教科版高中物理選修3-2課時作業(yè)2-7電能的輸送

課時分層作業(yè)(十三)(時間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．(多選)如圖所示為遠距離高壓輸電的示意圖．關(guān)于遠距離輸電，下列表述正確的是()A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損耗B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗的C．在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損耗越小D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好ABD[依據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗P損＝I2R線，而R線＝eq\f(ρl,S)，增大輸電導(dǎo)線的橫截面積，可減小輸電線的電阻，則能夠減少輸電過程中的電能損耗，選項A正確；由P輸＝UI知，在輸送功率P輸一定的情況下，輸送電壓U越大，則輸電電流I越小，電路中的功率損耗越小，選項B正確；若輸送電壓一定，輸送功率P輸越大，則電流I越大，電路中損耗的電功率越大，選項C錯誤；因為輸電電壓越高，對于安全和技術(shù)的要求也越高，因此并不是輸送電壓越高越好，高壓輸電必須綜合考慮各種因素，選項D正確．]2．(多選)下列關(guān)于遠距離高壓直流輸電的說法中，正確的是()A．直流輸電系統(tǒng)只在輸電環(huán)節(jié)是直流，而發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)是交流B．直流輸電系統(tǒng)只在發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)是直流，而輸電環(huán)節(jié)是交流C．整流器將交流變直流，逆變器將直流變交流D．逆變器將交流變直流，整流器將直流變交流AC[直流輸電系統(tǒng)由整流站、直流線路和逆變站三部分組成，在整流站通過整流器將交流電變換為直流電，在逆變站利用逆變器將直流電變換為交流電．因此選項A、C正確．]3．發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電導(dǎo)線總電阻為R，通過導(dǎo)線上的電流為I，學(xué)校得到的電壓為U2，則對輸電導(dǎo)線上損耗的功率的表達式錯誤的是()A.eq\f(U\o\al(2,1),R) B．eq\f(U1－U22,R)C．I2R D．I(U1－U2)A[用P＝eq\f(U2,R)求電阻上損失的功率時，U要與電阻R相對應(yīng)，A中的U1是輸出電壓不是輸電線電阻上的電壓，故A是錯誤的；B中的U1－U2是輸電線電阻上的電壓，因此，B是正確的；C、D中的電流I是輸電線中的電流，故C、D都是正確的．]4．遠距離輸電中，當(dāng)輸送的電功率為P，輸送電壓為U時，輸電線上損失的電功率為ΔP，若輸送的電功率增加為2P，而輸電線中損失的電功率減為eq\f(ΔP,4)，(輸電線電阻不變)那么輸電電壓應(yīng)增為()A．32UB．16UC．8U D．4UD[由P＝UI知I＝eq\f(P,U)，則輸電線上損失的功率ΔP＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))2R，得輸電電壓U＝Peq\r(\f(R,ΔP))，若輸送的電功率增加為2P，而輸電線中損失的電功率減為eq\f(ΔP,4)，由上式得輸電電壓U應(yīng)增為4U；故D正確，A、B、C錯誤．]5．1987年我國科學(xué)家制成了臨界溫度為90K的高溫超導(dǎo)材料．利用超導(dǎo)材料零電阻的性質(zhì)，可實現(xiàn)無損耗輸電．現(xiàn)在有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4Ω，它提供給用電器的電功率是40kW，電壓為800V，如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜替代原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，則節(jié)約的電功率為()A．1.6kW B．1.6×103kWC．1kW D．10kWC[節(jié)約的電功率即原來輸電線上電阻消耗的熱功率，ΔP＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(40×103,800)))2×0.4W＝1×103W＝1kW.]6．遠距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1，n2，電壓分別為U1，U2，電流分別為I1，I2，輸電線上的電阻為R.變壓器為理想變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是()A.eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2) B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)R D．I1U1＝I2U2D[根據(jù)理想變壓器的工作原理解題．根據(jù)理想變壓器的工作原理得I1U1＝I2U2，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠eq\f(U2,R)，而I1U1等于R上消耗的功率Ieq\o\al(2,2)R與下一級變壓器的輸入功率之和．選項D正確．]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率為10kW，輸出電壓為400V，向距離較遠的用戶供電，為了減少電能損耗，使用2kV高壓輸電，最后用戶得到“220V9.5kW”的電能，求：(1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比eq\f(n1,n2)；(2)輸電線路導(dǎo)線電阻R；(3)用戶降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比eq\f(n3,n4).解析：(1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比：eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(400,2000)＝eq\f(1,5).(2)由P損＝Ieq\o\al(2,2)R，輸送電流取決于輸出電壓及輸送功率，有I2＝eq\f(P,U2)所以R＝eq\f(P損,I\o\al(2,2))＝eq\f(P損,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U2)))2)＝eq\f(10000－9500,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10000,2000)))2)Ω＝20Ω.(3)設(shè)降壓變壓器原線圈上電壓為U3，U3＝U2－I2R＝(2000－5×20)V＝1900V所以降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為：eq\f(n3,n4)＝eq\f(U3,U4)＝eq\f(1900,220)＝eq\f(95,11).答案：(1)eq\f(1,5)(2)20Ω(3)eq\f(95,11)一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1.(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示，發(fā)電機通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電．已知輸電線的總電阻為R，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1，降壓變壓器副線圈兩端交變電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，降壓變壓器的副線圈與阻值R0＝11Ω的電阻組成閉合電路．若將變壓器視為理想變壓器，則下列說法中正確的是()A．通過R0的電流有效值是20AB．降壓變壓器T2原、副線圈的電壓比為4∶1C．升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓D．升壓變壓器T1的輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入功率ABD[降壓變壓器副線圈兩端交變電壓有效值為eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，負載電阻為11Ω，所以通過R0的電流的有效值是20A，故A正確；因為降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1，所以原、副線圈的電壓之比為4∶1，故B正確；由于輸電線有電阻導(dǎo)致降壓變壓器T2的輸入電壓低于升壓變壓器T1的輸出電壓，故C錯誤；升壓變壓器T1的輸入與輸出功率相等，降壓變壓器T2的輸入與輸出功率也相等，但升壓變壓器T1的輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入功率，原因是輸電線上電阻消耗功率，故D正確．]2．通過一理想變壓器，經(jīng)同一線路輸送相同的電功率P，原線圈的電壓U保持不變，輸電線路的總電阻為R.當(dāng)副線圈與原線圈的匝數(shù)比為k時，線路損耗的電功率為P1，若將副線圈與原線圈的匝數(shù)比提高到nk，線路損耗的電功率為P2，則P1和eq\f(P2,P1)分別為()A.eq\f(PR,kU)，eq\f(1,n) B．eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,kU)))2R，eq\f(1,n)C.eq\f(PR,kU)，eq\f(1,n2) D．eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,kU)))2R，eq\f(1,n2)D[根據(jù)變壓器的變壓規(guī)律，得eq\f(U1,U)＝k，eq\f(U2,U)＝nk，所以U1＝kU，U2＝nkU.根據(jù)P＝UI，知匝數(shù)比為k和nk的變壓器副線圈的電流分別為I1＝eq\f(P,U1)＝eq\f(P,kU)，I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(P,nkU).根據(jù)P＝I2R，輸電線路損耗的電功率分別為P1＝Ieq\o\al(2,1)R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,kU)))2R，P2＝Ieq\o\al(2,2)R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,nkU)))2R，所以eq\f(P2,P1)＝eq\f(1,n2).選項D正確，選項A、B、C錯誤．]3．如圖所示，甲是遠距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機輸出電壓隨時間變化的圖像，則()甲乙A．用戶用電器上交流電的頻率是100HzB．發(fā)電機輸出交流電的電壓有效值是500VC．輸電線的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定D．當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，輸電線上損失的功率減小D[由u-t圖像可知，交流電的周期T＝0.02s，故頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，選項A錯誤；交流電的最大值Um＝500V，故有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝250eq\r(2)V，選項B錯誤；輸電線上的電流由降壓變壓器副線圈上的電阻和降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定，選項C錯誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，副線圈上的電流減小，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，原線圈(輸電線)上的電流減小，根據(jù)P＝Ieq\o\al(2,1)R，得輸電線損失的功率減小，選項D正確．]4．(多選)圖甲為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器．升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為100Ω.降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖，其中R1為一定值電阻，R2為熱敏電阻，當(dāng)溫度升高時其阻值變小．電壓表V顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出)．未發(fā)生火情時，升壓變壓器的輸入功率為750kW.下列說法中正確的是()甲乙A．降壓變壓器副線圈輸出的交流電頻率為50HzB．未發(fā)生火情時，遠距離輸電線路損耗功率為180kWC．當(dāng)R2所在處發(fā)生火情時，電壓表V的示數(shù)變大D．當(dāng)R2所在處發(fā)生火情時，輸電線上的電流變大AD[由題圖乙知交流電的周期為0.02s，所以頻率為50Hz，變壓器不改變交流電的頻率，A正確；由題圖乙知升壓變壓器輸入電壓的有效值為250V，根據(jù)升壓變壓器變壓規(guī)律知副線圈兩端電壓為25000V，所以輸電線中的電流為I＝eq\f(P,U)＝30A，輸電線損失的電壓為ΔU＝IR＝30×100V＝3000V，輸電線路損耗功率為ΔP＝IΔU＝90kW，B錯誤；當(dāng)R2所在處發(fā)生火情時其阻值減小，副線圈中電流增大，根據(jù)降壓變壓器變流規(guī)律知輸電線上的電流變大，D正確；當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時，輸電線電流增大，分壓增大，降壓變壓器兩端的電壓變小，根據(jù)串聯(lián)分壓，R1兩端電壓增大，故電壓表V的示數(shù)變小，C錯誤．]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(10分)如圖所示，學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為r＝1Ω，升壓變壓器匝數(shù)比為n1∶n2＝1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為n3∶n4＝4∶1，輸電線總電阻為R線＝4Ω，全校有22間教室，每間教室安裝“220V40W”的電燈6盞，要求所有的電燈都正常發(fā)光，求：輸電線上損耗的電功率P損多大？解析：所有電燈正常發(fā)光時消耗的功率為P燈＝40×22×6W＝5280W＝P4由于燈正常發(fā)光時，降壓變壓器副線圈兩端電壓U4＝220V所以降壓變壓器原線圈兩端電壓U3＝eq\f(n3,n4)U4＝eq\f(4,1)×220V＝880V兩變壓器之間輸電線上的電流為I線＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(P4,U3)＝eq\f(5280,880)A＝6A輸電線上損失的功率P損＝Ieq\o\al(2,線)R＝62×4W＝144W.答案：144W6．(16分)把功率為220kW的電能用鋁導(dǎo)線(鋁的電阻率ρ＝2.7×10－8Ω·m)輸送到10km外的地方，要使功率損失不超過輸送功率的10%.(1)如果采用220V的電壓輸電，導(dǎo)線的橫截面積至少要多大？采用這樣的導(dǎo)線切合實際嗎？(2)若采用110kV的電壓輸電，導(dǎo)線的橫截面積是多大？(3)對于同種輸電導(dǎo)線，若分別采用110kV和220V輸電，損失的功率之比是多少？解析：(1)如果采用220V的電壓輸電，則通過導(dǎo)線的電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(220×103,220)A＝103A由于功率損失P＝10%P0