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1、第 5 节 电能的输送 对应学生用书 P31 一、选择题 1(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，采用高压输电的优点是( ) A可节省输电线的材料 B可根据需要调节交流电的频率 C可减少输电线上的能量损失 D可加快输电的速度 答案 AC 解析 设输电功率为 P，输电电压为 U，输电线的电阻为 R，则输电线上损失 的功率为 P损 2R，若 P、R 一定，则 P 损 ，采用高压输电可以减少输电线 ( P U) 1 U2 上的电功率损失；若 P损、P 一定，则 RU2，又 R ，、L 一定时输电导线的 L S 横截面积 S，采用高压输电可使输电导线的横截面积大大减小，从而节省输电 1 U2 线的材
2、料。故选项 A、C 正确。 2如图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 ( ) A减小输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的功率损耗 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失越小 D高压输电一定是电压越高越好 答案 B 解析 依据题中输电原理，电路中的功率损耗 PI2R线，而 R线 ，减小 L S 输电线的横截面积， 输电线的电阻会增大， 则会增大输电线上的功率损失， A 错误 ； 由 PUI 可知，P 一定的情况下，输送电压 U 增大，I 减小，P 减小，B 正确； 若输送电压一定，输送功率越大，则电
3、流 I 越大，P 越大，C 错误；输送电压并 不一定越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，D 错误。 3 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， 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( ) A. BI1U1I R I1 I2 n1 n2 2 2 CI1U1I2U2 DI2U 2 R 答案 C 解析 升压变压器原、副线圈的电流之比等于原、副线圈匝数的反比，故 A 错误；理想变压器的输入功率不等于输电线上损耗的功率，B 错误；理想变压器的 输入功率等于输出功率，则 U
4、1I1U2I2，C 正确； U2等于输电导线电阻两端电压及 降压变压器初级线圈两端的电压之和，所以 U2I2R，则 I2，D 错误。 U2 R 4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 P，若输送的电功率增加为 4P，而输电线中损失的电功率减为，输 P 4 电线电阻不变，那么输电电压应增为( ) A32U B16U C8U D4U 答案 C 解析 输电线上损失的电功率 PI2R 2R，当输送的电功率 P4P， ( P U) 而输电线中损失的电功率 P时， 由 P 2R 得， 输电电压 U8U。 P 4( P U) 故选 C。 5用 U1和 U2两种电压
5、通过相同长度和材料的导线输电，若输送的电功率相 等， 在输电导线上损失的电功率也相同， 则在两种情况下输电导线截面积之比 S1 S2为( ) A. B. C. 2 D.2 U2 U1 U1 U2( U2 U1)( U1 U2) 答案 C 解析 由输送的电功率 PIU，损失的电功率 PI2R，得 PR。由题意 P2 U2 知，R1R2，由此得，因为 R ，根据题意 、L 相等，所以。 P2 U2 1 P2 U2 2 R1 R2 U2 1 U2 2 L S S1 S2 U2 2 U2 1 6某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近 的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送
6、到远处村寨附近的降压变压器。 经变压器降压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用 电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时( ) 升压变压器的副线圈的电压变大 高压输电线路的电压损失变大 降 压变压器的副线圈上的电压变大 降压变压器到各用户的输电线上的电压损失 变大 A B C D 答案 D 解析 用电高峰期， 由于并联用电器增多， 用户端总电阻减小， 从而电流增大， 又由 U损Ir 可知，输电导线上的电压损失变大，升压变压器副线圈的电压不变， 降压变压器原、副线圈上的电压变小，而降压变压器到各用户的输电线上的电压 损失因总电流变大而变大。故正确答案为 D。 7(多选
7、)如图为某小型水电站的电能输送示意图，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 R10 ， 降压变压器 T2的原、 副线圈匝数之比为 41，副线圈与用电器 R0组成闭合电路。若 T1、T2均为理想变 压器， T2的副线圈两端电压 u220sin100t(V)， 当用电器电阻 R011 时( )2 A通过用电器 R0的电流有效值是 20 A B升压变压器的输入功率为 4650 W C发电机中的电流变化频率为 100 Hz D当用电器的电阻 R0减小时，发电机的输出功率减小 答案 AB 解析 由正弦交变电流最大值与有效值的关系，T2输出端电压有效值为 220
8、V， 则通过用电器 R0的电流有效值是 20 A， A 正确 ； 由 u220sin100t V 可知 2 100，周期为 0.02 s，频率为 50 Hz，C 错误；降压变压器 T2的原、副线圈匝数之 比为 41，原线圈电流为 5 A，R 上消耗功率为 250 W，升压变压器的输入功率等 于输出功率，为 R 消耗功率与 R0消耗功率之和，即 4650 W，B 正确；当用电器的 电阻 R0减小时， 降压变压器输出功率增大， 由能量守恒， 发电机的输出功率增大， D 错误。 8“西电东送”工程中为了减少输电损耗，必须提高输电电压。从西部某电 站向华东某地区输送的电功率为 106 kW，输电电压为
9、 1000 kV，输电线电阻为 100 。若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为( ) A105 kW B104 kW C106 kW D103 kW 答案 A 解析 输电电流 I ，输电线路损失的电功率 P损I2R 2R1105 kW ； P U( P U) 当改用超导材料输电时不损失电能，因此减少的输电损耗就等于 P损，A 正确。 9 (多选)如图甲为远距离输电示意图， 变压器均为理想变压器。 升压变压器原、 副线圈匝数比为 1100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为 100 。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中 R1为一定值电阻，R2为 用半导体热敏材
10、料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表 V 显示加在 报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时，升压变压器的输入功率为 750 kW。下列说法中正确的是( ) A降压变压器副线圈输出的交流电频率为 50 Hz B远距离输电线路损耗功率为 180 kW C当传感器 R2所在处出现火警时，电压表 V 的示数变大 D当传感器 R2所在处出现火警时，输电线上的电流变大 答案 AD 解析 由图乙知交流电周期为 0.02 s，则频率为 f 50 Hz，故 A 正确。升 1 T 压变压器输入端的有效值为 U升入250 V， 则 U升出25000 V， 升压变压器 Umax 2 的输入功率为 75
11、0 kW，则远距离输电线路上的电流为 I 30 A，所以损失的功 P U 率为 P损I2R90 kW，故 B 错误。当传感器 R2所在处出现火警时，温度升高， 阻值变小，降压变压器副线圈电流变大，降压变压器原、副线圈匝数比不变，降 压变压器原线圈电流也增大，D 正确；输电线上损失的电压变大，降压变压器输 入电压变小，则输出电压也变小，因为降压变压器副线圈电流变大，R1两端电压 变大，所以 R2的分压变小，即电压表 V 的示数变小，C 错误。 10(多选)远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压 器，升压变压器输入电压不变，当 K 由 2 改接为 1 时，下列说法正确的是( )
12、 A电压表读数变大 B电流表读数变大 C电流表读数变小 D输电线损失的功率减小 答案 AB 解析 由 U2U1知， 当 K 由 2 改接为 1 时， 升压变压器的原线圈匝数不变， n2 n1 副线圈匝数变大，输送电压变大，降压变压器的输入电压和输出电压均变大，电 压表示数变大，选项 A 正确；降压变压器的输出电压变大时，流过灯泡的电流 I灯 也变大，输电线上的电流 I线也随着 I灯的变大而变大，所以电流表读数变大，选 项 B 正确而 C 错误 ； I线变大时，输电线损失的功率 P线I R 变大，选项 D 错误。 2 线 二、非选择题 11发电机的端电压为 220 V，输出功率 44 kW，输电
13、导线的电阻为 0.2 ， 如果用初、次级线圈匝数之比为 110 的升压变压器升压，经输电线后，再用初、 次级线圈匝数比为 101 的降压变压器降压供给用户。 (1)画出全过程的线路示意图； (2)求用户得到的电压和功率； (3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率。 答案 见解析 解析 (1)示意图如下图所示。 (2)由图可知，升压变压器次级线圈的输出电压 U2U12200 V。 n2 n1 根据理想变压器 P入P出，则升压变压器次级线圈的输出电流 I2 P U2 A20 A，输电线上的功率损失和电压损失分别为 44 103 2200 P损I R线2020.2 W80 W。 2
14、2 U损UI2R线200.2 V4 V。 所以降压变压器初级线圈上的输入电压和电流为 U3U2U损2200 V4 V2196 V，I3I220 A。 降压变压器次级线圈的输出电压和电流为 U4U32196 V219.6 V， n4 n3 1 10 I4I31020 A200 A。 n3 n4 用户得到的功率为 P4U4I4219.6200 W4.392104 W。 (3)若直接用 220 V 低压供电，电路如图所示，则输电电流 I A200 A。 P U1 44 103 220 输电线路上的电压损失 UIR线2000.2 V40 V。 故用户得到的电压 U2U1U220 V40 V180 V，
15、用户得到的功率为 P U2I180200 W3.6104 W。 12三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，是中国规模最大的 水利工程。枢纽控制的流域面积为 1106 km2，占长江流域面积的 56%，坝址处 年平均流量 Q4.511011 m3。 水利枢纽的主要任务包括防洪、 发电、 航运三方面。 在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组 26 台，总装机容量即 26 台发电机组同 时工作时的总发电功率 P1.82107 kW。年平均发电量约为 W8.401010 kWh，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区供电紧张的局面。阅 读上述资料，解答下列问题。(水的密度 1.0103
16、kg/m3，重力加速度 g 取 10 m/s2) (1)请画出远距离输电的原理图并在其上用相应的符号标明相应的物理量； (2)若三峡电站上、 下游水位差按 H100 m 计算， 试推导三峡电站将水流的势 能转化为电能的效率 的公式并计算出效率 的数值； (3)若 26 台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年 发电时间 t 为多少天？ (4)将该电站的电能输送到华中地区，输电功率 P14.5106 kW，采用超高压 输电，输电电压 U500 kV，而发电机输出的电压约为 U018 kV，要使输电线上 损耗的功率为输送电功率的 5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数之比和
17、 输电线路的总电阻。 答案 (1)见解析 (2) 67.1% W gQH (3)192.3 天 (4)9250 2.78 解析 (1)远距离输电的原理图如图所示。 (2)电站能量转化的效率 ， W电 W机 W gQH 100% 8.40 1010 103 3600 1.0 103 4.51 1011 10 100 67.1%。 (3)依据 P可知，每台发电机组平均年发电时间 W t t天192.3 天。 W P 8.40 1010 1.82 107 24 (4)升压变压器原、副线圈的匝数之比 n1 n2 U0 U 9 250 由 P1UI 得 I9.0103 A 又 P损I2R5%P1 可得 R2.78 。