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課時(shí)分層作業(yè)(十一) 電能的輸送 [基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練] (時(shí)間：15分鐘　分值：50分) 一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分) 1．(多選)如圖276所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖．關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是(　　) 圖276 A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損耗 B．高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗的 C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)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＝，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(guò)程中的電能損耗，選項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)檩旊婋妷涸礁撸瑢?duì)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(xiàng)D正確．] 2．(多選)下列關(guān)于遠(yuǎn)距離高壓直流輸電的說(shuō)法中，正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622085】 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(guò)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(xiàng)A、C正確．] 3．發(fā)電廠發(fā)電機(jī)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(guò)導(dǎo)線上的電流為I，學(xué)校得到的電壓為U2，則輸電導(dǎo)線上損耗的功率下列表達(dá)式錯(cuò)誤的是(　　) A.　　　　　　　 B. C．I2R D．I(U1－U2) A　[用P＝求電阻上損失的功率時(shí)，U要與電阻R相對(duì)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(cuò)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．] 4．1987年我國(guó)科學(xué)家制成了臨界溫度為90 K的高溫超導(dǎo)材料．利用超導(dǎo)材料零電阻的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗輸電．現(xiàn)在有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4 Ω，它提供給用電器的電功率是40 kW，電壓為800 V，如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜替代原來(lái)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．1.6 kW　　　　　　　 B．1.6103 kW C．1 kW D．10 kW C　[節(jié)約的電功率即原來(lái)輸電線上電阻消耗的熱功率，ΔP＝I2R＝R＝0.4 W＝1103 W＝1 kW.] 5．遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖277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(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622086】 圖277 A.＝ B．I2＝ C．I1U1＝IR D．I1U1＝I2U2 D　[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，＝.U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠，而I1U1等于R上消耗的功率IR與下一級(jí)變壓器的輸入功率之和．選項(xiàng)D正確．] 6．(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖278所示．發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)．要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則(　　) 圖278 A．> B．< C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D．升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 AD　[根據(jù)變壓器工作原理可知＝，＝，由于輸電線路上損失一部分電壓，升壓變壓器的輸出電壓U2大于降壓變壓器的輸入電壓U3，所以>，A正確，B、C錯(cuò)誤；升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率加上輸電線上損失的功率，D正確．] 二、非選擇題(14分) 7．如圖279所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為10 kW，輸出電壓為400 V，向距離較遠(yuǎn)的用戶供電，為了減少電能損耗，使用2 kV高壓輸電，最后用戶得到“220 V　9.5 kW”的電能，求： 圖279 (1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比； (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. 【解析】　(1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比： ＝＝＝. (2)由P損＝IR，輸送電流取決于輸出電壓及輸送功率，有I2＝ 所以R＝＝＝ Ω＝20 Ω. (3)設(shè)降壓變壓器原線圈上電壓為U3， U3＝U2－I2R＝(2 000－520) V＝1 900 V 所以降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為： ＝＝＝. 【答案】　(1)　(2)20 Ω　(3) [能力提升練] (時(shí)間：25分鐘　分值：50分) 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2710所示，發(fā)電機(jī)通過(guò)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＝220sin 100πt (V)，降壓變壓器的副線圈與阻值R0＝11 Ω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(shuō)法中正確的是 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622087】 圖2710 A．通過(guò)R0的電流有效值是20 A B．降壓變壓器T2原、副線圈的電壓比為4∶1 C．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 V＝220 V，負(fù)載電阻為11 Ω，所以通過(guò)R0的電流的有效值是20 A，故A正確；因?yàn)榻祲鹤儔浩鱐2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(cuò)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(guò)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(shí)，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和分別為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622088】 A.， B.R， C.， D.R， D　[根據(jù)變壓器的變壓規(guī)律，得＝k，＝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＝＝，I2＝＝.根據(jù)P＝I2R，輸電線路損耗的電功率分別為P1＝IR＝R，P2＝IR＝R，所以＝.選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤．] 3．如圖2711所示，甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時(shí)間變化的圖像，則(　　) 甲　　　　　　　　　　　　乙 圖2711 A．用戶用電器上交流電的頻率是100 Hz B．發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500 V C．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(shí)，輸電線上損失的功率減小 D　[根據(jù)交流電的變化規(guī)律、變壓器的工作原理和遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)解題． 由ut圖像可知，交流電的周期T＝0.02 s，故頻率f＝＝50 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交流電的最大值Um＝500 V，故有效值U＝＝250 V，選項(xiàng)B錯(cuò)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(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí)，副線圈上的電流減小，根據(jù)＝，原線圈(輸電線)上的電流減小，根據(jù)P＝IR，得輸電線損失的功率減小，選項(xiàng)D正確．] 4．(多選)如圖2712為某小型水電站的電能輸送示意圖．已知輸電線的總電阻R＝10 Ω，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1，電阻R0＝11 Ω.若T1、T2均為理想變壓器，T2的副線圈兩端電壓表達(dá)式為u＝220sin 100πt V，下列說(shuō)法正確的是 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622089】 圖2712 A．發(fā)電機(jī)中的電流變化頻率為100 Hz B．通過(guò)R0的電流有效值為20 A C．升壓變壓器T1的輸入功率為4 650 W D．若R0的電阻減小，發(fā)電機(jī)的輸出功率也減小 BC　[由于T2的副線圈的交流電的頻率為f＝＝＝50 Hz，而變壓器是不能改變交流電頻率的，故發(fā)電機(jī)中的電流變化頻率為50 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于T2的副線圈的交流電電壓的有效值為U＝220 V，故通過(guò)R0的電流有效值為I＝＝＝20 A，故選項(xiàng)B正確；根據(jù)匝數(shù)與電流的關(guān)系可得T2的原線圈中的電流為I′＝＝5 A，故輸電線上損失的功率為P損＝I′2R＝(5 A)210 Ω＝250 W，而電阻R0上消耗的電功率為P0＝I2R0＝(20 A)211 Ω＝4 400 W，故升壓變壓器T1的輸入功率為P＝P損＋P0＝4 400 W＋250 W＝4 650 W，故選項(xiàng)C正確；若R0的電阻減小，則電阻R0消耗的電功率將增大，輸電線上的電流增大，輸電線上消耗的電功率也增大，故發(fā)電機(jī)的輸出功率也要增大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 二、非選擇題(本題共2小題，共26分) 5．(10分)如圖2713所示，學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r＝1 Ω，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＝4 Ω，全校有22間教室，每間教室安裝“220 V　40 W”的電燈6盞，要求所有的電燈都正常發(fā)光，求： 圖2713 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(shí)消耗的功率為 P燈＝40226 W＝5 280 W＝P4， 由于燈正常發(fā)光時(shí)，降壓變壓器副線圈兩端電壓 U4＝220 V， 所以降壓變壓器原線圈兩端電壓 U3＝U4＝220 V＝880 V， 兩變壓器之間輸電線上的電流為 I線＝＝＝ A＝6 A， 輸電線上損失的功率 P損＝IR＝624 W＝144 W. 【答案】　144 W 6．(16分)把功率為220 kW的電能用鋁導(dǎo)線(鋁的電阻率ρ＝2.710－8 Ωm)輸送到10 km外的地方，要使功率損失不超過(guò)輸送功率的10%. (1)如果采用220 V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(shí)際嗎？ (2)若采用110 kV的電壓輸電，導(dǎo)線的橫截面積是多大？ (3)對(duì)于同種輸電導(dǎo)線，若分別采用110 kV和220 V輸電，損失的功率之比是多少？ 【解析】　(1)如果采用220 V的電壓輸電，則通過(guò)導(dǎo)線的電流I＝＝ A＝103 A. 由于功率損失P＝10%P0＝22 kW＝22103 W，且P＝I2R， 因此導(dǎo)線的電阻R＝＝ Ω＝0.022 Ω. 根據(jù)R＝ρ可得，導(dǎo)線的橫截面積S＝＝ m2≈2.4610－2 m2 所以，導(dǎo)線橫截面的半徑r≈8.85 cm 由上述計(jì)算可知，采用這樣粗的導(dǎo)線是不切實(shí)際的． (2)若采用110 kV的電壓輸電，則通過(guò)導(dǎo)線的電流 I′＝＝ A＝2 A. 因此導(dǎo)線的電阻R′＝＝5.5103 Ω 所以，導(dǎo)線橫截面的面積 S＝ρ＝ m2＝9.8210－8 m2. (3)對(duì)于同種輸電導(dǎo)線，若分別采用110 kV和220 V輸電，損失的功率之比為 ＝＝＝＝. 【答案】　(1)2.4610－2 m2　不切合實(shí)際　(2)9.8210－8 m2　(3)