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【学练考】2015-2016学年高二人教版物理选修3-2练习册:5.5 电能的输送


5 电能的输送 知识点一 降低输电损耗的两个途径 1.超导是当今高科技研究的热点,利用超导材料可实现无损耗输电.现有一直流电路, 输电线的总电阻为 0.4 Ω,它提供给用电器的电功率为 40 kW,电压为 800 V.若用临界温度 以下的超导电缆代替原来的输电线, 保持供给用电器的功率和电压不变, 那么节约的电功率 为( ) A.1 kW B.1.6× 103 kW C.1.6

kW D.10 kW 2.(多选)某发电厂原来用电压为 U1 的交流电输电,后改用变压比为 1∶50 的升压变压 器将电压升高为 U2 后输电,输送的电功率保持不变.若输电线路的电阻为 R 线,则下列说 法中正确的是( ) A.由公式 I= B.由公式 I= P 1 可知,提高电压后输电线上的电流降为原来的 U2 50 U2 可知,提高电压后输电线上的电流增为原来的 50 倍 R线

1 C.由公式 P=I2R 线可知,提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的 2500
2 U2 D.由公式 P= 可知,提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的 2500 倍 R线

3.(多选)2014 年 2 月初的低温雨雪天气造成我国东部部分地区停电,为消除高压输电 线上的凌冰,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要变为 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 1 D.输电电压为 U 3 知识点二 远距离输电电路中的各种关系 4.远距离输电线路的示意图如图 L551 所示.若发电机的输出电压不变,则下列叙述 中正确的是( )

图 L551 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 5.(多选)发电厂发电机的输出电压为 U1,发电厂至学校的输电线总电阻为 R 线,通过 导线的电流为 I,学校输入电压为 U2,下列计算输电线功率损耗的式子中,正确的是( )

U2 1 A. R线

(U1-U2)2 B. R线

C.I2R 线 D.I(U1-U2) 6.(多选)小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压,它发出的电先通过电站附近的 升压变压器升压, 然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器, 经降压变压 器后再输送到各用户.设变压器都是理想变压器,那么在用电高峰期,随着用电器电功率的 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.降压变压器原线圈两端的电压和副线圈两端的电压均变小 7.中国已投产运行的 1000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、 乙两地原采用 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 1000 kV 特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线 上损耗的电功率将变为( ) P A. 4 P B. 2

C.2P D.4P 8.(多选)在如图 L552 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( )

图 L552 A.升压变压器的输出电压增大 B.降压变压器的输入电压增大 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 9.(多选)一台发电机输出电压为 4000 V,最大输出功率为 4000 kW,经变压器 T1 升压后 向远方输电,输电线路总电阻 R=1 kΩ,到目的地经变压器 T2 降压,负载为多个正常发光 的灯泡(220 V 60 W).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 均为理想变压器,发电机处于满负荷工作状态,则( ) 3 A.T1 原、副线圈电流分别为 10 A 和 20 A B.T2 原、副线圈电压分别为 1.8× 105 V 和 220 V C.T1 和 T2 原、副线圈的变压比分别为 1∶50 和 40∶1 D.有 6× 104 盏灯泡(220 V 60 W)正常发光 10.某水电站发电机输出的电功率为 100 kW,输出电压 250 V,现准备向远处输电,所 用输电线的总电阻为 8 Ω,要求输电时在输电线上损失的电功率为输送电功率的 5%.用户获 得 220 V 电压,应选用原、副线圈匝数比多大的升压变压器和降压变压器?

11.如图 L553 所示,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. (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?

图 L553

12.某小型水电站中,水以 3 m/s 的速度流入水轮机,而以 1 m/s 的速度流出,流出水 位比流入水位低 1.6 m,水流量为 2 m3/s.水流能量的 75%供给发电机. (1)若发电机效率为 80%,则发电机的输出功率为多大? (2)发电机的输出电压为 240 V,输电线路的电阻为 19.2 Ω,许可损耗功率为 2%,用户 所需电压为 220 V,则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数的比各是多少?

5 1.A

电能的输送

P 40× 103 [解析] 节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率,I= = A=50 U 800

A,P 线=I2R=502× 0.4 W=1 000 W,故节约的电功率为 1 kW,A 项正确. 2.AC U1 n1 P [解析] 由 = 可知,U2=50 U1,输送功率不变,由公式 I= 可知,输电线 U2 n2 U2

1 1 中的电流变为原来的 , 选项 A 正确; 由 P=I2R 线可知, 输电线上的功率损耗减为原来的 , 50 2500 选项 C 正确. 3.AD [解析] 高压线上的热耗功率 ΔP=I2R 线,若热耗功率变为 9ΔP,则 9ΔP=I′2R 线, 1 可得 I′=3I,A 对;输送功率不变,即 P=UI=U′I′,得 U′= U,所以 D 对. 3 4.C [解析] 变压器输入功率、输入电流的大小是由负载消耗的功率大小决定的,A、 U2 B 错误.用户用电器总电阻减小,根据 P= ,用户消耗的功率增大,输电线中电流增大, R 线路损失的功率增大,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,D 错误. U2 线 5.BCD [解析] 输电线损耗的功率 P 损=I2R 线= =IU 线,其中 U 线=U1-U2,故 B、 R线 C、D 正确. 6.CD [解析] 用电器电功率增加导致输出功率变大,在输出电压一定时,输出电流 变大,输电线中的电流也变大,由于 U 损=Ir,所以输电线路电压损失变大,从而导致降压 变压器原线圈电压变小,副线圈电压也变小,所以 C、D 正确. 7.A [解析] 由 P=UI 可知当输电电压由 500 kV 升高到 1000 kV 时,电路中的电流将 1 减为原来的一半,由 P 损=I2R 线可知电路中损耗的功率变为原来的 . 4 8.CD [解析] 升压变压器原线圈电压不变,变压比不变,故副线圈电压 U2 不变,A 错误;I= P ,U 损=IR 线,U3=U2-U 损,因 P 变大,I 变大,所以 U 损变大,所以降压变压 U2

P ?2 P损 器原线圈电压 U3 变小, B 错误; P 损=? 因 P 变大, 所以 P 损变大, C 正确; = ?U? R 线, P PR线 = 2 ,因 P 变大,所以比值变大,D 正确. U2 9.ABD [解析] 根据题意画出输电线路示意图如图所示.

? P ? R线 ?U2?
P

2

对升压变压器有 P1=U1I1, 可知 I1=103 A, 由输电线上消耗的功率 ΔP=I2 2R 线=400 kW, 可知输电线上电流为 I2=20 A,A 项正确;T1 原、副线圈的变压比为 I2∶I1=1∶50;根据 P =U2I2 得 U2=2× 105 V,输电线上电压 ΔU=I2R 线=20 000 V,则降压变压器原线圈输入电压 为 U3=U2-ΔU=1.8× 105 V,又灯泡正常发光,可知副线圈电压 U4 为 220 V,B 项正确; T2 原、副线圈的变压比为 U3∶U4=1.8× 105∶220,C 项错误;降压变压器的输入功率等于输出 功率,P3=P4=U3I2=60n W,解得 n=6× 104,D 项正确. 10.1∶16 190∶11

[解析] 依题意作出如图所示的输电线路示意图,升压变压器原线圈的电流为 I1=

P = U1

100× 103 A=400 A,当输电线上损失的电功率为输送电功率的 5%时,设输电线中的电流为 250 I2,则 I2 P, 2R 线=5%× 所以 I2= 5%× P = R线 0.05× 100× 103 A=25 A, 8

n1 I2 25 1 升压变压器 T1 原、副线圈的匝数比为 = = = . n2 I1 400 16 100× 10 P ? 设降压变压器 T2 原线圈的电压为 U3, 则 U3=U2-I2R 线= -I2R 线=? ? 25 -25×8? V I2 =3800 V. n3 U3 190 故降压变压器原、副线圈的匝数比为 = = . n4 U4 11
3

290 11.(1)4000 W (2) 11 U 1 n1 [解析] (1)根据理想变压器的规律 = 得 U 2 n2 n2 25 输电电压 U2= U1= × 240 V=6000 V, n1 1 输电电流 I2= P 120× 103 = A=20 A, U2 6000

2 输电线上损失的功率 ΔP=I2 10 W=4000 W. 2r=20 × (2)输电线上损失的电压 ΔU=I2r=20× 10 V=200 V, 降压变压器原线圈两端的电压 U3=U2-ΔU=6000 V-200 V=5800 V,

n3 U3 5800 V 290 根据理想变压器的规律得 = = = . n4 U4 220 V 11 12.(1)24 000 W (2)1∶20 1176∶55 [解析] (1)每秒钟流过发电机的水的质量为 m=ρV=2× 103 kg, 每秒钟水流机械能的损失 1 2 为 ΔE= m(v1 -v2 104 J,发电机的输出功率 P 出=75%× 80%· ΔE=24 000 W. 2)+mgh=4× 2 (2)发电机经变压器到用户的供电线路如图所示.

图中 T1 为升压变压器,T2 为降压变压器.输电线上损失的功率为 P 线=I2 线R 线,而 P

线

=P 出· 2%,所以 I 线=

P出· 2% =5 A. R线

P出 因为 I2=I 线=5 A,I1= =100 A, U1 n1 I2 1 所以升压变压器原、副线圈的匝数比为 = = . n2 I1 20 24000 P ? 降压变压器 T2 原线圈的电压 U3= -I2R 线=? ? 5 -5×19.2? V=4704 V, I2 n3 U3 1176 所以降压变压器的原、副线圈的匝数比为 = = . n4 U4 55


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