高中物理第五章交变电流5电能的输送课时训练新人教版.docx
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高中物理第五章交变电流5电能的输送课时训练新人教版
2019-2020年高中物理第五章交变电流5电能的输送课时训练新人教版
题组一 输电线上的电压损失和功率损失
1.远距离输送交变电流都采用高压输电。
我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电。
采用高压输电的优点是( )
A.可提高用户端电压
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
解析:
采用高压输电减小了输电电流,可减少能量损失,但不能改变交变电流的频率和输电速度,用户端电压由降压变压器决定,故选项C正确。
答案:
C
2.如图所示为远距离输电线路的示意图,若发电机的输出电压不变,则下列叙述中正确的是( )
A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C.当用户用电器的总电阻减小时,输电线上损失的功率增大
D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
解析:
变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的,选项A、B错误;用户用电器总电阻减小,据P=,消耗功率增大,输电线中电流增大,线路损失功率增大,选项C正确;升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压,选项D错误。
答案:
C
3.远距离输送一定功率的交变电流,若输电电压提高到原来的n倍,则下列说法中正确的是( )
A.输电线上的电流变为原来的n倍
B.输电线上的电压损失变为原来的
C.输电线上的电功率损失变为原来的
D.若输电线上的电功率损失不变,输电线路长度可为变为原来的n2倍
解析:
P=UI,当U变为n倍时,I变为原来的;电压损失ΔU=R线;功率损失P损=()2R线;输电线电阻R=ρ,当l变为n2倍时,电阻增大n2倍,则P损=()2R线知P损不变。
答案:
D
4.发电厂发电机的输出电压是U1,发电厂至学校的输电导线总电阻为R,导线中的电流为I,学校得到的电压为U2,则关于输电线上损失的功率,下列表达式错误的是( )
A.B.
C.I2RD.I(U1-U2)
解析:
用P=求电阻上损失的功率时,U要与电阻R相对应,选项A中的U1是输出电压,不是输电线上的电压,故选项A错误。
选项B中的(U1-U2)是输电线上的电压,因此,选项B正确。
选项C、D中的电流I是输电线中的电流,故选项C、D正确。
答案:
A
5.如图所示,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象,则( )
A.用户用电器上交变电流的频率是100Hz
B.发电机输出交变电流的电压有效值是500V
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
解析:
由图象知f==50Hz,选项A错误;发电机输出交变电流电压的有效值为V=250V,选项B错误;输电线的电流由降压变压器原、副线圈的匝数比及负载大小决定,选项C错误;用电器总电阻变大,则降压变压器原、副线圈中电流减小,输电线上损失功率也减小,选项D正确。
答案:
D
题组二 高压输电电路的分析与计算
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到远处村寨附近的降压变压器经降压后再输送至用户,设变压器都是理想的,那么在用电高峰期,随着用电器总功率的增加将导致( )
A.升压变压器原线圈中的电流变小
B.升压变压器副线圈两端的电压变小
C.高压输电线路的电压损失变大
D.降压变压器副线圈两端的电压变大
解析:
在用电高峰期,用户端并联的用电器数目增多,总电阻减小,降压变压器输出的电流增大,输出功率增大,输电线路上的电流增大,输电线路中的电压损失增大,降压变压器的输入电压减小,输出电压减小,选项C正确,D错误。
升压变压器上的输出电流增大,输入电流也增大,选项A错误。
但因为发电机的输出电压稳定,所以升压变压器的输出电压也是稳定的,选项B错误。
答案:
C
7.某用电器离供电电源的距离为l,线路上的电流为I,若要求线路上的电压降不超过U,已知输电导线的电阻率为ρ,那么,该输电导线横截面积的最小值是( )
A.B.C.D.
解析:
输电线的电阻R=ρ,输电线上电压损失U=IR=Iρ,所以S=,故B正确。
答案:
B
8.(多选题)我国北方地区冬季会出现冻雨,使高压输电线结冰,严重时会压塌输电铁塔,导致输电中断。
为消除高压输电线上的冰凌,有人设计了这样的融冰思路:
利用电流的热效应除冰。
若在正常供电时,高压线上输电电压为U,电流为I,热耗功率为ΔP;除冰时,输电线上的热耗功率需变为9ΔP,则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( )
A.输电电流为3IB.输电电流为9I
C.输电电压为3UD.输电电压为U
解析:
根据输电功率P=UI,输电线上电阻为R,则ΔP=I2R=R,除冰时,输电线上的热耗功率为9ΔP,那么输电电流应为3I,输电功率保持不变,所以输电电压为。
答案:
AD
9.某发电站通过燃烧煤来发电。
发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明组成的用户,发电机输出功率是120kW,输出电压是240V,升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25,输电线的总电阻为10Ω,用户需要的电压为220V。
则:
(1)输电线上损失的电功率为多少?
(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少?
解析:
(1)根据理想变压器的规律得
输电电压
U2=U1=×240V=6000V
输电电流I2=A=20A
输电线上损失的功率ΔP=r=202×10W=4000W。
(2)输电线上损失的电压
ΔU=I2r=20×10V=200V
降压变压器原线圈两端的电压
U3=U2-ΔU=6000V-200V=5800V
根据理想变压器的变压规律得
。
答案:
(1)4000W
(2)
10.发电机的端电压为220V,输出电功率为44kW,输电导线的电阻为0.2Ω。
如果用初级、次级线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压,经输电线路后,再用初级、次级线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。
(1)画出全过程的线路图;
(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,求用户得到的功率和电压。
解析:
(1)线路图如图所示。
(2)升压变压器次级线圈的输出电压U2=U1=2200V,升压变压器次级线圈的输出电流I2=I1。
由P=U1I1得,升压变压器初级线圈的输入电流为
I1=A=200A,
所以I2=A=20A。
输电线路上电压损失和功率损失分别为
UR=I2R=4V,PR=R=0.08kW。
加到降压变压器初级线圈上的输入电流和电压分别为
I3=I2=20A,U3=U2-UR=2196V。
降压变压器次级线圈上的输出电压和电流分别为
U4=U3=219.6V,I4=I3=200A。
用户得到的功率P4=U4I4=43.92kW。
(3)若不采用高压输电,线路损失电压UR'=I1R=40V,用户得到的电压U'=U1-UR'=180V,用户得到的功率为P'=U'I1=36kW。
答案:
(1)见解析
(2)219.6V,43.92kW
(3)180V,36kW
(建议用时:
30分钟)
1.关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是( )
A.由功率P=,应降低输电电压,增大导线电阻
B.由P=IU,应低电压小电流输电
C.由P=I2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
解析:
输电时导线上损失的电压ΔU=IR,它不同于输电电压,P=或P=IU中的U应为导线上损失的电压,故A、B错。
导线上功率的损失为发热损失,即P=I2R,故C正确。
答案:
C
2.(多选题)远距离输送一定功率的交变电流,若输电线电阻一定,下列说法正确的是( )
A.输电线上的电压损失跟输电电压成正比
B.输电线上的功率损失跟输电电压成正比
C.输电线上的功率损失跟输电电压的二次方成反比
D.输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的二次方成正比
解析:
此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压混淆,由P=而误选B;正确的思路是由I线=可知ΔP=·R线,选项C正确;ΔU=·R线,选项A错误;ΔP=,选项D正确。
答案:
CD
3.我国已投产运行的1000kV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500kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P。
在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1000kV特高压输电。
若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率变为( )
A. B. C.2P D.4P
解析:
据P=UI,由500kV的超高压输电变为1000kV特高压输电时,输电线电流变为原来的。
再根据P线=I2R线可得,输电线上损耗的电功率将变为。
选项A正确。
答案:
A
4.(多选题)某发电站用11kV交流电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R。
现若用变压器将电压升高到220kV输电,下面说法正确的是( )
A.因I=,所以输电线上的电流增为原来的20倍
B.因I=,所以输电线上的电流减为原来的
C.因P=,所以输电线上损失的功率增为原来的400倍
D.若要使输电线上损失的功率不变,可将输电线的直径减为原来的
解析:
选项A中,U不是R两端电压,公式错误,所以选项A错误;因为输送的功率一定,由I=可知,当输送的电压增为原来的20倍时,电流减为原来的,选项B正确;选项C中,R是输电线的电阻,而U是输电电压,R与U又不对应,所以由P=得出的结论是错误的;输电线上损失的功率一般用ΔP=I2R计算不容易出错,从选项B中已经知道电流减为了原来的,若ΔP不变,则输电线的电阻可增为原来的400倍,根据R=ρ,在导线的电阻率、长度不变的条件下,那么横截面积可减小为原来的,即导线的直径减为原来的,故选项D正确。
答案:
BD
5.(多选题)在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用导线电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为L,输电线损耗的电功率为P',用户得到的电功率为P用,则P'、P用的关系式正确的是( )
A.P'=B.P'=
C.P用=P-D.P用=P(1-)
解析:
P'=I2R=(式中I、U'分别为输电电流和输电线损失的电压),而I=,R=ρ,所以P'=,从而P用=P-P'=P-=P-,故选项B、D正确。
答案:
BD
6.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和分别为( )
A. B.()2R,
C.D.()2R,
解析:
设副线圈与原线圈匝数比为k时,副线圈输出电压为U1,输出电流为I1,电路损耗功率为P1,设副线圈与原线圈匝数比为nk时,副线圈输出电压为U2,输出电流为I2,电路损耗功率为P2,根据理想变压器原副线圈电压与匝数成正比可得=k ①;=nk ②;且P=U1I1=U2I2 ③;线路损耗功率分别为P1=R ④;P2=R ⑤。
由①④联立解得P1=()2R,据此排除选项A、C;由①②③④⑤联立解得,所以选项B错误,选项D正确。
答案:
D
7.某水电站,用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户,其输出电功率是3×106kW。
现用500kV电压输电,则下列说法正确的是( )
A.输电线上输送的电流大小为2.0×105A
B.输电线上由电阻造成的损失电压为15kV
C.若改用5kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108kW
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
解析:
由P=UI可得I==6×103A,则选项A错误;输电线上电阻造成的损失电压为ΔU=Ir=15kV,选项B正确;输电线上损失的功率不可能大于水电站的输出功率,可知选项C错误;输电线上损失的功率为ΔP=,ΔU为输电线上损失的电压,选项D错误。
答案:
B
8.(多选题)某小型水电站的电能输送示意图如下。
发电机的输出电压为220V,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、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。
要使额定电压为220V的用电器正常工作,则( )
A.
B.
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
解析:
根据变压器工作原理可知,由于输电线上损失一部分电压,升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压,有U2>
U3,所以,选项A正确,选项B、C不正确;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损失功率,选项D正确。
答案:
AD
9.某小型实验水电站输出功率P=38kW,输电线路总电阻r=1Ω。
(1)若采用U=380V输电,求输电线路损耗的功率P损;
(2)若改用U1=10000V高压输电,用户端利用n1∶n2=44∶1的变压器降压,求用户得到的电压U2。
解析:
(1)输电线上的电流为I=A=100A
输电线路损耗的功率为P损=I2R=1002×1W=10kW
(2)改用高压输电后,输电线上的电流变为I1=A=3.8A
变压器原线圈两端的电压
U'=U-I1R=(10000-3.8×1)V=9996.2V
根据
用户得到的电压为U2=U'=×9996.2V≈227.19V。
答案:
(1)10kW
(2)227.19V
10.
风力发电作为新型环保新能源,近几年来得到了快速发展。
如图所示,风车阵中发电机输出功率为100kW,输出电压为250V,用户需要的电压为220V,输电线电阻为10Ω。
若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%。
(1)求在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比;
(2)画出此输电线路的示意图。
(3)用户得到的电功率是多少?
解析:
(1)输电线损失的功率
P损=P×4%=100kW×4%=4kW
输电线电流I2=A=20A
升压变压器输出电压U2=V=5×103V
升压变压器原、副线圈匝数比
电压损失U损=I2R线=20×10V=200V
降压变压器原线圈端电压U3=U2-U损=4800V
降压变压器原、副线圈匝数比。
(2)如图所示。
(3)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为
P用=P-P损=P(1-4%)=100×96%kW=96kW。
答案:
(1)1∶20 240∶11
(2)见解析图 (3)96kW
2019-2020年高中物理第五章交变电流单元质量评估新人教版
一、不定项选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。
每小题至少一个选项正确)
1.(xx·天津高考)在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。
设线圈总电阻为2Ω,则 ( )
A.t=0时,线圈平面平行于磁感线
B.t=1s时,线圈中的电流改变方向
C.t=1.5s时,线圈中的感应电动势最大
D.一个周期内,线圈产生的热量为8π2J
【解析】选A、D。
t=0时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故A正确;每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线,磁通量有最大值)电流的方向改变一次,t=1s时磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故B错误;t=1.5s时,磁通量有最大值,但磁通量的变化率为零(=0),根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零,故C错误;感应电动势最大值Em=NBSω=N·Φm·=4πV,有效值E==2πV,一个周期内线圈产生的热量Q=·T=8π2J,故D正确。
【补偿训练】
如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势的图象如图,则 ( )
A.交变电流的频率是4πHz
B.当t=0时,线圈平面与磁感线平行
C.当t=0.5s时,e有最大值
D.交流电的周期是0.5s
【解析】选D。
由图象可得交流电的周期是0.5s,则交变电流的频率是2Hz,故A错、D对;当t=0时,电动势有最小值,故线圈平面与磁感线垂直,B项错;当t=0.125s或t=0.375s时,e有最大值,故C项错。
2.如图甲所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生的交变电流如图乙所示,设沿abcda方向为电流正方向,则 ( )
A.乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程
B.乙图中c时刻对应甲图中的C图
C.若乙图中d等于0.02s,则1s内电流的方向改变了50次
D.若乙图中b等于0.02s,则交流电的频率为50Hz
【解析】选A。
由交变电流的产生原理可知,甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面,线圈在中性面时电流为零,再经过个周期电流达到最大值,再由楞次定律判断出电流的方向,因此甲图中A至B图的过程电流为正,且从零逐渐增大到最大值,A对;甲图中的C图对应的电流为零,B错;每经过中性面一次线圈中的电流方向就要改变一次,所以一个周期内电流方向要改变两次,所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期,若已知d等于0.02s,则频率为50Hz,1s内电流的方向将改变100次,C错;若乙图中b等于0.02s,则交流电的频率应该为25Hz,D错。
3.(xx·杭州高二检测)关于变压器的工作原理,以下说法正确的是 ( )
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
【解析】选C。
通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量变化,A错误;因铁芯是闭合的,没有漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;由于通过副线圈的磁通量发生变化,根据法拉第电磁感应定律,在副线圈上产生感应电动势,故C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故D错误。
【补偿训练】
把直流电源接到变压器的原线圈上,变压器却不能改变直流电压。
其原因是
( )
A.没有磁通量通过原线圈
B.没有磁通量通过副线圈
C.通过原、副线圈的磁通量没有变化
D.通过原、副线圈的磁通量不相等
【解析】选C。
直流电的磁场是不变的,所以通过原、副线圈的磁通量就不变,也就没有在副线圈上产生感应电动势,故C选项正确。
4.(xx·全国卷Ⅲ)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。
当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。
下列说法正确的是 ( )
A.原、副线圈匝数之比为9∶1
B.原、副线圈匝数之比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶9
【解析】选A、D。
设灯泡的额定电压为U0,两灯均能正常发光,所以原线圈输出端电压为U1=9U0,副线圈两端电压为U2=U0,故=,==,A正确,B错误;根据公式=可得=,由于小灯泡两端的电压相等,所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为1∶9,C错误、D正确。
【补偿训练】
如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=4∶1,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的电阻B阻值相等,a、b两端加一定的交变电压U后两电阻消耗的功率之比PA∶PB为 ( )
A.4∶1 B.1∶4 C.16∶1 D.1∶16
【解析】选D。
设电路中通过A、B的电流分别为IA、IB,有IA∶IB=n2∶n1=1∶4,故PA∶PB=
=1∶16。
5.(xx·全国卷Ⅰ)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω,为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。
当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。
该变压器原、副线圈匝数比为 ( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【解析】选B。
设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,当开关S断开时,电流表的示数为I,副线圈电流为I,因此有(U-IR1)I=()2I2(R2+R3);当S闭合时,电流表的示数为4I,同理有(U-4IR1)×4I=()2(4I)2R2,联立解得原、副线圈匝数比为3,故选B。
【补偿训练】
如图甲、乙所示,从某一装置中输出的电流既有交流成分,又有直流成分,现要把交流成分输送给下一级,有关甲、乙图的说法正确的是 ( )
A.应选用甲图电路,其中C的电容要大
B.应选用甲图电路,其中C的电容要小
C.应选用乙图电路,其中C的电容要大
D.应选用乙图电路,其中C的电容要小
【解析】选C。
电容器在电路中起到“隔直流,通交流”的作用,应选乙图电路。
要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级,则电容器的容抗要小,故电容要大。
6.如图甲所示,一个理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=6∶1,副线圈两端接三条支路,每条支路上都接有一只灯泡,电路中L为电感线圈,C为电容器,R为定值电阻。
当原线圈两端接有如图乙所示的交流电时,三只灯泡都能发光。
如果加在原线圈两端的交流电的最大值保持不变,而将其频率变为原来的2倍,则对于交流电的频率改变之后与改变前相比,下列说法中正确的是 ( )
A.副线圈两端的电压有效值均为216V
B.副线圈两端的电压有效值均为6V
C.灯泡Ⅰ变亮
D.灯泡Ⅲ变亮
【解析】选B、D。
由图乙知原线圈两端电压有效值为36V,根据=得U2=6V,A错、B对;将频率增大,感抗增大,容抗减小,C错、D对。
7.(xx·湖州高二检测)某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电。
若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2。
在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是 ( )
A.输电线上损耗的功率为
B.输电线上损耗的功率为
C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电
D.采用更高的电压输电会降低输电的效率
【解析】选C。
设发电厂输出功率为P,则输电线上损耗的功率ΔP=P-P0,
ΔP=I2R=
A、B项错误;采用更高的电压输电,可以减小导线上的电流,故可以减少输电线上损耗的功率,C项正确;采用更高的电压输电,输电线上损耗的功率减少,则发电厂输出的总功率减少,故可提高输电的效率,D项错误。
8.(xx·江苏高考)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则 ( )
A.电感L1的作用是通高频
B.电容C2的作用是通高频
C.扬声器甲用于输出高频成分
D.扬声器乙用于输出高频成分
【解析】选B、D。
电感是阻高频,通低频,电容器是通高频,阻低频,所以A项错误,B项正确;电感L1的作用是通低频,甲输出低频成分,C项错误;同理判断扬声器乙用于输出高频成分,D项正确。
9.如图所示,L1和L2是输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器,若已知甲的变压比为500∶1,乙的变流比为200∶1,并且已知加在电压表两端的电压为220V,通过电流表的电流为5A,则输电线的输送功率为 ( )
A.1.1×102W B.
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