1、十六 电能的输送 (25 分钟60 分)一、选择题(本题共 6 小题，每题 6 分，共 36 分)1某校为了确保教学的正常进行，学校领导决定对全校的旧电网进行改造并购置了一台备用发电机。发电机房到教学区距离较远，为了减少输电线路上的电能损耗，以下措施中切实可行的是()A提高输电电压B用超导材料做输电线C提高输送功率D减小输电线的横截面【解析】选 A。提高输电电压，根据 IPU，知输送电流较小，根据 P 损I2R，知损失的功率较小，故 A 正确；应用超导材料做输电线，根据 P 损I2R，知损失的功率为 0，但成本太高且常温超导暂不能实现，故 B 错误；提高输送功率，根据 IPU，知输送电流较大，
2、根据 P 损I2R，知损失的功率较大，故 C 错误；减小输电线导线的横截面积，增大了电阻，根据 P 损I2R，知损失的功率较大，故 D 错误。2.每年冬季，我国北方总会迎来冰冻雨雪天气，如图为电力公司工作人员监测高压电线覆冰厚度，为清除高压输电线上的凌冰，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，热损耗功率为 P；除冰时，输电功率，输电线电阻不变，输电线上的热损耗功率为 4P，则除冰时()A输电电压为U2B输电电流为I4C输电电压为 4U D输电电流为 4I【解析】选 A。高压线上的热耗功率 PI2R 线，电阻不变，若热耗功率变为 4P
3、，则 4PI2R 线，解得 I2I，B、D 错误；输送功率不变，由 PUIUI，解得 U12 U，C 错误，A 正确。3(多选)如图为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器 T1 和降压变压器 T2 向用户供电，已知输电线的总电阻 R10，降压变压器 T2 的原、副线圈匝数之比为 41，副线圈与用电器 R0 组成闭合电路。若 T1、T2 均为理想变压器，降压变压器 T2 的副线圈两端电压 u220 2sin100t(V)，当用电器电阻 R011 时()A.通过用电器 R0 的电流有效值是 20 AB当用电器的电阻 R0 减小时，发电机的输出功率减小C发电机中的电流变化频率为 100
4、 HzD升压变压器 T1 的输入功率为 4 650 W【解析】选 A、D。降压变压器 T2 副线圈两端交变电压有效值为 UUm2 220 22 V220 V，负载电阻为 11，所以通过 R0 电流的有效值是 20 A，故 A 正确；当用电器的电阻 R0 减小时，由于电压不变，电流增大，输出功率增大，则发电机的输出功率也增大，故 B 错误；交流电经过变压器，频率不变，则交流电的频率 f 2 1002 Hz50 Hz，故 C 错误；根据 I3I4n4n3 得，输电线上的电流 I35 A，则输电线上损耗的功率 P 损I23 R2510 W250 W，降压变压器的输入功率 P3U4I422020 W4
5、 400 W，则升压变压器的输出功率 PP3P4 400250 W4 650 W。故 D 正确。4(2021济南高二检测)输电线路改造前，傍晚时分家里的灯光昏暗，夜深人静时灯光变得亮一些。如图所示是家庭电路的简图，设家庭电路电压为 220 V 不变，两条输电线电阻分别为 r(电阻较小)。下列说法正确的是()A.傍晚时分，用电器个数增多，输电线上损耗的电压变大B夜深人静时，用电器个数减少，输电线上损耗的功率变大C想要减小输电线上电能的损耗，可以换细一点的输电线D想要减小输电线上电能的损耗，可以把铜质输电线换成镍铜合金线【解析】选 A。傍晚时分，用电器个数增多，输电线上的电流增大，则输电线上损耗的
6、电压变大，选项 A 正确；夜深人静时，用电器个数减少，输电线上的电流减小，则输电线损耗的功率变小，选项 B 错误；想要减小输电线上电能的损耗，要减小输电线的电阻，即增加输电线的横截面积，即可以换粗一点的输电线，选项 C 错误；想要减小输电线上电能的损耗，要减小输电线的电阻，把铜质输电线换成镍铜合金线电阻变得更大，输电线的电能损耗更大，选项 D 错误。【加固训练】照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时()A总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小B总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小C总电阻比深夜
7、时小，干路电流大，输电线上损失的电压大D干路电流一定，支路比深夜时多分去了一部分电流【解析】选 C。晚上七八点钟用电高峰时开灯，由于负载增多，各个负载是并联，则总电阻减小，根据欧姆定律，输电线上的电流增大，输电线上损失的电压变大，由于照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，所以用电高峰时用户获得的电压减小，每盏灯两端的电压降低，故 C 正确，A、B、D 错误。5小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器 T1 升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器 T2，经降低电压后再输送至各用户。设 T1、T2 都是理想变压器，那么在用电高峰期，随用电
8、器电功率的增加将导致()A.升压变压器初级线圈中的电流变小B升压变压器次级线圈两端的电压变小C高压输电线路的电压损失变大D降压变压器次级线圈两端的电压变大【解析】选 C。由于升压变压器的输入电压不变，随用电器总功率的增加，则输入功率也增加，所以升压变压器初级线圈中的电流变大，故 A 错误；升压变压器的目的是提高电线上的电压从而降低电线上的消耗，由于升压变压器的输入电压不变，原、副线圈匝数不变，则副线圈的电压不变，故 B 错误；当用户用电处于高峰期时，降压变压器的输出功率会增大，从而导致降压变压器的输入电流变大，所以输电线路损失的电压变大，故 C 正确；当用户用电处于高峰期时，降压变压器的输出功
9、率会增大，从而导致降压变压器的输入电流变大，所以输电线路的电压变大，最终使得降压变压器的次级线圈上的电压变小，故 D 错误。6随着 5G 网络建设热潮的开启，中国 5G 基站的数量快速增长，实现 5G 网络覆盖的城市也越来越多。但是 5G 基站单系统功耗量为 4 kW(基站用电器功率)，而在 4G时代，基站单系统功耗仅为 1 kW。目前困扰 5G 发展的大难题是供电。如图所示。某基站距离 100 kV 主供电线路约为 5 km，线路电阻为 40。现要将 4G 基站改造为5G 基站，而且线路损耗为总功耗的 20%，在只更换变压器(均为理想变压器)的前提下，高压变压器的原、副线圈匝数比应变为()A
10、251 B501 C1001 D4003【解析】选 C。总功耗线路损耗基站功耗，线路损耗为总功耗的 20%，5G 基站功耗为 4 kW，则总功耗为 P 总4120%kW5 kW，设线路电流为 I2，则线路损耗 P 损I22 R 线，得 I25 A，原线圈电流 I1P总U1 5100 A0.05 A，高压变压器的原、副线圈匝数比n1n2 I2I1 1001，故选 C。二、计算题(本题共 1 小题，共 24 分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)7如图 1 所示，一个小型水力发电站，发电机输出电压 U0315 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为 Pm30 kW，它通过总电阻
11、 r 线2.0 的输电线直接向远处的居民区供电，设居民区所有用电器都是额定电压 U 用220 V 的白炽灯，额定总功率为 P 用22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化。试求：(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的实际电压是多少伏？发电机实际输出的电功率多大？(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗，如图 2 所示已知用户变压器的降压比为 401。当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率多大？【解析】(1)由 P 用U2用R用，求得用户总的电阻 R 用2.2，电路中的电流为 IU0R用r线3154.2 A75 AU 灯IR 用165
12、V，P 输U0I23 625 W；(2)用户的总功率为 P 用U4I4，U4220 V用户的总电流 I4P用U4 100 A，根据I3I4 n4n3 140可得输电电流 I3 I440 2.5 A，输电线上损耗的功率 P 损I23 r 线12.5 W。答案：(1)165 V 23 625 W(2)12.5 W (15 分钟40 分)8(9 分)(多选)(2020大同高二检测)交流发电机的输出电压为 U，采用图示理想变压器输电，升压变压器原、副线圈匝数比为 m，降压变压器原、副线圈匝数比为 n，输电导线电阻为 r，用户的工作电压为 U。下列说法正确的是()Am1Bn1C输电线上损失的功率为（1m
13、n）2U2m2rD输电线上损失的功率为U2mr【解析】选 A、C。升压变压器原线圈匝数小于副线圈匝数，可知原、副线圈匝数比m1，选项 A正确，B 错误；根据变压器的规律，升压变压器副线圈的电压 U21m U，降压变压器原线圈电压 U3nU，线路损失的电压 UU2U3，损失的功率 PU2r，由以上式子代入求得 P（1mn）2U2m2r，故选项 C 正确，D 错误。【加固训练】某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示，A、B 为理想变压器，R 为输电线路的电阻，灯泡 L1、L2 规格相同，保持变压器 A 的输入电压不变，开关 S 断开时，灯泡 L1 正常发光，则()A仅将滑片 P 上移，A 的输入
14、功率不变B仅将滑片 P 上移，L1 变暗C仅闭合 S，L1 变亮D仅闭合 S，A 的输入功率变小【解析】选 B。仅将滑片 P 上移，变压器 A 的副线圈匝数变小，变压器 A 的输出电压变小，又因为远距离输电的输送功率不变，根据 PUI 可知，输电线上的电流变大，输电线上损失的电压变大，所以 B 变压器的输入电压降低，输出电压也降低，所以 L1 两端电压变小，灯泡 L1 的实际功率变小，灯泡变暗；A 变压器的输入功率也变小，A 错误，B 正确；仅闭合 S，则 B 变压器的负载电阻变小，变压器 B 输出总电流变大，输出功率变大，则升压变压器 A 的输入功率也变大；输电线上的电流变大，输电线上损失的
15、电压变大，B 变压器的输入电压变小，输出电压也变小，即灯泡两端的电压变小，灯泡实际功率减小，灯泡变暗，C、D 错误。故选 B。9(9 分)(2021海口高二检测)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 umU sint 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.(n1n2)U2m4rB(n2n1)U2m4rC4(n1n2)2(PUm)2r D4(n2n1)2(PUm)2r【解析】选 C。加在原线圈上的电压 U1Um2，根据电压比与匝数比
16、关系U1U2 n1n2，所以 U2n2Um2n1，根据 IPU 可知，输电线上的电流 I PU2，输电线上消耗的功率P 耗I22r4(n1n2)2(PUm)2r。故 C 正确，A、B、D 错误。10(22 分)(2021德州高二检测)人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、煤等燃料的化学能)转化为电能。有条河流，流量 Q2 m3/s，落差 h50 m，现利用其发电，已知发电机总效率为 50%，输出电压为 U5 000 V。现直接将发电机和用户连接，测得安装在输电线路的起点和终点的电度表一昼夜读数相差 2 400 kWh(一昼夜是 24 h)。重力加速度 g 取 10 m/s2，水的密度
17、1103 kg/m3，试求：(1)发电机可输送的功率 P；(2)输电线的电阻 r；(3)若要使输电线损失的功率降到输送功率的 0.2%，所加的升压变压器原、副线圈的匝数比；(4)实施(3)后若用户端需要的电压是 100 V，则所加的降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？【解析】(1)依题意发电机可输送的功率为PQtght5105 W(2)依题意输电线上损失的功率为P 损2 40024 kW100 kW又 PUI 得 I100 A，根据 P 损I2r，所以 r10(3)输电线上损失的功率为 P损I2rP0.2%1 000 W 得 I10 A设升压至 U可满足要求，且 UPI 得 U5104 V则升压变压器原、副线圈匝数比n1n2 UU 110(4)输电线上损失的电压为 U损Ir100 V则降压变压器原线圈两端的电压 U3UU损49 900 V则降压变压器原、副线圈匝数比为n3n4 U3U4 4991答案：(1)5105 W(2)10 (3)110(4)4991