2019-2020版高中物理 第二章 交变电流 7 电能的输送讲义+精练（含解析）教科版选修3-2

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1、7电能的输送学科素养与目标要求物理观念：1.了解输电线上电能损失的影响因素.2.了解远距离高压输电的原理.3.了解直流输电科学思维：1.体会降低输电损耗的两个途径，能分析并计算高压输电的损耗情况.2.了解远距离输电系统，知道其典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实际问题，进行定量计算一、电能输送中的电压损失和电能损耗1电压损失：输电线始端电压U与末端电压U的差值，UUUIr.2功率损失：输电线路的功率损失，PI2r，r为输电线电阻3减小电压、功率损失的方法：(1)减小电阻：由r可知，输电距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻(2)提高输送电压：由PUI可知，当输送功率一

2、定时，升高电压可以减小电流，即采用高压输电二、远距离输电系统目前世界各国都采用电网供电，在发电站内用升压变压器升压，然后再进行高压输电，在用电区通过降压变压器降到所需电压三、直流输电当交流输电功率很大时，导线的电感、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网的发电机同步运行，技术上存在困难，所以有些大功率输电线路采用直流输电1判断下列说法的正误(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比()(2)由P可知，输电电压越小，输电线上的电功率损失就越小()(3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压()(4)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1n，

3、降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等()2输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为_答案U22U12一、电能输送中的电压损失和电能损耗如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)那么：(1)用户两端的电压是多大？(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？(3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？答案(1)UUUUr.(2)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能

4、与输电线上损失的电能之和(3)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因功率损失表达式：PI2rr，所以降低功率损耗的两个途径为：减小输电线的电阻r；减小输电电流I，即提高输电电压U.如图1所示：(1)输电线上的电压损失：UUUIrr.(2)输电线上的功率损失：PI2r，其中I为输电线上的电流PUI或P，其中U为输电线上的电压损失图1(3)减少电压损失和功率损失的方法减小输电线的电阻r，根据r，可减小电阻率，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大

5、的困难减小输电电流I，根据I，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的.例1三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？答案(1)2 500 A(2)1.25108 W(3)1 000 A2107 W解析(1)由PUI得I2 500 A(2)输电线

6、上损失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W损失功率与输出功率之比为(3)将电压升高至50万伏时，I1 000 A输电线上损失的功率PI22r1 0002210 W2107 W损失功率与输出功率之比为.例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线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是()A. B.CI2R线 DI(U1U2)答案BCD解析输电线功率损耗P损I2R线IU线，其中U线U1U2，故B、C、D正确提示P损I2rUI.必须注意式中U为输电线路上的电压损失，而不是输电电压二、远距离高压输电电路中的

7、各种关系某发电站向远处送电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案(1)第一个回路：P1U1I1第二个回路：U2UU3，P2PP3I线2RP3第三个回路：P4U4I4(2)、P1P2；、P3P4.解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律1画图、理清三个回路(如图2所示)图2回路1：P1U1I1回路2：U2UU3，P2PP

8、3I22R线P3，I2I3回路3：P4U4I42抓住两个联系(1)理想升压变压器联系回路1和回路2即，P1P2.(2)理想降压变压器联系回路2和回路3即，P3P4.3掌握一个定律根据能量守恒定律得P2PP3.例3发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率答案(1)见解析图(2)219.6 V4.392104 W(3)180 V3.6

9、104 W解析(1)线路示意图如图甲所示(2)由图甲可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2U12 200 V据理想变压器P入P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2 A20 A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损I22R线2020.2 W80 W，U损I2R线200.2 V4 V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为U3U2U损2 200 V4 V2 196 V，I3I220 A.降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为U4U32 196 V219.6 V，I4I31020 A200 A.用户得到的功率为P4U4I4219.6200 W4.392104 W.(3)若直接给用户供电，线路

10、示意图如图乙所示，则输电电流I A200 A.输电线路上的电压损失UIR线2000.2 V40 V.所以用户得到的电压U2U1U220 V40 V180 V.用户得到的功率为PU2I180200 W3.6104 W.针对训练(多选)(2018惠州市东江高级中学高二下学期月考)如图3所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)对整个送电过程，下列说法正确的是()图3A输电线上的损失功率为

11、300 WB升压变压器的匝数比为1100C降压变压器的输入电压为4 970 VD降压变压器的匝数比为1001答案AC解析输电线上损失功率为P损P0.6%50 kW0.6%300 W，A项正确；输电线上的电流为I2 A10 A，升压变压器副线圈两端的电压为U2 V5103 V，由得，B项错误；输电线上损失的电压为U损I2R103 V30 V，降压变压器输入电压为U35 000 V30 V4 970 V，C项正确由得，22.6，D项错误.1(输电线上功率损失的计算)(2017南京市学情调研卷)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海

12、地区为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的()A. B.C. D.答案B解析根据PUI可得I，则输电线路上损失的功率PI2R2R，输送电压提高到原来的10倍，则损失的功率变为原来的，B正确2(输电线上功率损失的计算)(2018江苏单科)采用220 kV高压向远方的城市输电当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为()A55 kV B110 kVC440 kV D880 kV答案C解析输电功率PUI，U为输电电压，I为输电线路中的电流，输电

13、线路损失的功率为P损I2R，R为输电线路的电阻，即P损2R，当输电功率一定时，输电线路损失的功率减小为原来的，则输电电压为原来的2倍，即为440 kV，故选项C正确3(远距离高压输电的分析与计算)(多选)如图4为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的总电阻r、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总功率增大时()图4AU1U2U4U3B用户的电压U4增加C输电线上损失的功率增大D输电线上损耗的功率占总输送功率的比例增大答案ACD解析根据，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故A正确用户用电器总功率增大时，输送功率变大，输电线上的电流增大，根据P损I2r知，输电

14、线上损耗的功率增大，根据UIr知，输电线上的电压损失变大；发电机的输出电压U1不变，则升压变压器的输出电压U2不变，降压变压器的输入电压U3变小，用户的电压U4减小，故B错误，C正确.r，输送电压U2不变，线路电阻r不变，所以损耗功率占总功率比例增大，故D正确4(远距离输电损耗的计算)(2018孝感市高二期中)在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失有一个小型发电站，发电机输出的电功率为P500 kW，当使用U5 kV的电压输电时，测得安装在输电线起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kWh.(1)求输电线上的电流I、输电线的总电阻r和输电线上损失的电压U损(2)若想把损失

15、功率控制为输送功率的1.6%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？输电线上损失的电压是多少？答案(1)100 A20 2 000 V(2)25 kV400 V解析(1)输电线上损失的功率P损 kW200 kW输电线上的电流I100 A由输电线上损失的功率P损I2r得输电线的总电阻r20 输电线上损失的电压U损Ir2 000 V(2)由题意知损失功率P损P1.6%8 kW由P损I2r得输电线上的电流I20 A输送电压U25 kV输电线上损失的电压U损Ir400 V.5(远距离高压输电的分析与计算)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，

16、路端电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为15，两变压器间输电线的总电阻为1.5 ，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器能量损耗，求：(1)升压变压器副线圈两端的电压；(2)输电导线上的功率损失及用户得到的功率；(3)降压变压器原、副线圈的匝数比答案(1)2 500 V(2)60 kW440 kW(3)101解析输电线路原理图如图所示(1)升压变压器副线圈两端的电压U22 500 V.(2)输电导线上的电流I2200 A输电导线上的功率损失P损Ir线60 kW用户得到的功率P用P1P损440 kW(3)输电导线上的电压UI2r线300 V降压变压器原线圈两端的电压U3U2U2

17、 200 V降压变压器原、副线圈的匝数比为101.一、选择题考点一输电线上电压损失和功率损失1(多选)(2017南通市高二上学期调研)如图1为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是()图1A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好答案ABD解析输电线损失的功率P损I2R线，减小I或R线均可减小输电线损失的功率；由I，电压一定，功率增大则电流增大，P损增大；输电过程不一定是电压越高越好，故A、B、D正确2

18、(多选)陕西神木750 kV输变电工程投入运行后，对同一输电线路，相比原来的250 kV输电，下列说法正确的是()A输电线上的电流频率将变为原来的三分之一B输电线上的电流将变为原来的三分之一C输电线上损失的电功率将变为原来的三分之一D输电线上损失的电功率将变为原来的九分之一答案BD解析高压输电不改变交流电的频率，A错误；根据I可知，输电线上的电流变为原来的三分之一，B正确；输电线上损失的电功率PI2r，变为原来的九分之一，C错误，D正确3(2018大连市高二下学期期末)某发电站采用高压输电向外输送电能，若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电线的总电阻为R.则()A输电线上的电压为UB输电线上

19、的电流IC输电线上损失的功率PD输电线上损失的功率P2R答案D解析输送的总功率为P0，输电电压为U，输电线的总电阻为R，则输电线上的电流I，输电线上的电压URIR，A、B错误；输电线上损失的功率PI2R2R，C错误，D正确4(多选)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P；除冰时，输电线上的热耗功率需要变为9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)()A输电电流为3I B输电电流为9IC输电电压为3U D输电电压为U答案AD解析高压线上的热耗功率PI2R线，若热耗功率变为9P，则9PI2R线，可得I

20、3I，A正确；输送功率不变，即PUIUI，得UU，D正确5(多选)(2018聊城市高二下学期期末)如图2所示为远距离交流输电的简化电路图发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则()图2A用户端的电压为B理想变压器的输入功率为I12rC输电线路上损失的电功率为I1UD当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降答案AD解析根据变压器原理：U1I1U2I2，得U2，A正确；理想变压器的输入功率为U1I1UI1I12r；输电线路上损失的电功率为I12r，B、C错误；当用户消耗的功率增大

21、时，输电线上的电流增大，发电厂的输出功率P增大，输电效率100%(1)100%，所以输电效率随着发电厂输出功率P的增大而减小，当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降，D正确考点二远距离高压输电线路的分析与计算6图3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uUmsin t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()图3A. B.C4r22 D4r22答案C解析原线圈两端电压的有效值U1，根据可得U2，又因为T是理想变压器，所以副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P

22、，所以输电线上的电流I，输电线上损失的电功率为PI22r4r22，所以C正确，A、B、D错误7(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，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为R，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，降压变压器副线圈两端交变电压u220sin 100t (V)，降压变压器的副线圈与阻值R011 的电阻组成闭合电路若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是()图4A通过R0的电流有效值是20 AB降压变压器T2原、副线圈的电压比为41C升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输

23、入功率答案ABD解析降压变压器副线圈两端交变电压有效值为 V220 V，负载电阻为11 ，所以通过R0的电流的有效值是20 A，故A正确；因为降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，所以降压变压器T2原、副线圈的电压之比为41，故B正确；由于输电线有电阻，导致降压变压器T2的输入电压低于升压变压器T1的输出电压，故C错误；由于输电线上电阻消耗功率，所以升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率，故D正确8(2018德州市高二下学期期末)如图5所示为远距离输电示意图，线路总电阻为r，发电厂输出电压不变，三个回路的电流依次为I1、I2、I3，两变压器均为理想变压器，左侧变压器输入电压为

24、U1，输出电压为U2；右侧变压器输入电压为U3，输出电压为U4，以下选项错误的是()图5A若用户消耗的功率增大，I2随之增大B若用户消耗的功率增大，U4随之增大CU2U3I2rDU1I1I22rU4I3答案B解析若用户消耗的功率增大，则I3会变大，则由变压器匝数比等于电流比的倒数可知，I2随之增大，输电线r上的电压变大，则U3减小，U4减小，选项A正确，B错误；由串联电路的特点可知：U2U3I2r，选项C正确；由能量关系可知：U1I1I22rU3I2I22rU4I3，选项D正确9(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图6所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈

25、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220 V的用电器正常工作，则()图6A.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答案AD解析由于输电线上有电压损失，故升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，故选项C错误；由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D正确；，因为U1200 VU3U2U线，故，选项A正确，B错误10(多选)图7甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器升压变压器原、副线圈匝数比为1100，其输入电压如图乙所示，远距

26、离输电线的总电阻为100 .降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为热敏电阻，当温度升高时其阻值变小电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)未发生火情时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的是()图7A降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 HzB未发生火情时，远距离输电线路损耗功率为180 kWC当R2所在处发生火情时，电压表V的示数变大D当R2所在处发生火情时，输电线上的电流变大答案AD解析由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，变压器不改变交流电的频率，A正确；由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为250 V，根据升

27、压变压器变压规律知副线圈两端电压为25 000 V，所以输电线中的电流为I30 A，输电线路损失的电压为UIR30100 V3 000 V，输电线路损耗功率为PIU90 kW，B错误；当R2所在处发生火情时其阻值减小，副线圈中电流增大，根据降压变压器变流规律知输电线上的电流变大，输电线上的分压增大，降压变压器两端的电压变小，根据降压变压器变压规律和串联分压，R1两端电压增大，故电压表V的示数变小，C错误，D正确11(多选)某个小水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的电压为250 V，通过升压变压器向远处输电，输电线的总电阻为8 ，在用户端用降压变压器把电压降为220 V要求在输电线上损

28、失的功率控制为5 kW，则()A输电线上通过的电流为25 AB升压变压器输出的电压为40 kVC升压变压器原、副线圈的匝数比为116D降压变压器原、副线圈的匝数比为19011答案ACD解析输电线上损失的功率为5 kW，输电线的总电阻为8 ，则通过输电线的电流为25 A，A正确；升压变压器的输出功率为100 kW，而电流为25 A，因此升压变压器的输出电压为4 kV，B错误；升压变压器的原、副线圈之比为电压之比，为116，C正确；输电线上损失的电压为200 V，故降压变压器的输入电压为4 000 V200 V3 800 V，降压变压器的原、副线圈之比为电压之比，为19011，D正确12(多选)(

29、2018枣庄市第八中学高二下学期期末)如图8所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线总电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光则下列说法正确的是()图8A仅闭合开关S，灯L1会变亮B仅闭合开关S，r消耗的功率会变大C仅将滑片P下移，电流表的示数会变大D仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小答案BC解析仅闭合S，则用户端消耗功率增大，T2副线圈中电流增大，T2原线圈中电流也增大，则输电线r上损失的电压和功率增大，则T2输入电压UT2初UT1次Ir减小，灯泡两端电压UT2次减小，故灯泡会变暗，故A错误

30、，B正确；仅将滑片P下移，T1副线圈匝数增大，则输出电压增大，T2的输入电压增大，灯泡两端电压也增大，T2副线圈中电流变大，则T2原线圈中电流变大，则输电线r消耗的功率会变大，变压器T1副线圈中电流变大，则原线圈中电流也变大，即电流表的示数会变大，故C正确，D错误二、非选择题13交流发电机两端电压是220 V，输出功率为4 400 W，输电导线总电阻为2 .试求：(1)用户得到的电压和功率各多大？输电损失功率多大？(2)若发电机输出端用匝数比为110的升压变压器升压后，经同样输电导线输送，再用匝数比为101的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和功率又是多大？答案(1)180 V3 60

31、0 W800 W(2)219.6 V4 392 W解析(1)如图所示，由PIU得：I A20 A由UU用IR得，用户得到的电压为U用UIR220 V202 V180 V输电损失功率为P损I2R2022 W800 W由PP用P损得，用户得到的功率为P用PP损4 400 W800 W3 600 W(2)输电线路示意图如图所示根据理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数成正比可得：，解得U2 V2 200 V因理想变压器不改变功率，即P2P，所以I22 AU3U2I2R2 200 V22 V2 196 V由得：降压变压器副线圈两端电压U4 V219.6 V用户得到的功率等于发电机的输出功率减去输电线上损

32、失的功率，即P4P3P2I22RPI22R4 392 W.14.风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图9所示的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，输电线总电阻为10 .若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：图9(1)画出此输电线路的示意图；(2)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(3)用户得到的电功率答案(1)见解析图(2)12024011(3)96 kW解析(1)如图所示(2)输电线损失的功率P损P4%100 kW4%4 kW.输电线电流I2 A20 A.升压变压器输出电压U2 V5103 V.升

33、压变压器原、副线圈匝数比：.电压损失U损I2R线2010 V200 V.降压变压器原线圈两端电压U3U2U损4 800 V.降压变压器原、副线圈匝数比.(3)用户得到的电功率P用PP损96 kW.15(2018三明市高二下学期期末)北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念，作为北京奥运会主场之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统在有太阳照射时的直接输出功率为1105 W，该发电系统的输出电压为250 V，现向远处输电，示意图如图10，所用输电线的总电阻为8 ，升压变压器原、副线圈匝数比为116，求：图10(1)输电线损耗的电功率；(2)若用户获得220 V电压，则降压变压器原、副线圈的匝数比答案(1)5 000 W(2)解析(1)升压变压器原线圈中的电流I1得I1400 A根据理想变压器原副线圈中电流关系得升压变压器副线圈中的电流I225 A输电线上损失的电功率PI22r5 000 W(2)升压变压器副线圈两端的功率P2U2I2解得U24 000 V输电线上损失的电压UI2r200 V降压变压器原线圈两端的电压U3U2U3 800 V根据理想变压器的变压规律，得降压变压器原、副线圈的匝数比.- 19 -