高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送课时训练

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模块一 知识掌握
知识点一 输电线上的电压和功率损失
【情境导入】假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r.在图中，输电线的电阻集中画为一个电阻r.
(1)怎样计算输电线路损失的功率？
(2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？
(3)通过对第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？
(4)怎样计算用户消耗的功率P？
(5)在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？
【知识梳理】
一、输送电能的基本要求
1．可靠：指保证 可靠地工作，故障少．
2．保质：保证电能的质量—— 和 稳定．
3．经济：指输电线路建造和运行的费用 ，电能损耗 ．
二、降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失：P＝ ，I为输电电流，r为输电线的电阻．
2．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率 的金属材料，还要尽可能 导线的横截面积．
(2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要 输电电压．
【重难诠释】
1．输电线路的电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝eq \f(P,U)r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻．
2．输电线路的功率损失
(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r.
(2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝eq \f(ΔU2,r)，ΔP＝ΔU·I.
3．减小电压、功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻
由R＝ρeq \f(l,S)可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻．
(2)减小输电电流I
根据I＝eq \f(P,U)，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的eq \f(1,n)，输电线上的功率损耗将降为原来的eq \f(1,n2).
（2023春•阿勒泰地区期末）节约能源是当今世界的一种重要社会意识。原来采用110kV高压向远方的城市输电，在输电线路上损耗的功率为△P。为减小输电线上损耗的功率。在输送功率一定、输电线路不变的同时输电电压变为440kV。则在输电线路上损耗的功率变为（ ）
A．△P2B．△P4C．△P8D．△P16
（2023春•荔湾区期末）我国远距离输送交流电用的电压有110kV、220kV和330kV，输电干线已经采用500kV的超高压，西北电网的电压甚至达到750kV，远距离输电线路的示意图如图所示，若输送的总功率P，输电电压为U，输电线的总电阻为R，则正确的是​（ ）
A．采用高压输电是为了加快输电的速度
B．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
C．输电线上的电流I=UR
D．输电线上损失的功率P线＝（PU）2R
（2023春•苏州期末）如图所示为某水电站远距离输电的原理图．升压变压器的原、副线圈匝数比为k，输电线的总电阻为R，发电机输出的电压恒为U，若由于用户端负载变化，使发电机输出功率增加了ΔP，升压变压器和降压变压器均视为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．电压表V1的示数与电流表A1的示数之比不变
B．电压表V2的示数与电流表A2的示数之比变大
C．输电线上损失的电压增加了RkΔPU
D．输电线上损失的功率增加了R(kΔP)2U2
（2023春•松江区校级期末）“张北的风点亮北京的灯”，中国外交部发言人赵立坚这一经典语言深刻体现了2022年北京冬奥会的“绿色奥运”理念。张北可再生能源示范项目，把张北的风转化为清洁电力，并入冀北电网，再输向北京、延庆、张家口三个赛区。远距离输电过程，我们常常采用高压输电。某风力发电站，通过远距离输送一定功率的交流电，若将输送电压升高为原来的n倍，则输电线上的电功率损失为（ ）
A．原来的1nB．原来的1n2C．原来的n倍D．原来的n2倍
知识点二 远距离高压输电过程的分析与计算
【情境导入】
某发电站向远处送电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路。
(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻，n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。
(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？
【知识梳理】
电网供电
1．远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器降到所需的电压．
2．电网：通过网状的输电线、 ，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电 ．
3．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的 ．
(2)减小断电的风险，调剂不同地区 的平衡．
(3)合理调度电力，使 的供应更加可靠，质量更高．
【重难诠释】
解决远距离高压输电问题的基本方法
1．首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
2．理清三个回路：
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝U4I4.
3．常用关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.
(2)电压关系：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4).
(3)电流关系：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，I2＝I线＝I3，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3).
(4)输电电流：I线＝eq \f(P2,U2)＝eq \f(P3,U3)＝eq \f(ΔU,R线).
(5)输电线上损耗的电功率：
ΔP＝P2－P3＝I线2 R线＝eq \f(ΔU2,R线)＝ΔU·I线．
(6)输电线上的电压损失：
ΔU＝I线R线＝U2－U3.
(7)输电效率η＝eq \f(P3,P2)×100%.
（2023春•昌平区期末）远距离输电线路的示意图如图所示。若发电机的输出电压不变，升压变压器和降压变压器都是理想变压器，输电导线有一定的电阻，下列说法正确的是（ ）
​
A．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
B．升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率
C．当用户用电器总电阻减少时，升压变压器原线圈中电流变小
D．当用户用电器总电阻减少时，降压变压器原线圈中电压变小
（2023•天津）如图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，下列说法正确的有（ ）
A．T1输出电压与T2输入电压相等
B．T1输出功率大于T2输入功率
C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低
D．若用户接入的用电器增多，则T2输出功率降低
（2023春•荔湾区校级月考）如图所示为远距离输电示意图，线路总电阻为r，发电厂输出电压不变，三个回路的电流依次为I1、I2、I3，两变压器均为理想变压器，左侧变压器输入电压为U1，输出电压为U2；右侧变压器输入电压为U3，输出电压为U4，以下选项错误的是（ ）
A．若用户消耗的功率增大，I2随之增大
B．若用户消耗的功率增大，U4随之增大
C．U2＝U3+I2r
D．U1I1=I22r+U4I3
（2023•重庆模拟）如图所示是远距离输电的示意图，远距离输电要采用高压输电，输电电压330kV、550kV乃至750kV的线路，称为超高压输电线路，输电交流电压为1000kV（直流电压为±800kV）及以上的线路，称为特高压输电线路．我国已实现大功率的远距离输电，构建了大规模“西电东送”“北电南送”的能源配置格局，2018年，我国开始建造世界上容量最大的特高压多端直流输电工程．下列说法正确的是（ ）
A．远距离输电的输送电压指升压变压器原线圈端电压
B．远距离输电的输送电压可以无限制地提高
C．远距离输电的输送电流指一次高压变电站副线圈的电流
D．特高压远距离输电可以采用交、直流结合的方式输电
模块二 巩固提高
（2023•山东）某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250V，输出功率500kW。降压变压器的匝数比n3：n4＝50：1，输电线总电阻R＝62.5Ω，其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220V，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．发电机的输出电流为368A
B．输电线上损失的功率为4.8kW
C．输送给储能站的功率为408kW
D．升压变压器的匝数比n1：n2＝1：44
（2023•浙江）我国1100kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是（ ）
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1100kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
（2023•肇庆模拟）我国是全球唯一掌握超特高压直流输电技术的国家。下图是特高压直流输电系统的模拟图（只显示变压与传输部分），则以下说法正确的是（ ）
A．题中描述的“特高压直流输电”，说明变压器可以直接对直流电进行变压作用
B．变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高
C．在输电功率一定条件下，输电电压提高十倍，线路损耗功率将降低为原来的一百分之一
D．在上图中，用户接入电路的用电器越多，流过n4的电流越大，由匝数比等于电流的反比可知，流过电阻r的电流变小
（2023•通州区校级三模）如图为远距离输电的电路原理图，变压器为理想变压器并标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，U1恒定，则（ ）
A．I2=U2R
B．输电效率为U4U1×100%
C．用户的用电器数量增多时，U4将减小
D．用户得到的电功率可能等于电厂输出的电功率
（2023春•思明区校级期中）为建设美丽乡村，某兴建的小型水电站交流发电机输出功率恒为P，输电线总电阻为R线；升压变压器、降压变压器均为理想变压器。如图为发电站为用户供电的电路图及相关物理量。则输电线上的电流大小为（ ）
A．I线=PR线 B．I线=U2R线 C．I线=n1n4I1I4n2n3 D．I线=PU3
（2023•广州三模）图乙是降压变压器（图甲）给用户供电的电路示意图，R0表示输电线的总电阻，假设用户端的用电器均为纯电阻器件，总电阻为R，若变压器视为理想变压器，输入电压恒定，电表可视为理想电表，当用户使用的用电器减少时，则（ ）
A．电压表V2示数增大B．电流表A2示数保持不变
C．用电器R两端电压升高D．电流表A1示数保持不变
（2023春•房山区期中）特高压交流输电是指100kV及以上的交流输电，具有输电容量大、距离远、损耗低等突出优势。远距离输送一定功率的交流电，若输送电压提高到原来的3倍，则（ ）
A．输电线上的电流增大为原来的3倍
B．输电线上损失的电压降低为原来的13
C．输电线上的电能损失增大为原来的9倍
D．用户得到的电功率增大为原来的3倍
（2023春•秦淮区校级期中）如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升、降压变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入A、B两个理想互感器，互感器原、副线圈的匝数比分别为100：1和1：10，电压表的示数为220V，电流表的示数为5A，线路总电阻r＝10Ω，则下列说法正确的是（ ）
A．发电机输出的电功率1100kW
B．线路上损耗的功率2500W
C．互感器A是电流互感器，互感器B是电压互感器
D．用户使用的用电设备变多，降压变压器输出电压U4大小不会改变
（2023•辽宁模拟）图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电工程——白鹤滩水电站，是我国实施“西电东送”的大国重器，其发电量位居全世界第二，仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图（b）所示，如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，R表示输电线电阻，则当用户功率增大时（ ）
A．A2示数增大，A1示数减小
B．V1、V2示数都减小
C．输电线上的功率损失增大
D．V1、A1示数的乘积等于V2、A2示数的乘积
（2023•温州模拟）我国已投产运行的1100kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输送电功率最大可达1200万千瓦。输电线路流程和数据可简化为如图所示，若直流线路的输电线总电阻为10Ω，变压与整流等造成的能量损失均不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电电流为4×103A时，下列说法正确的是（ ）
A．输送电功率为1.2×1010W
B．降压变压器匝数比为11：5
C．直流输电线上损失的功率为1.6×107W，损失的电压为40kV
D．若保持输送电功率不变，改用550kV输电，直流输电线上损失的功率为6.4×108W
（2023•徐州模拟）随着经济发展，加之寒冬来临，用电需求增加，当火力发电供应紧张时，通过远距离调度方式，会及时将其他地区的风力发电、太阳能发电并入电网保障电力供应。如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，两个变压器均为理想变压器。当用户用电器增加（假设所有用电器均可视为纯电阻），电网中数据发生变化，下列说法正确的是（ ）
A．降压变压器的输出电流I4减小
B．输电线上损失的功率减小
C．升压变压器的输出电压U2增大
D．发电厂输出的总功率增大
（2022秋•洛阳期末）如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．I2=U2r
B．I2=U2-U3r
C．随着夏季空调等大功率电器使用增多，降压变压器的输出电压U4增大，且U4＞U3
D．如果发电机输出电压为u＝Umsinωt，则输电线上损失的电功率为(n1n2)Um24r
（2023春•道里区校级期中）某发电机输电电路的简图如图所示，发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B=210πT的水平匀强磁场中，线框面积为S＝0.5m2，匝数为100匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω＝100πrad/s匀速转动，并与升压变压器的原线圈相连，升压变压器原、副线圈的匝数之比1：10，降压变压器的副线圈接入若干“220V，100W”的灯泡，两变压器间的输电线等效电阻R＝10Ω，变压器均为理想变压器。当发电机输出功率为5×104W时，灯泡正常发光。求：
（1）电压表读数；
（2）输电线上损失的功率；
（3）降压变压器原、副线圈的匝数之比。