高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流综合与测试同步训练题

专题强化练10　远距离输电分析

一、选择题

1.[2021新高考八省(市)1月联考,江苏卷,]小明分别按图1和图2电路探究远距离输电的输电损耗,将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路,忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器,T2为理想降压变压器,两次实验中使用的灯泡相同,灯泡的电压相等。两次实验中              (　　)

A.都接直流电源　　　B.A两端的电压相等

C.A损耗的功率相等　　　D.图1中A的电流较大

2.(2021湖北宜昌高二期末,)远距离输电线路如图所示。在输送的电功率一定的情况下,采用高压U1输电时,线路损耗的电功率为P1;采用高压U2输电时,线路损耗的电功率为P2。若P1=4P2,下列关系式正确的是              (　　)

A.2U1=U2　　　B.U1=2U2

C.4U1=U2　　　D.U1=4U2

3.(2020浙江效实中学高二期中,)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ΔP。若输送的电功率增加为4P,而输电线上损失的电功率减为ΔP(输电线电阻不变),那么输电电压应增为              (　　)

A.2U　　　B.4U　　　C.8U　　　D.16U

4.(2021湖南株洲高三检测,)一般发电机组输出的电压在十千伏上下,不符合远距离输电的要求。要在发电站内用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离输电,到达几百公里甚至几千公里之外的用电区之后,再经“一次高压变电站”、“二次变电站”降压。已知经低压变电站降压变压器(可视为理想变压器)后供给某小区居民的交流电u=220 sin 100πt(V),该变压器原、副线圈匝数比为50∶1,则              (　　)

A.原线圈上的电压为11 000 V

B.原线圈中电流的频率是100 Hz

C.原线圈使用的导线应该比副线圈的要粗

D.采用高压输电有利于减少输电线路中的损耗

5.(2020天津耀华中学高二期末,)(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则              (　　)

A.用户端的电压为

B.输电线上的电压降为U

C.输电线上损失的电功率为r

D.输电线上损失的电功率为I1U

6.(2019广东佛山高二下期末,)(多选)我国的特高压输电技术独步全球,有着重大的经济和社会效益。如图为远距离特高压输电的示意图,图中变压器均为理想变压器,若电厂输出电压为u1=5 500 sin 100πt(V),电流为I1=500 A,在电能输送过程中,输送的电功率一定,输电线电阻一定,在输电线上因发热损失的电功率为P损,下列判断正确的是(　　)

A.P损与U3的平方成正比

B.U2I2=2.75×106 W

C.I2<500 A

D.用户得到的交变电流的频率为50 Hz

7.(2020安徽郎溪中学高二月考,)图甲为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1,远距离输电线的总电阻为100 Ω。若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为750 kW,下列说法中正确的有              (　　)

甲

乙

A.用户端交变电流的频率为100 Hz

B.用户端电压为250 V

C.输电线中的电流为30 A

D.输电线损耗的功率为180 kW

8.(2021江苏淮安高二期末,)在如图所示的远距离输电电路中,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输送功率的比例减小

9.(2021山东青岛高三期末,)远距离输电线路的示意图如图甲所示,发电机输出电压随时间的变化关系如图乙所示。下列说法正确的是              (　　)

A.发电机输出电压的有效值是380 V

B.用户得到的交流电的频率是100 Hz

C.发电机的输出功率取决于升压变压器的原、副线圈的匝数比

D.保持发电机输出功率不变,增加升压变压器副线圈匝数,用户得到的功率增大

10.(2021辽宁大连高三模拟,)(多选)如图所示为某小型电站高压输电示意图,变压器均为理想变压器,发电机输出功率为20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器,其原、副线圈的匝数比为1∶10,电流表的示数为1 A,输电线的总电阻为10 Ω,则下列说法正确的是              (　　)

A.采用高压输电可以减小输电线中的电流

B.将P下移,用户获得的电压将增大

C.用户获得的功率为19 kW

D.升压变压器的输出电压U2=2 000 V

二、非选择题

11.(2021山东泰安宁阳一中高二下期中,)特高压输电是中国高效远距离输电的一种重要方式。在某段特高压输电网络中,发电机组输出电压为10 kV,利用理想升压变压器将电压升至1 000 kV的特高压后输送,到达用电区后,经过降压处理再输送给工厂或用户。已知输送总功率为400万千瓦,输电线上损耗的功率占总功率的4%。求:

(1)升压变压器原、副线圈的匝数比;

(2)输电线的电阻。

12.(2021北京昌平临川育人中学高二下期中,)如图甲为某中小型水力发电站远距离输送单相交流电示意图,每根导线电阻为4 Ω,远距离输电线的输送电流为100 A,若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为960 kW,在用户端起点接有交流电压表,变压器均为理想变压器,求:

(1)升压变压器原、副线圈的匝数比;

(2)设降压变压器原、副线圈的匝数比为40∶1,用户端交流电压表的示数;

(3)若用户端全是照明用电,能使多少盏“220 V,20 W”的节能灯正常发光?

甲

乙

答案全解全析

专题强化练10　远距离输电分析

1.D　题图2中因为有变压器,所以必须接交流电源,故A错。设流过灯泡的电流为IL,则题图1中通过A的电流也为IL;设T2原、副线圈的匝数分别为n3和n4,此时通过A的电流为IA,则有=,因为T2为降压变压器,即n4<n3,故IA<IL,再结合UA=IARA、PA=RA可知,题图2中A两端的电压和A损耗的功率均较小,故D正确,B、C均错。

2.A　根据P=UI、ΔP=I2R可知,在输送的电功率一定的情况下,输电线上损耗的功率ΔP∝,又根据P1=4P2可知2U1=U2,故选项A正确。

3.C　由P=UI知I=,则输电线上损失的电功率为ΔP=I2R=R,得输电电压U=P;若输送的电功率增加为4P,而输电线上损失的电功率减为,输电线电阻不变,由上式得输电电压应增为8U,选项A、B、D错误,C正确。

4.D　副线圈电压的有效值为U2==220 V,根据理想变压器电压和匝数的关系=可知,原线圈上的电压U1=11 000 V,A错误;变压器不会改变交流电的频率,故原线圈中电流的频率f==50 Hz,B错误;原、副线圈的电流之比等于匝数的反比,故副线圈的电流大于原线圈的电流,则副线圈的导线粗,C错误;在输送电功率一定的情况下,P损=R=R,高压输电有利于减少输电线路中的损耗,D正确。

5.AC　根据理想变压器输入功率等于输出功率,可得I1U1=I2U2,故用户端的电压为U2=,选项A正确;输电线上的电压降为ΔU=U-U1,选项B错误;输电线上损失的电功率为ΔP=ΔUI1=(U-U1)I1=r,选项C正确,选项D错误。

6.BCD　输电线上损失的电功率为P损==,选项A错误;根据电厂输出电压u1=5 500 sin 100πt(V),知U1=5 500 V,I1=500 A,根据理想变压器输入功率与输出功率相等,知U1I1=U2I2=5 500×500 W=2.75×106 W,选项B正确;对于理想变压器,根据==>1知I2<500 A,选项C正确;根据电厂输出电压为u1=5 500 sin 100πt(V)知,交变电流的频率为50 Hz,变压器不改变交流的频率,选项D正确。

7.C　由题图乙知,交变电流的周期为0.02 s,所以频率f=50 Hz,选项A错误;输电线上有电压损耗,所以用户端电压小于250 V,选项B错误;对于升压变压器,由变压规律=,可得U2=25 000 V,输电线中的电流I==30 A,选项C正确;输电线损耗的功率ΔP=I2r=90 kW,选项D错误。

8.C　由于发电厂的输出电压不变,升压变压器原、副线圈的匝数不变,所以升压变压器的输出电压不变,选项A错误;发电厂的输出功率增大,则升压变压器的输出功率增大,又升压变压器的输出电压U2不变,根据P=UI可知输电线上的电流I线增大,设输电线电阻为R,根据U损=I线R可知,输电线上的电压损失增大,降压变压器的输入电压U3=U2-U损,可知降压变压器的输入电压U3减小,降压变压器原、副线圈的匝数不变,则降压变压器的输出电压减小,选项B错误;根据P损=R,又输电线上的电流增大,电阻不变,可知输电线上的功率损失增大,选项C正确;输电线上损耗的功率占总功率的比例η==,发电厂的输出电压不变,输电线的电阻不变,η随着发电厂输出功率的增大而增大,选项D错误。

9.D　由题图乙可知交流电压的最大值为Um=380 V,则其有效值为U= V=190 V,故A错误;交流电的周期T=0.02 s,则交流电的频率为f==50 Hz,变压器不改变交流电的频率,故B错误;原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,与匝数比无关,故C错误;在输送功率一定的情况下,增加升压变压器副线圈匝数,根据=知升压变压器副线圈两端电压增大,由I=知输电线上的电流减小,根据ΔP=I2R线知,输电线上损失的功率减小,则降压变压器的输入功率增大,即保持发电机输出功率不变,增加升压变压器副线圈匝数,用户得到的功率增大,故D正确。

10.ACD　发电机输出功率一定,根据P=UI可知,采用高压输电可以减小输电线中的电流,A正确;将P下移,降压变压器原线圈的匝数变多,即n3变大,由=得U4=,则降压变压器的输出电压将减小,即用户获得的电压将减小,B错误;由电流互感器可得,输电线中的电流为I2=10I'=10×1 A=10 A,由题意可知,升压变压器的输出功率为20 kW,则可得升压变压器的输出电压为U2==2 000 V,输电线损耗的功率为P损=r=102×10 W=1 000 W,则用户获得的功率为P4=P3=P2-P损=20 kW-1 kW=19 kW,C、D正确。

11.答案　(1)　(2)10 Ω

解析　(1)升压变压器原、副线圈的匝数比

===

(2)输电线上损耗的功率为

P损=P×4%=4×109 W×4%=1.6×108 W

输送电流为I===4×103 A

由P损=I2R知输电线的电阻为R===10 Ω

12.答案　(1)　(2)220 V　(3)4.4×104盏

解析　(1)由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为U1=240 V

输送电压为U2== V=9 600 V

升压变压器原、副线圈的匝数比为

===

(2)输电线上损失的电压为ΔU=I2R总=100×4×2 V=800 V

降压变压器输入电压为

U3=U2-ΔU=(9 600-800) V=8 800 V

根据=

代入数据解得用户端得到的电压为U4=220 V

(3)输电线路损耗功率为ΔP=ΔUI2=80 kW

用户得到的功率为P4=(960-80) kW=880 kW

每盏灯正常发光的功率为20 W,N=

代入数据解得N=4.4×104