高中物理第4节 电能的远距离输送同步练习题

课后素养落实(十)　电能的远距离输送

(建议用时：40分钟)

◎题组一　高压输电的原因及电损的计算

1．(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV高很多的电压进行输电，下列说法正确的是(　　)

A．采用高压输电的优点是可节省输电线的铜材料

B．采用高压输电的优点是可减小输电线上的能量损失

C．采用高压输电的原因是用电器是串联的，用电器数量增多总电压变大

D．采用高压输电的原因是对个别偷电行为进行威慑

AB　[高压输电的目的是减小输电导线上的电流，从而可以减小导线的横截面积，节约输电线的铜材料，同时减小输电线路上的功率损失和电压损失，故选项A、B正确。]

2．(多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，通过导线上的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率下列表达式正确的是(　　)

A．  B．  C．I2R  D．I(U1－U2)

BCD　[用P＝求电阻上损失的功率时，U要与电阻R相对应，A中的U1是输出电压不是输电线电阻上的电压，故A是错误的；B中的U1－U2是输电线电阻上的电压，因此，B是正确的；C、D中的电流I是输电线中的电流，故C、D都是正确的。]

3．水电站向小山村输电，输送电功率为50 kW ，若以1 100 V送电，则线路损失功率为10 kW，若以3 300 V送电，则线路损失功率为(　　)

A．3.3 kW  B．1.1 kW  C．30 kW   D．11 kW

B　[设输送电功率为P，输电电压为U，线路电阻为R，则损耗功率P损＝I2R＝R，由此可见，P损与U2成反比，代入数据可知B项正确。]

4．某电站用11 kV交变电压输电，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220 kV送电，下列说法正确的是(　　)

A．因I＝，所以输电线上的电流增大为原来的20倍

B．因I＝，所以输电线上的电流减小为原来的

C．因P＝，所以输电线上损失的功率增大为原来的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小为原来的

B　[因U并非全部加到输电线的电阻上，所以不能用I＝计算输电线中的电流，A错误；输送功率和输电电流、输电电压的关系为P＝UI，在输送功率一定的条件下，U和I成反比，B正确；U是输电电压，它等于输电线上损失的电压和负载得到的电压之和，所以U并非是加到R上的电压，不能用P＝计算功率损失，C错误；线路上功率损失P损＝I2R线＝·ρ·＝。由于输送功率、导线材料、长度是不变的，在线路损失功率不变的条件下，送电电压的平方和导线横截面积成反比，所以电压由11 kV升高到220 kV，所需导线的横截面积减为原来的，导线直径减为原来的，D错误。故选B。]

◎题组二　高压交流输电与高压直流输电

5．(多选)下列关于远距离高压直流输电的说法中，正确的是(　　)

A．直流输电系统只在输电环节是直流，而发电环节和用电环节是交流

B．直流输电系统只在发电环节和用电环节是直流，而输电环节是交流

C．整流器将交流变直流，逆变器将直流变交流

D．逆变器将交流变直流，整流器将直流变交流

AC　[直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成，在整流站通过整流器将交流电变换为直流电，在逆变站利用逆变器将直流电变换为交流电。因此选项A、C正确。]

6．下列关于高压直流输电的说法，正确的是(　　)

A．高压直流电可以经过变压器提升电压后进行输送

B．在输送过程中直流输电不考虑输电线的电感对电流的影响

C．在输送过程中直流输电不考虑输电线的电阻对电流的影响

D．直流输电，用户可以直接得到直流电

B　[现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然是交流，D错误；变压器只能对交流起作用，对直流不起作用，A错误；在输电功率大、输电导线横截面积大的情况下，对交流来说，感抗会超过电阻，但电感对直流就不会有影响，当然电阻对直流和交流是同样有影响的，B正确，C错误。]

◎题组三　远距离输电的分析与计算

7．远距离输电线路的示意图如图所示，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

C　[变压器的输入功率、输入电流的大小是由用户消耗的功率大小决定的，A、B项错误；用户用电器总电阻减小，根据P＝，消耗功率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C项正确；升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上的损失电压加上降压变压器的输入电压，D项错误。]

8．如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)

A．    B．

C．4r    D．4r

C　[由I1＝和＝得Ir＝I2＝，则输电线上损失的功率Pr＝I·2r＝4r，故选C。]

9．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100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：

(1)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)P损＝IR线，I2＝＝  A＝20 A

P＝U2I2，U2＝＝ V＝5 000 V

升压变压器原、副线圈匝数比 ＝＝＝

U3＝U2－U损＝U2－I2R线＝4 800 V

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＝96 kW。

[答案]　(1)1∶20　240∶11　(2)见解析图　(3)96 kW

1．(多选)如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器匝数均不变，且n1∶n2＝n4∶n3。当用户用电器的总电阻减少时(　　)

A．U1∶U2＝U4∶U3

B．用户的电压U4增加

C．输电线上损失功率增大

D．用户消耗的功率等于发电机的输出功率

AC　[根据＝，＝，以及n1∶n2＝n4∶n3，知U1∶U2＝U4∶U3，故A正确；用户用电器总电阻减小，则电流增大，所以输电线上的电流增大，根据P损＝I2R知，输电线上损耗的功率增大，根据ΔU＝IR知，输电线上的电压损失变大，发电机的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，则降压变压器的输入电压变小，用户的电压U4减小，故C正确，B错误；用户消耗的功率等于发电机的输出功率与输电线上损失的功率之差，故D错误。]

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，在保持输送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．输电线上的电流变为原来的2倍

B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍

C．输电线上降落的电压将变为原来的

D．输电线上损耗的电功率将变为原来的

C　[根据I＝求出输电线上的电流，与输送的电压成反比，即输电线上的电流将变为原来的，故A错误；由上可知，输电线上的电流将变为原来的，根据U＝IR可知，输电线上降落的电压将变为原来的，故B错误，C正确；当以不同电压输送时，有P＝U1I1＝U2I2，而在线路上损失的功率为ΔP＝I2R＝R可知，损失的功率与电压的平方成反比，即ΔP1∶ΔP2＝4∶1，所以输电线上损失的功率为原来的，故D错误。]

3．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损耗，使用2 kV高压输电，最后用户得到“220 V　9.5 kW”的电能，求：

(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比；

(2)输电线路导线电阻R；

(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比。

[解析]　(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比为

＝＝＝。

(2)由I2＝及P损＝IR知，输送电流取决于输出电压及输送功率，

所以R＝＝＝Ω＝20 Ω。

(3)设降压变压器原线圈上电压为U3，则

U3＝U2－I2R＝(2 000－5×20) V＝1 900 V

所以降压变压器原、副线圈匝数比为

＝＝＝。

[答案]　(1)　(2)20 Ω　(3)