任务一 电的认识（知识竞赛）《电工技术基础与技能》上好课（电工版·第2版）

任务一 电的认识 知识竞赛测试题 一、精密概念与历史溯源（共25分） 1.【历史细节】（8分） 在人类认识电的历程中，多位科学家做出了奠基性贡献。请将以下科学家与其最核心的发现或发明精确匹配： A. 奥斯特 电磁感应定律 B. 法拉第 电流的磁效应 C. 欧姆 电子的发现 D. 汤姆生 (J.J. Thomson) 导体中的电流、电压、电阻关系定律 2.【概念辨析】（8分） “电”、“电荷”、“电流”、“电能”是四个密切相关但内涵不同的物理概念。 （1）请用一句话分别精确定义这四个概念。 （2）并阐述它们之间的逻辑关系（例如：电荷的定向移动形成...）。 3.【单位溯源】（9分） 国际单位制（SI）中，电流的单位是安培（A）。其定义与两个平行载流导线间的相互作用力有关。 （1）请简述安培的原始定义（基于力的定义）。 （2）自2019年5月20日起，安培的定义发生了根本性变革，转而基于一个基本物理常数。请问这个常数是什么？这种变革的意义何在？ 二、复杂电路与物理定律深度应用（共35分） 1.【输电系统建模】（15分） 某小型水电站输出功率为 P0=1MW ，发电机输出电压为 U1=10kV 。电站通过升压变压器将电压升至 U2=110kV 进行远距离传输。输电线路总电阻为 R=10Ω 。到达用户区后，通过降压变压器降至 U3=220V 供用户使用。 (1) 计算升压后输电线路上的电流 (2) 计算输电线路上的功率损耗 (3) 计算用户端获得的实际功率 (4) 如果不采用高压输电，直接以 ​ U1=10kV 输电，重新计算 (a), (b), (c)。并对比两种方案的效率，说明高压输电的巨大优势。 2.【试电笔内部电路分析】（10分） 一个标准的氖泡式试电笔，其内部等效电路可简化为：火线 → 笔尖 → 高阻值电阻R（1.5 MΩ）→ 氖泡（启辉电压约70V）→ 笔尾金属 → 人体（等效电阻rh≈1KΩ) →大地 → 电源中性点. (1) 当试电笔接触220V火线时，请计算流过回路的电流I。 (2) 请计算氖泡两端的电压U氖 (3) 解释为什么这个电流对人体是安全的，而氖泡却能正常发光。 3.【波形综合】（10分） 图1展示了交流电（正弦波）与直流电（直线）的波形对比。 (1) 对于一个峰值电压为311V的正弦交流电，其有效值（RMS）是多少？写出计算公式。 (2) 若将此交流电通过一个理想二极管进行半波整流，得到的脉动直流电的平均值（DC value）是多少？（提示：需要用到积分或已知结论） 三、极限情境安全判断与规范（共20分） 1.【跨步电压计算】（10分） 高压输电线（10kV）意外断裂落地，在接地点周围形成一个径向电场。假设地面土壤均匀，接地点电压为10kV，距离接地点1米处的电压降为5kV，2米处为2kV。 (1) 如果一个人两脚分开站立，一脚在距接地点1米处，另一脚在1.8米处，他所承受的跨步电压是多少？ (2) 此时他应如何正确逃离危险区域？为什么不能大步奔跑？ 2.【保护系统失效分析】（10分） 在一个采用保护接零（TN系统）的住宅电路中，如果中性线（零线）在入户前某处意外断开，同时家中某台电器如洗衣机恰好发生火线对金属外壳的漏电故障。 （1）请分析此时该电器外壳的对地电压会是多少？ （2）这种情况下，原有的保护接零措施为何会失效？可能造成什么严重后果？ 四、前沿科技与综合思辨（共20分） 【超级电网构想】（20分） 假设未来全球建成一个基于超导技术的“超级电网”，可以实现洲际间近乎零损耗的电能传输。 (1) 从能源利用角度看，这将如何解决可再生能源如太阳能、风能的间歇性和地域分布不均问题？ (2) 从地缘政治角度看，这种能源互联可能会带来哪些新的合作机遇与潜在冲突？ (3) 从技术安全角度看，如此庞大且紧密耦合的电网，其最大的系统性风险是什么？应如何防范？（请提出至少一种创新性的防护思路） 学科网（北京）股份有限公司 $