第三节 远距离输电-2024-2025学年高二下学期物理专项训练

第三节 远距离输电 需要掌握的内容 1.远程输电各部分物理量的关系。 2.为什么要高压输电？ 3.为什么半夜用户少的时候灯更亮？ 经典习题 单选题1．某水利发电站发电机发电后，先通过电站附近的升压变压器升压后，再通过输电线路把电能输送到远处的降压变压器，降压后，再用线路输送到各用户。设发电机输出电压稳定且两变压器均为理想变压器。在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率却增加较大，这时与用电低谷时比较（　　） A．升压变压器的副线圈两端的电压变小 B．高压输电线路的电压损失变大 C．降压变压器副线圈中的电流变小 D．降压变压器副线圈两端的电压变大 单选题2．如图所示，一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向北京赛区某场馆1万个额定电压为、额定功率为的LED灯供电。当发电机输出如图乙电压时，赛区的LED灯全部正常工作。已知输电导线损失的功率为赛区获得总功率的4%，输电导线的等效电阻为。则下列说法正确的是（     A．发电机的转速为 B．发电机内输出的电能为 C．降压变压器原、副线圈匝数比为 D．升压变压器副线圈输出的电压的最大值为 单选题3．远距离输电示意图如图所示，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈的匝数分别为、。在T的原线圈两端接入一电压的交流电源，已知升压变压器T的原线圈输入的总电功率为P，输电线的总电阻为r，不考虑其他因素的影响，则用户消耗的电功率为（　　）      A． B． C． D． 单选题4．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．如图所示为某小型发电站高压输电示意图．升压变压器原、副线圈两端的电压分别为和，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为和．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和，各互感器和电表均为理想的，则下列说法正确酌是（　　） A．两互感器均起到降压作用 B．若电压表的示数为，电流表的示数为，则线路输送电功率为 C．若保持发电机输出电压和用户数一定，仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率减少 D．若发电机输出电压一定，若用户数增加，为维持用户电压一定，可将滑片P下移 5．某个小型水电站发电机的输出功率为，发电机的电压为。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的双线总电阻为，在用户端用降压变压器把电压降为。要求输电效率（即用户得到的功率与发电机发出的功率之比）达到96%，也就是说在输电线上损失的功率控制在4kW，用户得到的功率为96kW。为此需要设计两个变压器的匝数比。请你计算： （1）升压变压器输入的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？ （2）从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端，输电线损失的电压为多少？ （3）两个变压器的匝数比各应等于多少？ 6．北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念．作为北京奥运会主场馆之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇型屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98550kW·h时的太阳能光伏发电系统，供给体育馆内的照明灯等使用．假如该发电系统的输出功率为1×105W． (1)按平均每天太阳照射6h计，该发电系统一年(365天计)能输出多少电能？ (2)假若发电系统的输出电压为250V，现准备向远处输电．所用输电线的总电阻为R线＝8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%．求应选用匝数比多大的升压变压器． 7．如图所示，某小型交流发电机向远处用户供电，输电时先用理想变压器将电压升高，到达用户区再用理想变压器将电压降下来后供用户使用。已知发电机线圈匝数，面积，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度，输电导线的总电阻为，降压变压器原、副线圈的匝数比为。用户区两盏白炽灯均标有“”，电动机标有“”，电灯及电动机均正常工作，电表均为理想表，其余导线电阻可忽略。求： （1）输电线路上损耗的电功率； （2）升压变压器原线圈电流； （3）线圈匀速转动一周的过程中，产生的电能。 8．某发电厂发电机的输出功率为P=100kW，发电机端电压为U=250V，向远处送电的输电线的总电阻R=8Ω，要使输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得到的电压又正好是220V，则： (1)应该怎样安装变压器，画出输电线路的示意图； (2)所用的变压器的原、副线圈的匝数比是多少。 9．如图所示，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。已知输电线总电阻R=10Ω，升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为1∶5，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，副线圈与纯电阻组成闭合电路，用电器电阻R0=11Ω。若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压表达式为。求∶ （1）整个输电网络的输电效率（即用户实际消耗的功率占电源输出功率的百分比）； （2）若因用户增加导致用户消耗功率达到17.82kW，且要求用户电压不变，则可调整发电机输出功率和降压变压器T2的匝数比以满足要求，求调整后变压器T2原、副线圈的匝数比。 答案 1．B 【详解】A．升压变压器的输入电压不变，升压变压器原副线圈匝数不变，则升压变压器的副线圈的电压不变，故A错误； B．当用户用电处于高峰期时，降压变压器的输出功率增大，降压变压器的输入功率增大，降压变压器的输入电流变大，故高压输电线路的电压损失变大，故B正确； CD．当用户用电处于高峰期时，输电线路的电压损失变大，最终使得降压变压器的原副线圈上的电压都变小，但输出功率变大，故输出的电流变大，故CD错误。 故选B。 2．C 【详解】A．转速是发动机每秒转过的圈数，由图乙可知发电机的周期为0.02s，所以发电机的转速为 故A错误； B．发电机的输出功率为 发电机内输出的电能为 故B错误； C．输电线损失的功率 由 可得输电线电流 降压变压器副线圈的电流 降压变压器原、副线圈匝数比为 故C正确； D．由 可得 则 升压变压器副线圈输出的电压的最大值为 故D错误。 故选C。 3．A 【详解】升压变压器原线圈输入电压的最大值为，有效值为 根据变压器的变压比 可知副线圈电压为 输电电流为 输电线上损失的电功率为 用户消耗的电功率为 联立解得 故选A。 4．B 【详解】A．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。 B．电压互感器原线圈两端电压 电流互感器原线圈中的电流 对于理想变压器，输送功率 P=P2=U2I2=2200×100W=220000W 故B正确。 C．将滑动片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 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 当R不变时，I4增大，降压变压器原线圈中的电流 匝数比不变，I3增大，输电线上损失功率 增大，故C错误。 D．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 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 U3=U2-ΔU 将减小，根据 可知，当U3减小时，减小n3可以使U4不变，所以要将降压变压器的滑动片P上移，故D错误。 故选B。 5．（1）400A，20A；（2）；（3）， 【详解】（1）由 解得升压变压器输入的电流为 输电线上损失的功率 解得输电线上通过的电流是 （2）从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端，输电线损失的电压为 解得 （3）由 解得 由于 ， 可得 ， 由 可得 6．（1）；（2） 【详解】（1）由题意可以知道：，时间为：，一年能输出电能为 （2）依题意作出如下图输电示意图 当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时，输电线中的电流为 根据 解得 升压变压器的匝数比为 降压变压器副线圈中电流，即为提供给所有用户的总电流，用户获得的总功率为 又 所以 其原线圈中电流，降压变压器的匝数比为 7．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）设降压变压器原、副线圈的电流分别为、，灯正常发光，电动机正常工作得 代入数据可得 由于 解得 所以输电线路上损耗的电功率 代入数据得 （2）由 可得 升压变压器副线圈两端电压 发电机产生的电动势的最大值 有效值为 由于 解得 （3）线圈匀速转动一周的过程所用时间为 由能量守恒定律可得线圈匀速转动一周的过程中产生的电能 解得 8．（1）  ；（2）升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶16，降压变压器的原、副线圈的匝数比为190∶11 【详解】(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图所示    (2)由题意可知，损失的功率为 P损=5%P=5×103W 设输电线路中的电流为I，由 P损=I2R 解得 I=25A 输送电压 故升压变压器的匝数比为 输电线路上损失电压为 U损=IR=200V 降压变压器原线圈两端电压为 U3=U2-U损=3800V 用户得到的电压为 U4=220V 故降压变压器的匝数比为 9．（1）94.6%（2）3:1 【详解】（1）用户得到的电压的有效值为U4=220V；用户得到的功率 降压变压器的初级电压 则初级电流 导线上功率损失 则升压变压器的输入功率 P1=P损+P用=4650W 则整个输电网络的输电效率     （2）因为升压变压器的次级电压不变，为 若因用户增加导致用户消耗功率达到17.82kW，则 联立解得 调整后变压器T2原、副线圈的匝数比 学科网（北京）股份有限公司 $$