第3章 4 电能的传输(同步练习)-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册（教科版2019）

4　电能的传输 基础过关练 题组一　高压输电损耗 1.为减少远距离输电的损耗从而降低电费价格,可采取的措施有(　　) A.提高输送功率 B.应用超导体材料做输电线 C.提高高压输电的电压 D.减小输电导线的横截面积 2.中国已投产运行的1 000 kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,在保持输电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响,则(　　) A.交变电流的频率变为原来的 B.输电线上的电流变为原来的 C.输电线上损失的电压变为原来的2倍 D.输电线上损耗的电功率变为原来的2倍 3.高铁线因接触网覆冰无法保证电力机车正常供电,现设想用短路电流除冰,就是将两条输电线终点站的两端直接连起来。为提升除冰效率,将变电站输出电压恒为U的正弦交流电经过一段较长的导线输送到始发站后先用理想升压变压器升压,然后接入始发站导线的两端,电路图如图所示。已知两站间输电线的总电阻为R,变电站到始发站导线的总电阻r=,升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶1 000,则输电线除冰的热功率为(　　) A.　　　　B. C.　　　　D. 4.(多选题)在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所有输电导线的电阻率均为ρ,横截面积均为S,两地的距离为L,输电线上损耗的电功率为P1,用户得到的电功率为P2。下列关于P1和P2的表达式中正确的是(　　) A.P2=P　　　　B.P2=P- C.P1=　　　　D.P1= 5.我国特高压输电技术达到世界领先水平。在输电电线型号、输电效率相同时,采用超高压输电,输电电压为U,输电功率为P,输电距离为s1;采用特高压输电,输电电压为2U,输电功率为1.5P,输电距离为s2。则两次输电距离s1与s2的比为(　　) A.5∶8　　　B.3∶4　　　C.3∶5　　　D.3∶8 题组二　远距离高压输电过程的分析与计算 6.(多选题)某地兴建的小型水电站交流发电机输出功率为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。如图所示为发电站为用户供电的电路图。下列说法正确的是(　　) A.I线=　　　　B.I线= C.I线=　　　　D.用户增多时,I线减小 7.图甲为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶200,降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1,远距离输电线的总电阻为100 Ω,若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为500 kW,两变压器均为理想变压器,下列说法正确的是(　　) 甲 乙 A.用户端交流电的频率为100 Hz B.用户端电压为245 V C.输电线中的电流为15 A D.输电线路损耗的功率为25 kW 8.如图所示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,输电线的电阻不变,升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器的原、副线圈匝数分别为n3、n4。在保持发电机输出电压U1及用户得到的电压U4均不变的条件下,若将输送电压U2由300 kV提升为2 100 kV高压,输送的总电功率变为原来的3.5倍,不考虑其他因素的影响,则(　　) A.升压变压器原、副线圈匝数比变为原来的7倍 B.输电线上电流I2变为原来的2倍 C.输电线损失的功率变为原来的4倍 D.降压变压器原、副线圈匝数比变大 9.(经典题)风力发电是将风的动能转化为电能。某风力发电机的输出功率为10 kW,输出电压为250 V,用户得到的电压是220 V,输电线的电阻为20 Ω,输电线路如图所示。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的5%,变压器均视为理想变压器,则下列说法正确的是(　　) A.通过输电线的电流为4 A B.用户得到的电功率为9.5 kW C.升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶4 D.降压变压器原、副线圈的匝数之比为100∶11 10.如图所示,发电厂输出功率为P=100 kW,输出电压为U1=250 V,用户需要的电压为U4=220 V,已知升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶20,两理想变压器之间输电线的总电阻为r=5 Ω,其他电线的电阻不计,试求: (1)输电线上的电流大小; (2)输电线中因发热而损失的功率ΔP; (3)降压变压器原、副线圈匝数比。 能力提升练 题组一　输电线上电压和功率损失的计算 1.(多选题)如图所示为某小型发电站高压输电示意图,变压器均为理想变压器。发电机输出功率P0=10 kW,输电线电阻r=100 Ω,输电线上损失的功率为输电功率的1%,用户端R上的电压为220 V。下列说法正确的是(　　) A.右侧降压变压器匝数比n3∶n4=45∶1 B.右侧降压变压器匝数比n3∶n4=40∶1 C.保持发电机输出功率不变,减小用户端电阻R,输电线上损耗的功率增加 D.保持发电机输出功率不变,减小用户端电阻R,输电线上损耗的功率降低 2.某电站用500 kV电压输电给300 km外的用户使用,其输出电功率是3×106 kW,输电线总电阻为2.5 Ω,则下列说法正确的是(　　) A.输电线上输送的电流大小为3.0×105 A B.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kV C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW D.输电线上损失的功率为ΔP=,U为输电电压,r为输电线的电阻 3.(多选题)某电厂对用户进行供电的原理如图所示。发电机的输出电压为U1=380 V,输电线的总电阻r=15 Ω,为了减小损耗采用了高压输电。变压器视为理想变压器,其中升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶20,用户获得的电压为U4=220 V,发电厂的输出功率为P1=7.6×105 W,则下列说法中正确的有(　　) A.输电线上的电流为100 A B.用户获得的功率为1.5×105 W C.n3∶n4=380∶11 D.若用户端消耗的功率增大,则在发电厂的输出电压不变的情况下,用户端获得的电压减小 4.(经典题)图甲为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=1∶100,降压变压器原、副线圈匝数比为n3∶n4=100∶1,远距离输电线的总电阻r=100 Ω。若变压器均为理想变压器,升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为P1=750 kW。求: (1)输电线路损耗功率ΔP; (2)用户端电压U4。 甲 乙 题组二　远距离高压输电的动态分析 5.(多选题)如图是通过降压变压器给用户供电的电路示意图,从变压器到用户端输电线的总电阻为R0,假设用户端所有用电器均为纯电阻用电器,用图中虚线框中的R表示用户端正在使用的许多用电器的总电阻。已知输入端输入的是正弦交流电且电压恒定,变压器、各电表均为理想器材,当用户端使用的用电器个数减少时,则(　　) A.用户端总电阻R减少 B.电流表A1示数减小 C.电压表V2示数增大 D.用户端电压表V3示数增大 6.发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器给用户供电,升压变压器输出端滑片P位置可以调动,发电机组输出交变电压的有效值恒定,两条输电线总电阻r保持不变。在下列条件下,增加用户端的用电器,则(　　) A.若滑片P位置不变,则用户端电压升高 B.若滑片P位置不变,则输电线上损失的功率变小 C.若将滑片P下移,则用户端电压可能不变 D.若将滑片P下移,则输电线上损失的功率可能减小 7.(经典题)如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电,接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图(图中变压器均可视为理想变压器,图中电表均为理想交流电表)。设发电厂输出的电压一定,两条输电线总电阻用R0表示,变阻器R相当于用户用电器的总电阻,当用电器增加时,相当于R变小。则在用电高峰时,下列说法错误的是(　　) A.电压表V1、V2的读数均不变,电流表A2的读数增大,电流表A1的读数减小 B.电压表V3、V4的读数均减小,电流表A2、A3的读数均增大 C.电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变 D.输电线路损耗的功率增大 8.(经典题)如图所示为远距离输电的原理图,发电机输出电压恒定,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,其中降压变压器的变压比为n;图中电表均为理想电表;两变压器间输电线的总电阻为R。假如用户设备发生变化,导致输电线上的电压损失增加了ΔU,下列说法正确的是(　　) A.电压表示数增大 B.输电线上消耗的电功率增加 C.用户设备消耗的电功率减少 D.电流表示数增大了n 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.C 2.B 3.B 4.AC 5.D 6.BC 7.B 8.D 9.B 1.C　输电线路中损耗的功率为P=I2r,可见,要减少远距离输电的损耗,一方面可以减小输电电流,即提高高压输电的电压;若提高输送功率,输电损耗也相应增加,故A错误,C正确。另一方面可以减小输电线的电阻,如增加输电导线的横截面积,或换用导电性能好的材料,但会使成本大大增加,故B、D错误。 规律总结　输送功率不变时,输送电压越高,输送电流越小,线路中电能损耗越少。 2.B　采用特高压输电,交变电流的频率保持不变,A错误;根据I=可知,在保持输电功率不变的条件下,输电电压变为原来的2倍,则输电线上的电流变为原来的,B正确;根据U线=IR线,由于输电线上的电流变为原来的,可知输电线上损失的电压变为原来的,C错误;根据P线=I2R线,由于输电线上的电流变为原来的,可知输电线上损耗的电功率变为原来的,故D错误。 3.B　设升压变压器原线圈电流为I1,副线圈电流为I2,则==1 000;根据功率关系可得I1U=r+R,解得P热=R=,故B正确。 4.AC　输电线中的电流I=,输电线的电阻R=,输电线上损耗的电功率为P1=I2R=,用户得到的电功率为P2=P-P1=P,故选项A、C正确。 5.D　由输电效率相同,可得=,且有ΔP1=R1=·ρ,ΔP2=R2=·ρ,联立解得=,故选D。 6.BC　由于P=R线+U3I线,因此I线≠,A错误;由于U2=I线R线+U3,因此I线=,B正确;由于=,=,解得I线=,C正确;用户增多时,负载总电阻变小,I4增大,由于=,因此I线增大,D错误。 7.B　由题图乙知,升压变压器的输入电压有效值为U1=250 V,交流电的周期为T=2×10-2 s,可得交流电的频率为f==50 Hz,变压器不改变交流电的频率,故用户端交流电的频率为50 Hz,A错误。升压变压器的输入电流I1==2 000 A,根据原、副线圈的电流和匝数的关系=,解得输电线中的电流为I2=10 A,则输电线路损耗的功率为P损=R=10 kW,输电线路损耗的电压U损=I2R=1 000 V;根据原、副线圈的电压和匝数关系=,解得升压变压器副线圈两端电压U2=50 000 V,则降压变压器原线圈两端电压U3=U2-U损=49 000 V;根据降压变压器原、副线圈电压和匝数的关系=,解得用户端电压为U4=245 V,故B正确,C、D错误。 8.D　根据理想变压器原、副线圈电压比与匝数比的关系=,解得U2=U1,U1不变,U2由300 kV提升为2 100 kV高压,解得升压变压器原、副线圈匝数比变为原来的,故A错误;输送总功率P=U2I2,解得I2=,由于U2升高为原来的7倍,而输送的总电功率变为原来的3.5倍,可得输电线上电流I2变为原来的,故B错误;输电线上损失的功率ΔP=R线,由于I2变为原来的,可知输电线损失的功率变为原来的,故C错误;根据电压分配关系有U2=ΔU+U3=I2R线+U4,由于用户得到的电压U4不变,R线不变,输送电流I2减小,可知降压变压器原、副线圈匝数比变大,D正确。 9.B　依题意,用户得到的电功率即降压变压器的输出功率P用=P-P损=P×(1-5%)=9.5 kW,故B正确;输电线上损失的功率P损=P×5%=0.5 kW,通过输电线的电流I2==5 A,升压变压器的输出电压U2==2 000 V,可得升压变压器原、副线圈的匝数之比===,故A、C错误;输电线上的电压损失U损=I2R线=100 V,降压变压器原线圈两端的电压U3=U2-U损=1 900 V,可得降压变压器原、副线圈的匝数之比===,故D错误。 10.答案　(1)20 A　(2)2 000 W　(3) 解析　(1)理想变压器原、副线圈两端电压比等于匝数比,=, 则U2=U1=250×20 V=5 000 V, 输电线上的电流I2== A=20 A。 (2)输电线中因发热而损失的功率ΔP=r=2 000 W。 (3)降压变压器的输入电压为U3=U2-U线=5 000 V-20×5 V=4 900 V, 用户需要的电压为220 V,根据原、副线圈匝数与电压的关系,可知降压变压器原、副线圈匝数比为===。 方法技巧 处理远距离输电问题的方法技巧 　　(1)画好一张图——远距离输电示意图。 　　(2)抓住电两端——发电站和用户。 　　(3)分析一条线——输电线。 　　(4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压。 　　(5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)。 能力提升练 1.AC 2.B 3.AD 5.BD 6.C 7.A 8.D 1.AC　根据题意,有ΔP=1%P=r,P4=P-ΔP=U4I4,=,解得=,故A正确,B错误;根据题意有P=ΔP+P4=r+R,=,由此可知,当R减小时,若P保持不变,则I3增大,输电线上损耗的功率增加,故C正确,D错误。 2.B　由P=UI得输电线上输送的电流I== A=6×103 A,故A错误;由ΔU=Ir得输电线路上的电压损失ΔU=Ir=6×103×2.5 V=15×103 V,故B正确;若改用5 kV电压输电,输电线上损失的功率为ΔP=I2r=r=×2.5 W=9×1011 W,而损失的功率不可能大于电站的输出功率,故C错误;用ΔP=计算输电线上损失的功率时,U为输电线上的电压降(损失的电压),而不是输电电压,故D错误。 3.AD　升压变压器原线圈中电流I1==2 000 A,所以I2=I1=100 A,故A正确;在输电线上损失的功率ΔP=r=1.5×105 W,用户获得的功率P'=P-ΔP=6.1×105 W,故B错误;升压变压器副线圈两端电压U2=U1=7 600 V,降压变压器原线圈两端电压U3=U2-I2r=6 100 V,降压变压器原、副线圈的匝数比为===,故C错误;若用户端消耗的功率增大,在发电厂的输出电压不变的情况下,可知输送电流增大,输电线上损失电压增大,降压变压器原线圈两端电压减小,则降压变压器副线圈两端电压减小,用户端获得的电压减小,故D正确。 4.答案　(1)90 kW　(2)220 V 解析　(1)由图乙可知,升压变压器的输入电压的有效值为U1==250 V, 根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可得 =, 又P1=P2=U2I2, 解得I2=30 A, 输电线路损耗功率ΔP=r=90 kW。 (2)分析输电线路,有U2=ΔU+U3, 又ΔU=I2r, 解得U3=22 000 V, 根据=, 解得U4=220 V。 方法技巧 分析远距离输电问题的思路 对远距离输电问题应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”,或从用电器到发电机一步一步地进行分析。 5.BD　根据并联电路的特点,当用户端使用的用电器个数减少时,用户端总电阻增大,故A错误;原线圈两端的电压不变,原、副线圈的匝数比不变,所以副线圈两端的电压不变,电压表V2示数不变,而副线圈电路中的总电阻增大,由I2=可知,副线圈中的电流I2变小,根据原、副线圈中的电流与匝数的关系可知I1=I2,可知电流表A1示数减小,故B正确,C错误;由U2=I2R0+U3可知,U3增大,用户端电压表V3示数增大,故D正确。 6.C　增加用户端的用电器,即并入电路的负载增多,负载总电阻减小,导致电路中总电流增大,对应的输电线中电流增大,发电站的输出电流也增大。由U=Ir可得,输电线分压增大,即电压损失增多,降压变压器原线圈两端电压降低,对应的副线圈两端电压也降低,即用户获得的电压降低,故A错误;输电线中电流增大,由P=I2r可知,输电线上损失的功率变大,故B错误;若将滑片P下移,升压变压器副线圈匝数增加,则升压变压器副线圈两端电压U2增大,增加用户端用电器,则用户端的总电阻减小,这样会导致输电线中电流I变大,根据P=I2r可知,输电线上的功率损失一定变大,输电线上的电压损失变大,而降压变压器原线圈两端电压U3=U2-Ir,可知降压变压器原线圈两端电压可能不变,即用户得到的电压可能不变,故C正确,D错误。 7.A　因发电厂的输出电压一定,可知升压变压器的原线圈两端的电压不变,即V1读数不变,由=可知升压变压器副线圈两端的电压不变,即电压表V2的读数不变;用电高峰期,用户端总电阻减小,降压变压器副线圈中电流增大,即A3的读数增大;根据理想变压器原、副线圈中电流比与匝数比成反比知,输电线路中电流增大,则A1、A2读数增大,输电线上的电压损失增大,故电压表V3、V4的读数均减小,故A错误,B正确;电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值等于输电线的总电阻,不会变化,故C正确;P损=R0,且输电线上的电流增大,电阻不变,所以输电线上的功率损失增大,故D正确。 8.D　如图所示。 发电机输出电压恒定,升压变压器的输出电压U2不变,输电线上电压损失增加ΔU,所以降压变压器的原线圈两端电压U3减小ΔU,则降压变压器的副线圈两端电压U4减少,A错误;输电线的总电阻R不变,输电线上的电压损失增加ΔU,输电线上电流增加ΔI2=,输电线的损耗功率为P损=R,输电线的损耗功率增加ΔP=R-R≠ΔR=,B、C错误;若降压变压器原、副线圈中电流分别为I3、I4,则nI3=I4,变压比n不变,所以nΔI3=ΔI4,输电线上电流I3增加ΔI3=,所以降压变压器输出电流I4增加nΔI3=n,D正确。故选D。 10 学科网（北京）股份有限公司 $$