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江苏省泰州中学高二物理选修3-2同步检测5-5电能的输送


第五节

电能的输送

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.可节省输电线路的铜材料 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 P 电压 U 越高,则输送电流 I=U越小,据 P 线=I2R,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.发电厂发电机的输出电压为 U1,发电厂至学校的输电导线总 电阻为 R,通过导线上的电流为 I,学校得到的电压为 U2,则输电导 线上损耗的功率下列表达式错误的是( U2 1 A. R C.I2R 答案:A U2 解析:用 P= R 求电阻上损失的功率时,U 要与电阻 R 相对应, ) ?U1-U2?2 B. R D.I(U1-U2)

选项 A 中的 U1 是输出电压不是输电线电阻上的电压, A 是错误的. 故 B 中的 U1-U2 是输电线上电阻上的电压,因此,B 是正确的,C、D 中 的电流 I 是输电线中的电流,故 C、D 都是正确的. 3.(2011· 山东曲阜一中高二检测)远距离输电线路的示意图如下图 所示.若发电机的输电电压不变,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 答案:C 解析:匝数比一定时,变压器的输入功率是由用户消耗的功率决 定的,选项 A 错误.变压器输入电流与变压器匝数比和负载电阻都有 U2 关系,B 错误.用户用电器总电阻减小,据 P= R ,消耗功率增大, 输电线中电流增大,线路损失功率增大,C 项正确.升压变压器输出 电压等于输电线路电阻上的损失电压加上降压变化器的输入电压,D 项错误. 4.在电能输送过程中,输送电功率一定,则在输电线上的功率损 失( ) A.随输电线电阻的增大而增大 B.与输送电压的平方成正比 C.与输电线上电压损失的平方成正比

D.与输电电流的平方成正比 答案:ACD 解析:输电线上的功率损失 ΔP=I2R,电压损失 ΔU=U-U′= ΔU2 ? P ?2 IR,输电电流 I=P/U,所以 ΔP=I · R= R =?U? R,可见在输送功率 ? ?
2

P 一定时,ΔP 与 I2 成正比;ΔP 与 ΔU2 成正比. 5.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 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. 6. 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. B.②③ C.③④ D.②④

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′, U′ I 10 p I2R U1 n1 所以 U = = , = 2 =100, 由变压器的原理: = , U2 n2 I′ 1 p′ I′ R n1 2.2 1 180 可得 = = = ,所以 n2=1800 匝. n2 22 10 n2 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. 7.(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 P1. (2)若改用 U1=10000V 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. 答案:(1)10kW (2)227.19V
3

P 38×10 解析:(1)输电线上的电流强度为 I=U= A=100A 380 输电线路损耗的功率为 P 损=I2R=1002×1W=10kW
3 P 38×10 (2)改用高压输电后,输电线上的电流强度变为 I1= = A U1 10000

=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 U′ n1 = U2 n2

n2 1 用户得到的电压为 U2= U′= ×9996.2V=227.19V. n1 44

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 P1,用户得到的电功率为 P2 则( U2S A.P1= ρL U2S C.P2=P- ρL 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 P L =U,由电阻定律得 R=ρS ,所以导线上损耗的功率为导线上产生的 P2 L 热功率 P1=I R= 2ρ S,B 正确,用户得到的电功率 P2 应为输送的电 U
2

)

P2ρL B.P1= 2 US P2ρL D.P2=P- 2 US

P2ρL 功率减去导线损耗的热功率,即 P2=P-P1=P- 2 ,D 正确. US 2.(2010· 江苏物理)在如下图所示的远距离输电电路图中,升压变 压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电 阻均不变.随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有( )

A.升压变压器的输出电压增大 B.降压变压器的输出电压增大 C.输电线上损耗的功率增大 D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大

答案:CD 解析:对升压(或降压)变压器而言,由变压器电压比 U1:U2=n1:n2 知,输入电压不变,匝数不变,输出电压不变,故 A 选项不正确;由 P=UI 知,U 不变,P 增大,故 I 增大,使得输电线上的电压损耗 ΔU =I2R 线增大, 功率损耗 ΔP=I2R 线增大, 所以降压变压器上的输入电压 2 减小,输出电压减小,所以 B 不正确,C 正确;因为输电线上损耗的 P1 n1 2 ·?R U1 n2 线 P1n2R线 ΔP 1 功率占总功率的比例为 = = = 2 2 ∝P1,所以随发 P1 P1 P1 U1n1 I2R线 2 ? 电厂输出功率变大,该值变大,D 正确. 3.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 n1、n2.降 压变压器原副线圈匝数分别为 n3、 4(变压器均为理想变压器). n 要使额 定电压为 220V 的用电器正常工作,则( )

n2 n3 A. > n1 n4 n2 n3 B. < n1 n4 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 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 U2 n2 U3 n3 降压变压器的输入功率. D 正确. = , = , 故 因为 U1=200 V<U4 U1 n1 U4 n4

n2 n3 =220 V,U2>U3=U2-U 线,故 > ,选项 A 正确. n1 n4 4.(2011· 临沂模拟)一台发电机最大输出功率为 4000kW,电压为 4000V,经变压器 T1 升压后向远方输电.输电线路总电阻 R=1kΩ.到 目的地经变压器 T2 降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W).若 在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的 10%,变压器 T1 和 T2 的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则( A.T1 原、副线圈电流分别为 103A 和 20A B.T2 原、副线圈电压分别为 1.8×105V 和 220V C.T1 和 T2 的变压比分别为 1:50 和 40:1 D.有 6×104 盏灯泡(220V、60W)正常发光 答案:ABD P1 4000×10 解析:T1 原线圈的电流为 I1= = A=1×103A,输电线 U1 4000 上损失的功率为 P 损=I2R=10%P1, 2 所以 I2= 的变压比为 10%P1 R = 4000×103×0.1 A=20A,选项 A 对;T1 1×103
3

)

n1 I2 20 1 = = 3 = ; T1 上 副 线 圈 的 电 压 为 U2 = 50U1 = n2 I1 10 50

2×105V,T2 上原线圈的电压为 U3=U2-I2R=2×105V-20×103V=
5 n3 U3 1.8×10 1.8×10 V, 选项 B 对; 2 上原、 T 副线圈的变压比为 = = = n4 U4 220 5

9×103 90%P1 ,选项 C 错;能正常发光的灯泡的盏数为: N= = 11 60 6×104(盏),选项 D 对. 5.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 下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. 输电线电流 I2=

P损 = R线

4×103 A=20A. 10
3

P 100×10 升压变电器输出电压 U2= = V=5×103V. I2 20 n1 U1 250 1 升压变压器原、副线圈匝数比: = = = . n2 U2 5000 20 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. n3 4800 240 降压变压器原、副线圈匝数比 = = . n4 220 11 (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.
6.(2011· 淄博模拟)有条河流,流量 Q=2m3/s,落差 h=5m,现 利用其发电,若发电机总效率为 50%,输出电压为 240V,输电线总电

阻 R=30Ω,允许损失功率为输出功率的 6%,为满足用电的需求,则 该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?可 以使多少盏“220V 100V”的电灯正常发光?(g 取 10N/kg) 答案: 升压变压器的匝数比为 6:125.降压变压器的匝数比为 235:11 470 盏 mgh 解析:设 ρ 为水的密度,电源端:P 输出= t ×50%=Qρgh×0.5 =5×104W 输出电压 U0=240V;输电线路如下图所示.

为满足输电要求,据 ΔP 损=I2 R,有 I 送= 送

ΔP损 R =

P输出×6% =10A R
则送电电压为 U 送=

P送 P输出 = =5×103V I送 I送

所以升压变压器的变压比为 n1:n2=U0:U 送=6:125 输电线电压损失 ΔU 损=I 送 R=300V 用户端:U1=U 送-ΔU 损=4700V,据题意可知,U2=220V,所以 降压变压器的匝数比为 n′1:n′2=U1:U2=235:11.因为理想变压器没 有能量损失,故 P 用=P 送-ΔP 损,则可正常发光的电灯的盏数 n=

P送-ΔP损 =470 盏. 100


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