,線路上的阻值不變,所以輸入電流也將增大,故B錯誤;由于線路中的電流增大,R不變,由P損=I2R可知,線路損耗的功率變大,故C正確;由于升壓變壓器的輸入電壓增大,而原、副線圈匝數(shù)比不變,所以降壓變壓器的輸出電壓也隨之增大,由P=U25.BCD解析保持輸送的電功率不變,輸電線上的電壓損耗ΔU=IR=PUR,將輸電電壓由400kV的超高壓改為800kV特高壓,電壓提高兩倍,則電壓損耗變?yōu)樵瓉淼囊话?故A錯誤;輸電線上的功率損耗ΔP=I2R=P26.AB解析降壓變壓器輸入電壓的最大值為110002V,則有效值為11000V,則n1n2=7.答案(1)157V(2)1解析(1)發(fā)電機的矩形線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值Em=nBSω線框轉(zhuǎn)動的角速度ω=2πn=100πrad/s題圖中電壓表的示數(shù)為感應(yīng)電動勢的有效值,則U1=E解得U1=157V。(2)特種設(shè)備工作時,降壓變壓器副線圈的電流I4=PU=設(shè)輸電線中的電流為I3,降壓變壓器原線圈兩端的電壓為U3,根據(jù)理想變壓器規(guī)律有I升壓變壓器副線圈的電壓U2=U3+I3R升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n聯(lián)立解得n18.B解析電壓互感器起降壓作用,電流互感器起減小電流(升壓)作用,故A錯誤。電壓互感器原線圈兩端電壓U2=n1'n2'U=101×220V=2200V,電流互感器原線圈中的電流I2=n4'n3'I=101×10A=100A,對于理想變壓器,輸送功率P=P2=U2I2=2200×100W=220000W,故B正確。將滑片Q下移,相當于增加了升壓變壓器副線圈的匝數(shù)n2,根據(jù)理想變壓器的規(guī)律U2=n2n1U1,升壓變壓器副線圈兩端的電壓增大;降壓變壓器原線圈兩端電壓U3增大,副線圈兩端電壓U4增大,通過負載的電流I4=U4R,當R不變時,I4增大,降壓變壓器原線圈中的電流I3=n4n3I4,匝數(shù)比不變,I3增大,輸電線上損失功率ΔP=I32r增大,故C錯誤。當用戶數(shù)增加,負載電阻R減小,若降壓變壓器副線圈兩端電壓U4不變,通過副線圈的電流I4=U4R增大,原線圈中的電流增大,輸電線上的電壓損失ΔU=I3r增大;原線圈兩端電壓U39.BC解析若開關(guān)接cd端,則設(shè)電源電壓為U0,理想變壓器T1、T2的匝數(shù)比為n2n1=n3n4=k,用戶電阻為R負載,輸電線電阻為R導線,由變壓器工作原理和歐姆定律,升壓變壓器輸出電壓U2=kU0,降壓變壓器輸入電壓U3=U2-I2R導線,降壓變壓器輸出電壓U4=U3k,I4=U4R負載,I4I3=k,I3=I2,可得輸電功率為P輸=U2I2=k2U02R導線+k2R負載,輸電線上損耗的電功率為P導線=I22R導線=k2U02(R導線+k2R負載)2R導線,用戶得到的電功率為P負載=k2U02(R導線+k2R負載)2·k210.BC解析根據(jù)變壓器的工作原理可知U1U2=n1n2,若電網(wǎng)的電壓為220kV或110kV時,變壓器原、副線圈匝數(shù)比為8∶1或4∶1,故A錯誤,B正確;變壓器變壓后的電壓為27.5kV,機車最終獲得25kV的電力,則線路損失的電壓為2.5kV。由公式P=UI可知線路中的電流為I線=P車U車=8000kW25kV=320A,則線路損耗的電功率為11.答案(1)60%20Ω(2)10kV(3)450解析(1)輸送功率P=500kW,一晝夜輸送的電能E=Pt=