高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送同步练习题

第4节　电能的输送

1.下图是为额定电压为250 V的用户供电的远距离输电的示意图，已知升压变压器原线圈两端的电压U1=500 V，发电机的输出功率为P=500 kW，输电线的电阻R=12.5 Ω，输电线上损耗的功率为输送功率的1%，图中的升压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。则下列结论正确的是(　　)

A.n3∶n4=79∶1

B.n1∶n2=1∶50

C.流过输电线的电流大小为40 A

D.降压变压器原线圈两端的电压为24 700 V

2.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

3.下图为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2。在输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10，电压表的示数为220 V，电流表的示数为10 A，各互感器和电表均为理想的，则下列说法正确的是(　　)

A.升压变压器原、副线圈的匝数比为

B.采用高压输电可以增大输电线中的电流，输电电流为100 A

C.线路输送电功率是220 kW

D.将P上移，用户获得的电压将降低

4.某发电机说明书的部分内容如表所示，现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示。发电机到安置区的距离是400 m，输电线路中的火线和零线均为某型号单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10−4 Ω。安置区家用电器的总功率为44 kW，当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时(　　)

A.输电线路中的电流为20 A

B.发电机实际输出电压是300 V

C.在输电线路上损耗的电功率为8 kW

D.如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则输出电压最大值是300 V

5.在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电线损耗的电功率为P'，用户得到的电功率为P用，则P'和P用的关系式正确的是(　　)

A.P'= 

B.P'=

C.P用=P 

D.P用=P

6.为消除高压输电线上的冰凌，有人提出了这样的融冰思路：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，发热功率为ΔP；除冰时，输电线上的发热功率需变为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

D.输电电压为U

7.某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为200 V，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、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则(　　)

A.

B.

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

8.一台交流发电机额定输出功率为P=4.0×103 kW，以400 V的电压接到升压变压器后向远方输电，若输电线的总电阻为40 Ω，允许输电线损耗的功率为10%，使用的升压变压器、降压变压器都是理想变压器。

(1)求升压变压器原、副线圈的匝数之比和输出电流。

(2)为了使远方的用户负载能获得220 V工作电压，则降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?

(3)实际输送到用户的总功率是多少?

9.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n1、n2，输电线上的电阻为R，变压器为理想变压器，发电机功率不变。为减小输电线上的功率损耗，下列方法可行的是(　　)

A.n1加倍，n2加倍 

B.n1加倍，n2减半

C.n1减半，n2加倍 

D.n1减半，n2减半

10.如图所示，某发电机输出功率是100 kW，输出电压是250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8 Ω，要使输电线上的功率损耗为发电机输出功率的5%，而用户得到的电压正好为220 V，则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是(　　)

A.16∶1　190∶11 

B.1∶16　11∶190

C.1∶16　190∶11 

D.16∶1　11∶190

11.下图为某发电站电能输送示意图。已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压变压器、降压变压器的匝数均不变。若用户电阻R0减小，下列说法正确的是(　　)

A.发电机的输出功率减小

B.输电线上的功率损耗减小

C.用户得到的电压减小

D.输电线输电电压减小

12.下图是远距离输电示意图，电站的输出电压U1=250 V，输出功率P1=100 kW，输电线电阻R=8 Ω。则进行远距离输电时，下列说法正确的是(　　)

A.若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小

B.若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大

C.输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数比

D.用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W

13.如图所示，图甲是远距离输电线路的示意图，图乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则下列说法正确的是(　　)

甲

乙

A.发电机输出交变电流的电压有效值是500 V

B.降压变压器上交变电流的频率是50 Hz

C.输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定

D.当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损耗的功率减小

14.发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，每条输电线的电阻为0.2 Ω。

(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少?

(2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少?

15.某学校有一台应急备用发电机，内阻为R=1 Ω，升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为r=4 Ω，全校22个教室，每个教室用“220 V　40 W”的灯泡6盏，要求所有灯都正常发光。求：

(1)输电线上损耗的电功率；

(2)发电机的输出功率；

(3)发电机的电动势。

参考答案

1.B　输电线上的电流I2= A=20 A，升压变压器原线圈电流I1= A=1 000 A，则，选项B正确，C错误；升压变压器副线圈两端的电压U2=n2=25 000 V，降压变压器的输入电压U3=U2−I2R=25 000 V−20×12.5 V=24 750 V，则=99，选项A、D错误。

2.A　节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率，I= A=50 A，P线=I2R=502×0.4 W=1 000 W，故节约的电功率为1 kW，选项A正确。

3.C　根据变压器的原理可得升压变压器原、副线圈的匝数比为，故选项A错误；采用高压输电可以减小输电线中的电流，从而减小输电过程中的电能损耗，根据电流互感器原理及匝数比为1∶10，由公式，得输电电流为I2=10×10 A=100 A，故选项B错误；由电压表的示数为220 V，根据变压公式，得输电电压为U2=10×220 V=2 200 V，线路输送电功率为P=U2I2=220 kW，故选项C正确；将P上移，则降压变压器的原线圈匝数减少，故用户获得的电压将升高，故选项D错误。

4.C　额定电压为220 V的家用电器正常工作时，输电线路中的电流I= A=200 A，故选项A错误；发电机的实际输出电压U0=U+Ir=220 V+200×2×400×2.5×10−4 V=260 V，故选项B错误；输电线上损耗的功率P损=I2r=2002×2×400×2.5×10−4 W=8 kW，故选项C正确；该柴油机输出电压的最大值Um=260 V=368 V，故选项D错误。

5.BD　输电线电阻R=ρ，输电电流I=，故输电线上损耗的功率为P'=I2R=·ρ，用户得到的电功率为P用=P−P'=P。

6.AD　输电功率P=UI，输电线电阻为R，则ΔP=I2R=R，除冰时，输电线上的发热功率为9ΔP，那么输电电流应变为3I，由于输电功率保持不变，输电电压变为U，选项A、D正确。

7.AD　由于输电线上有功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，P出−P损=P入，选项D正确；，因为U1=200 V<U4=220 V，U2>U3=U2−U线，故，选项A正确，B、C错误。

8.【答案】(1)1∶100　100 A

(2)1 800∶11

(3)3.6×103 kW

【解析】(1)升压变压器输入电流I1= A=1×104 A

输电损耗的功率P损=10%P=I2R，输电电流I= A=100 A

升压变压器原、副线圈匝数比。

(2)由可知，输电电压U2=40 000 V

输电线损耗的电压U损=IR=100×40 V=4 000 V

降压变压器的输入电压U3=U2−U损=36 000 V

则降压变压器的匝数比。

(3)实际输送到用户的总功率

P用=P−P损=3.6×103 kW。

9.C　输电线的功率损耗为ΔP=R=R，由公式可知，n1加倍，n2加倍，电压U2不变，输电线的功率损耗不变；n1加倍，n2减半，电压U2减小，输电线的功率损耗增大；n1减半，n2加倍，电压U2增大，输电线的功率损耗减小；n1减半，n2减半，电压U2不变，输电线的功率损耗不变，选项C正确，A、B、D错误。

10.C　输电线损耗功率P损=100×103×5% W=5×103 W，所以输电线上电流I2==25 A，升压变压器原线圈电流I1==400 A，故升压变压器原、副线圈匝数比；升压变压器副线圈两端电压U2=U1=4 000 V，输电线损耗电压U损=I2R总=200 V，降压变压器原线圈两端电压U3=U2−U损=3 800 V，故降压变压器原、副线圈匝数比为。故选项C正确。

11.C　若用户电阻减小，则降压变压器输出功率增大，导致发电机的输出功率增大，选项A错误；降压变压器输出功率增大，导致输电线上电流增大，输电线上损耗的电压增大，输电线上的功率损耗增大，选项B错误；发电机的输出电压不变，则升压变压器的原线圈输入电压不变，由于升压变压器的原、副线圈匝数不变，则输电线上输电电压不变，选项D错误；输电线上损耗电压增大，升压变压器的输出电压不变，则降压变压器的输入电压变小，由于降压变压器的原、副线圈匝数比不变，故降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小，选项C正确。

12.AC　由知，U1不变时，U2也不变，选项B错误；由U3=U2R知，电站的输出功率突然增大，U3减小，又，故U4也减小，选项A正确；I1==400 A，I2==25 A，，选项C正确；用10 000 V高压输电，即U2'=10 000 V，I2'==10 A，ΔP'=I2'2R=800 W，选项D错误。

13.BD　由题图乙可知交流电压的最大值为Um=500 V，因此其有效值为U= V，故选项A错误；由题图乙可知，T=0.02 s，频率f= Hz=50 Hz，故选项B正确；输电线中的电流与需要传输的功率有关，传输的功率越大，输电线中的电流也越大，故选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，用户的功率减小，降压变压器的输出功率减小，则输入的功率减小，输入的电流减小，输电线上损耗的功率减小，故选项D正确。

14.【答案】(1)140 V　28 kW

(2)219.2 V　43.84 kW

【解析】(1)输电线上的电流

IR= A=200 A

损耗的电压UR=IRR=200×2×0.2 V=80 V

损耗的功率PR=URIR=80×200 W=16 kW

用户得到的电压U用户=U−UR=140 V

用户得到的功率P用户=P−PR=28 kW。

(2)已知升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶10

输入电压U1=220 V

因此，升压变压器的输出电压U2=U1=2 200 V

输电线上的电流IR'= A=20 A

损耗的电压UR'=IR'R=20×2×0.2 V=8 V

损耗的功率PR'=UR'IR'=8×20 W=160 W

因此，降压变压器的输入电压U3=U2−UR'=2 192 V

已知降压变压器的匝数比n3∶n4=10∶1

所以用户得到的电压U4=U3=219.2 V

用户得到的功率P用户'=P−PR'=43.84 kW。

15.【答案】(1)144 W

(2)5 424 W

(3)250 V

【解析】(1)根据题意，画出从发电机到教室灯泡之间的输电过程，如图所示。

所有灯都正常工作的总功率为P2'=22×6×40 W=5 280 W

用电器都正常工作时的总电流I2'= A=24 A

两个变压器之间输电线上的电流Ir=I2==6 A

故输电线上损耗的电功率Pr=r=144 W。

(2)升压变压器的输出功率P1'=Pr+P2'=5 424 W。

而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率P出=P1=P1'=5 424 W。

(3)降压变压器上的输入电压U2=4U2'=880 V

输电线上的电压损耗Ur=Irr=24 V

因此升压变压器的输出电压U1'=Ur+U2=904 V

升压变压器的输入电压U1==226 V

升压变压器的输入电流I1=4Ir=24 A

发电机的电动势E=U1+I1R=226 V+24×1 V=250 V。