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2018_2019学年高中物理课时分层作业11电能的输送教科版选修3_2

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                    课时分层作业(十一) 电能的输送

                                 [基础达标练]
                         (时间:15    分钟 分值:50      分)
    一、选择题(本题共        6 小题,每小题      6 分,共  36 分)
    1.(多选)如图     2­7­6 所示为远距离高压输电的示意图.关于远距离输电,下列表述正
确的是(  )


                                     图 2­7­6
    A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损耗
    B.高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗的
    C.在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损耗越小
    D.高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好
                                                          ρl
                                             2
    ABD [依据输电原理,电路中的功率损耗                P 损=I R 线,而  R 线=S,增大输电导线的横

截面积,可减小输电线的电阻,则能够减少输电过程中的电能损耗,选项                               A 正确;由    P 输

=UI  知,在输送功率       P 输一定的情况下,输送电压          U 越大,则输电电流        I 越小,电路中的

功率损耗越小,选项         B 正确;若输送电压一定,输送功率              P 输越大,则电流      I 越大,电路
中损耗的电功率越大,选项            C 错误;因为输电电压越高,对于安全和技术的要求也越高,
因此并不是输送电压越高越好,高压输电必须综合考虑各种因素,选项                              D 正确.]
    2.(多选)下列关于远距离高压直流输电的说法中,正确的是(  ) 
                                                          【导学号:24622085】
    A.直流输电系统只在输电环节是直流,而发电环节和用电环节是交流
    B.直流输电系统只在发电环节和用电环节是直流,而输电环节是交流
    C.整流器将交流变直流,逆变器将直流变交流
    D.逆变器将交流变直流,整流器将直流变交流
    AC [直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成,在整流站通过整流器将
交流电变换为直流电,在逆变站利用逆变器将直流电变换为交流电.因此选项                                 A、C 正确.]

    3.发电厂发电机的输出电压为             U1,发电厂至学校的输电导线总电阻为               R,通过导线上

的电流为    I,学校得到的电压为         U2,则输电导线上损耗的功率下列表达式错误的是(  )
                 中国现代教育网      www.30edu.com  全国最大教师交流平台

      U12                               U1-U22
    A. R                               B.    R

        2
    C.I  R                             D.I(U1-U2)
             U2

    A [用  P=  R 求电阻上损失的功率时,U          要与电阻     R 相对应,A   中的   U1 是输出电压不

是输电线电阻上的电压,故            A 是错误的;B     中的  U1-U2 是输电线电阻上的电压,因此,
B 是正确的;C、D      中的电流    I 是输电线中的电流,故         C、D  都是正确的.]
    4.1987 年我国科学家制成了临界温度为              90  K 的高温超导材料.利用超导材料零电阻
的性质,可实现无损耗输电.现在有一直流电路,输电线的总电阻为                             0.4 Ω,它提供给用
电器的电功率是       40 kW,电压为    800 V,如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线,
保持供给用电器的功率和电压不变,则节约的电功率为(  )
    A.1.6 kW                           B.1.6×103 kW
    C.1 kW                             D.10 kW
                                                             P
    C [节约的电功率即原来输电线上电阻消耗的热功率,ΔP=I2R=(U)2R=
 40 × 103
(  800 )2×0.4 W=1×103 W=1 kW.]

    5.远距离输电的原理图如图            2­7­7 所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为                  n1,

n2,电压分别为      U1,U2,电流分别为      I1,I2,输电线上的电阻为         R.变压器为理想变压器,
则下列关系式中正确的是(  ) 
                                                          【导学号:24622086】


                                     图 2­7­7
      I1 n1                                  U2

    A.I2=n2                            B.I2= R

    C.I1U1=I2R                         D.I1U1=I2U2
                                                                         I1

    D [根据理想变压器的工作原理解题.根据理想变压器的工作原理得                            I1U1=I2U2,I2=
n2                              U2

n1.U2 不是加在   R 两端的电压,故       I2≠ R ,而  I1U1 等于 R 上消耗的功率      I2R 与下一级变压
器的输入功率之和.选项           D 正确.]
    6.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图                  2­7­8 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
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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(  )


                                     图 2­7­8
       n2 n3
    A.n1>n4
       n2 n3
    B.n1n4,A   正确,B、
C 错误;升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线上损失的功率,D                                   正
确.]
    二、非选择题(14      分)
    7.如图   2­7­9 所示,某小型水电站发电机的输出功率为                 10  kW,输出电压为      400 V,
向距离较远的用户供电,为了减少电能损耗,使用                     2  kV 高压输电,最后用户得到“220            V 
9.5 kW”的电能,求:


                                     图 2­7­9
                                      n1
    (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比n2;
    (2)输电线路导线电阻        R;
                                    n3
    (3)用户降压变压器原、副线圈匝数比n4.
    【解析】 (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比:
    n1  U1   400  1
    n2=U2=2 000=5.
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                                                           P

    (2)由 P 损=I2R,输送电流取决于输出电压及输送功率,有                   I2=U2
           P损
    所以  R=  I2 =    =      Ω=20 Ω.

    (3)设降压变压器原线圈上电压为             U3,

    U3=U2-I2R=(2 000-5×20) V=1 900 V
    所以降压变压器原、副线圈匝数比为:
    n3  U3  1 900 95
    n4=U4=   220 =11.
                 1              95
    【答案】 (1)5 (2)20 Ω (3)11
                                 [能力提升练]
                         (时间:25    分钟 分值:50      分)
    一、选择题(本题共        4 小题,每小题      6 分,共  24 分)
    1.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图                  2­7­10 所示,发电机通过升压变压器

T1 和降压变压器     T2 向用户供电.已知输电线的总电阻为               R,降压变压器      T2 的原、副线圈匝
数之比为    4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压                u=220  2sin 100πt (V),降压变压器的

副线圈与阻值      R0=11   Ω  的电阻组成闭合电路.若将变压器视为理想变压器,则下列说法
中正确的是 (  ) 
                                                          【导学号:24622087】


                                    图  2­7­10

    A.通过   R0 的电流有效值是      20 A

    B.降压变压器      T2 原、副线圈的电压比为         4∶1

    C.升压变压器      T1 的输出电压等于降压变压器           T2 的输入电压

    D.升压变压器      T1 的输出功率大于降压变压器           T2 的输入功率
                                             220 2
    ABD [降压变压器副线圈两端交变电压有效值为                    2     V=220    V,负载电阻为      11 

Ω,所以通过      R0 的电流的有效值是       20   A,故  A 正确;因为降压变压器          T2 的原、副线圈匝
数之比为    4∶1,所以原、副线圈的电压之比为               4∶1,故   B 正确;由于输电线有电阻导致降

压变压器    T2 的输入电压低于升压变压器           T1 的输出电压,故      C 错误;升压变压器        T1 的输入

与输出功率相等,降压变压器             T2 的输入与输出功率也相等,但升压变压器                T1 的输出功率大

于降压变压器      T2 的输入功率,原因是输电线上电阻消耗功率,故                    D 正确.]
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    2.通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率                      P,原线圈的电压       U 保持不变,

输电线路的总电阻为         R.当副线圈与原线圈的匝数比为             k 时,线路损耗的电功率为          P1,若将
                                                            P2

副线圈与原线圈的匝数比提高到              nk,线路损耗的电功率为          P2,则  P1 和P1分别为(  )
                                                          【导学号:24622088】
      PR  1                               P     1
    A.kU,n                            B.(kU)2R,n
      PR   1                              P     1
    C.kU,n2                           D.(kU)2R,n2
                               U1     U2

    D [根据变压器的变压规律,得             U =k,  U =nk,所以    U1=kU,U2=nkU.根据    P=UI,
                                               P   P       P   P

知匝数比为     k 和 nk 的变压器副线圈的电流分别为            I1=U1=kU,I2=U2=nkU.根据        P=
                                        P               P          P2  1
 2                                 2   (  )        2   (  )
I R,输电线路损耗的电功率分别为             P1=I1R=  kU 2R,P2=I2R=   nkU 2R,所以P1=n2.选
项  D 正确,选项    A、B、C   错误.]
    3.如图   2­7­11 所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变
化的图像,则(  )


                           甲            乙
                                    图  2­7­11
    A.用户用电器上交流电的频率是              100 Hz
    B.发电机输出交流电的电压有效值是                500 V
    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,输电线上损失的功率减小
    D [根据交流电的变化规律、变压器的工作原理和远距离输电知识解题.
                                                     1
    由 u­t 图像可知,交流电的周期           T=0.02  s,故频率     f=T=50    Hz,选项   A 错误;交
                                  Um

流电的最大值      Um=500  V,故有效值     U=   2 =250 2 V,选项   B 错误;输电线上的电流由降
压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原副线圈的匝数比决定,选项                             C 错误;当用户用电
                                         I1 n2
器的总电阻增大时,副线圈上的电流减小,根据I2=n1,原线圈(输电线)上的电流减小,
根据   P=I12R,得输电线损失的功率减小,选项              D 正确.]
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    4.(多选)如图     2­7­12 为某小型水电站的电能输送示意图.已知输电线的总电阻                        R=

10 Ω,降压变压器        T2 的原、副线圈匝数之比为         4∶1,电阻     R0=11 Ω.若   T1、T2 均为理想

变压器,T2    的副线圈两端电压表达式为            u=220  2sin 100πt V,下列说法正确的是 (  ) 

                                                          【导学号:24622089】


                                    图  2­7­12
    A.发电机中的电流变化频率为             100 Hz

    B.通过   R0 的电流有效值为      20 A

    C.升压变压器      T1 的输入功率为     4 650 W

    D.若  R0 的电阻减小,发电机的输出功率也减小
                                          ω   100π

    BC [由于   T2 的副线圈的交流电的频率为           f=2π=   2π =50   Hz,而变压器是不能改变

交流电频率的,故发电机中的电流变化频率为                    50  Hz,选项   A 错误;由于    T2 的副线圈的交
                                                      U   220 V

流电电压的有效值为         U=220   V,故通过    R0 的电流有效值为      I=R0=  11 Ω =20  A,故选项
                                                        I

B 正确;根据匝数与电流的关系可得              T2 的原线圈中的电流为        I′=4=5     A,故输电线上损

                  2        2                                             2
失的功率为     P 损=I′   R=(5  A) ×10  Ω=250   W,而电阻    R0 上消耗的电功率为       P0=I  R0=

       2
(20  A) ×11  Ω=4   400  W,故升压变压器       T1 的输入功率为     P=P 损+P0=4    400 W+250 

W=4 650 W,故选项     C 正确;若    R0 的电阻减小,则电阻        R0 消耗的电功率将增大,输电线上
的电流增大,输电线上消耗的电功率也增大,故发电机的输出功率也要增大,故选项                                    D 错
误.]
    二、非选择题(本题共         2 小题,共    26 分)
    5.(10 分)如图    2­7­13 所示,学校有一台应急备用发电机,内阻为                 r=1   Ω,升压变

压器匝数比为      n1∶n2=1∶4,降压变压器的匝数比为             n3∶n4=4∶1,输电线总电阻为          R 线=
4 Ω,全校有      22 间教室,每间教室安装“220           V 40  W”的电灯    6 盏,要求所有的电灯都
正常发光,求:


                                    图  2­7­13
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    输电线上损耗的电功率          P 损多大?
    【解析】 所有电灯正常发光时消耗的功率为

    P 灯=40×22×6 W=5 280 W=P4,
    由于灯正常发光时,降压变压器副线圈两端电压

    U4=220 V,
    所以降压变压器原线圈两端电压
        n3   4

    U3=n4U4=1×220 V=880 V,
    两变压器之间输电线上的电流为
         P3  P4  5 280

    I 线=U3=U3=    880  A=6 A,
    输电线上损失的功率

               2
    P 损=I线2 R=6 ×4 W=144 W.
    【答案】 144 W
    6.(16 分)把功率为      220 kW 的电能用铝导线(铝的电阻率           ρ=2.7×10-8    Ω·m)输送
到  10 km 外的地方,要使功率损失不超过输送功率的                 10%.
    (1)如果采用    220 V 的电压输电,导线的横截面积至少要多大?采用这样的导线切合实
际吗?
    (2)若采用   110 kV 的电压输电,导线的横截面积是多大?
    (3)对于同种输电导线,若分别采用              110 kV 和 220 V 输电,损失的功率之比是多少?
                                                              P  220 × 103
    【解析】 (1)如果采用         220  V 的电压输电,则通过导线的电流             I=U=    220    A=
103 A.

                                      3          2
    由于功率损失      P=10%P0=22 kW=22×10     W,且  P=I  R,
                     P   22 × 103
    因此导线的电阻       R=I2=   106   Ω=0.022 Ω.
              l                      ρl  2.7 × 10-8 × 2 × 10 × 103
    根据  R=ρS可得,导线的横截面积            S=R=           0.022          m2≈2.46×10-2 
m2
    所以,导线横截面的半径           r≈8.85 cm
    由上述计算可知,采用这样粗的导线是不切实际的.
    (2)若采用   110 kV 的电压输电,则通过导线的电流
         P  220 × 103
    I′=U=110   × 103 A=2 A.
                       P
    因此导线的电阻       R′=I′2=5.5×103 Ω
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所以,导线横截面的面积
     l   2.7 × 10-8 × 2 × 104
S=ρR′=       5.5 × 103    m2=9.82×10-8 m2.
(3)对于同种输电导线,若分别采用              110 kV 和 220 V 输电,损失的功率之比为

P1  I12 U2     220        1
P2=I2=U12=(110  × 103)2=250 000.
                                                             1
【答案】 (1)2.46×10-2 m2 不切合实际 (2)9.82×10-8 m2 (3)250 000
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