【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第3章4.电能的传输分层作业习题

第三章分层作业21电能的传输A级必备知识基础练1.(多选)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,输电线损失的电功率为P',用户得到的电功率为P用。P'和P用的关系式正确的是()A.P'=U2SρL BC.P用=P-U2SρL D.P2.“西电东送”是将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区,为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量,需要采用高压输电。某发电机输出的交变电流经理想变压器升压后向远处输送,最后经理想变压器降压后输送给用户。下列说法不正确的是()A.若减少升压变压器原线圈的匝数,输电线上损失的功率将减小B.用户获得的交变电流频率与发电机输出的交变电流频率相同C.若增加用户用电负载的数量,输电线上损失的功率将增加D.根据欧姆定律,输电电压增加,则输电电流增加3.远距离输电的原理图如图所示,发电机输出电压不变,升压变压器、降压变压器均为理想变压器,降压变压器的原、副线圈匝数之比为n。若用户负载发生变化,电压表V的示数变化ΔU,电流表A的示数变化ΔI,ΔUΔI=k,则两变压器间输电线的总电阻RA.nk B.kC.n2k D.k4.(多选)某学校建有节能环保风力发电演示系统,该系统由风力发电部分、远距离输电部分和用户三部分构成,简易示意图如图所示。已知发电机线圈的转速与风速成正比,输电导线的等效电阻为r,变压器均为理想变压器,用户部分的小灯泡在合理工作电压范围内,忽略其他因素的影响。当风速变大时,发电演示系统()A.升压变压器的输入电压保持不变B.升压变压器的输入电流保持不变C.输电导线上的损耗功率变大D.用户部分的小灯泡变亮5.(多选)白鹤滩水电站采用的±800kV特高压直流输电工程是国家“西电东送”战略的重点工程。白鹤滩水电站向某地输电时,如果保持输送的电功率不变,将输电电压由400kV的超高压改为800kV特高压,不考虑其他因素的影响,下列说法正确的是()A.输电线上的电压损耗变为原来的两倍B.输电线上的功率损耗变为原来的四分之一C.超远距离输电时,高压直流输电比高压交流输电更有优势D.实际输电时,并不是输电电压越高越好,要综合考虑各种因素6.(多选)如图所示,为了减少输电线路中的电力损失,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送,再经变电所将高压变为低压。某变电所将电压u0=110002sin100πt(V)的交变电流降为220V供居民小区用电,则该变电所变压器()A.原、副线圈匝数比为50∶1B.副线圈中电流的频率是50HzC.原线圈的导线比副线圈的要粗D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和7.(2023河南新乡高二期末)为特种设备设计的供电系统以及输电电路如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于水平向右的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度大小B=224T,线框面积S=0.2m2、匝数n=60,绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动。线框输出端通过电刷E、F与升压变压器的原线圈相连,降压变压器的副线圈接入特种设备,两变压器间的输电线等效电阻R=25Ω,已知特种设备的工作电压U=380V,消耗的功率P=95kW,两变压器均为理想变压器,降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4=25∶1,线框电阻不计,π取3.(1)若线框以50r/s的转速匀速转动,求图中电压表(视为理想电表)的示数U1;(2)若图中电压表的示数U1=250V,求升压变压器原、副线圈的匝数之比n1B级关键能力提升练8.我国超级电网将热、水、风、光、核发电及电动汽车电池储能并入电网。某小型发电站高压输电示意图如图所示。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器,两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是()A.两互感器均起到降压作用B.若电压表的示数为220V,电流表的示数为10A,则线路输送电功率为220kWC.若保持发电机输出电压U1和用户数一定,仅将滑片Q下移,则输电线损耗功率减少D.若发电机输出电压U1一定,若用户数增加,为维持用户电压U4一定,可将滑片N下移9.(多选)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6V,定值电阻R1=R2=20Ω,小灯泡L1、L2的规格均为“6V1.8W”,理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ,两电路都稳定工作时,()A.L1与L2一样亮B.L2比L1更亮C.R1上消耗的功率比R2的大D.R1上消耗的功率比R2的小10.(多选)如图所示,高铁的供电流程是将高压220kV或110kV经过牵引变电所进行变压(可视作理想变压器),降至27.5kV,通过接触网上的电线与车顶上的受电器进行接触而完成受电,机车最终获得25kV的电力使高铁机车运行。以下说法正确的是()A.若电网的电压为220kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶8B.若电网的电压为110kV,则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=4∶1C.如果高铁机车功率为8000kW,牵引变电所至机车间的线路损耗的电功率为800kWD.如果高铁机车功率为8000kW,则自牵引变电所至机车间线路的等效电阻约为85.9Ω11.在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个电站,输送的电功率P=500kW,当使用U=5kV的电压输电时,测得在一昼夜(24小时)内在输电线上的损失为4800kW·h。(1)求这时的输电效率η和输电线的总电阻r。(2)若使输电效率提高到90%,又不改变输电线,那么应使用多高的电压输电?(3)在第(2)问的情况下,若用户得到电压为220V,则进入用户前的降压变压器的变压比为多大?参考答案分层作业21电能的传输1.BD解析输电线电阻R=ρLS,输电电流I=PU,故输电线上损失的功率P'=I2R=PU2ρL2.D解析减少升压变压器原线圈的匝数,输电电压增加,根据P=IU输电电流减小,损失功率减小,故A正确;变压器并不能改变交变电流的频率,则用户获得的交变电流频率与发电机输出的交变电流频率相同,故B正确;若增加用户用电负载的数量,总电阻减小,电流增大,由P=I2R知损失功率增大,故C正确;根据P=IU,输电电压增加,输电电流减小,故D错误。3.C解析电压表V的示数变化ΔU,则降压变压器的原线圈两端电压变化了nΔU,电流表A的示数变化ΔI,则流过R的电流变化了ΔIn,所以两变压器间输电线的总电阻R=nΔU4.CD解析当风速变大时,线圈的转速也增大。根据E=BLv可知,当v增大时,产生的感应电动势E随之增大,即产生的输入电压增大,故A错误;由于升压变压器的输入电压增大,而原、副线圈匝数比不变,线路上的阻值不变,所以输入电流也将增大,故B错误;由于线路中的电流增大,R不变,由P损=I2R可知,线路损耗的功率变大,故C正确;由于升压变压器的输入电压增大,而原、副线圈匝数比不变,所以降压变压器的输出电压也随之增大,由P=U25.BCD解析保持输送的电功率不变,输电线上的电压损耗ΔU=IR=PUR,将输电电压由400kV的超高压改为800kV特高压,电压提高两倍,则电压损耗变为原来的一半,故A错误;输电线上的功率损耗ΔP=I2R=P26.AB解析降压变压器输入电压的最大值为110002V,则有效值为11000V,则n1n2=7.答案(1)157V(2)1解析(1)发电机的矩形线框产生的感应电动势的最大值Em=nBSω线框转动的角速度ω=2πn=100πrad/s题图中电压表的示数为感应电动势的有效值,则U1=E解得U1=157V。(2)特种设备工作时,降压变压器副线圈的电流I4=PU=设输电线中的电流为I3,降压变压器原线圈两端的电压为U3,根据理想变压器规律有I升压变压器副线圈的电压U2=U3+I3R升压变压器原、副线圈的匝数之比n联立解得n18.B解析电压互感器起降压作用,电流互感器起减小电流(升压)作用,故A错误。电压互感器原线圈两端电压U2=n1'n2'U=101×220V=2200V,电流互感器原线圈中的电流I2=n4'n3'I=101×10A=100A,对于理想变压器,输送功率P=P2=U2I2=2200×100W=220000W,故B正确。将滑片Q下移,相当于增加了升压变压器副线圈的匝数n2,根据理想变压器的规律U2=n2n1U1,升压变压器副线圈两端的电压增大;降压变压器原线圈两端电压U3增大,副线圈两端电压U4增大,通过负载的电流I4=U4R,当R不变时,I4增大,降压变压器原线圈中的电流I3=n4n3I4,匝数比不变,I3增大,输电线上损失功率ΔP=I32r增大,故C错误。当用户数增加,负载电阻R减小,若降压变压器副线圈两端电压U4不变,通过副线圈的电流I4=U4R增大,原线圈中的电流增大,输电线上的电压损失ΔU=I3r增大;原线圈两端电压U39.BC解析若开关接cd端,则设电源电压为U0,理想变压器T1、T2的匝数比为n2n1=n3n4=k,用户电阻为R负载,输电线电阻为R导线,由变压器工作原理和欧姆定律,升压变压器输出电压U2=kU0,降压变压器输入电压U3=U2-I2R导线,降压变压器输出电压U4=U3k,I4=U4R负载,I4I3=k,I3=I2,可得输电功率为P输=U2I2=k2U02R导线+k2R负载,输电线上损耗的电功率为P导线=I22R导线=k2U02(R导线+k2R负载)2R导线,用户得到的电功率为P负载=k2U02(R导线+k2R负载)2·k210.BC解析根据变压器的工作原理可知U1U2=n1n2,若电网的电压为220kV或110kV时,变压器原、副线圈匝数比为8∶1或4∶1,故A错误,B正确;变压器变压后的电压为27.5kV,机车最终获得25kV的电力,则线路损失的电压为2.5kV。由公式P=UI可知线路中的电流为I线=P车U车=8000kW25kV=320A,则线路损耗的电功率为11.答案(1)60%20Ω(2)10kV(3)450解析(1)输送功率P=500kW,一昼夜输送的电能E=Pt=