3.4 电能的输送-2024-2025学年高二物理同步讲练（人教版2019选择性必修第二册）

3.4 电能的输送 （1）了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径，会用相关知识解释实际的输电问题。 （2）经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模型的思维方法。 （3）理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的萤要发展。 知识点一　输电线上的电压和功率损失 【情境导入】假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r.在图中，输电线的电阻集中画为一个电阻r. (1)怎样计算输电线路损失的功率？ (2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？ (3)通过对第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？ (4)怎样计算用户消耗的功率P？ (5)在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？ 答案　(1)输电线路损失的功率P损＝I2r. (2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，则损失的功率减为原来的二分之一；在线路电阻不变的情况下，当电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的四分之一． (3)由第(2)问可知，减小电流对于降低输电线路损耗更为有效． (4)用户消耗的功率P＝UI. (5)由P＝UI可知I＝，所以在保证电功率不变的前提下，提高输电电压，可减小输电电流． 【知识梳理】 一、输送电能的基本要求 1．可靠：指保证供电线路可靠地工作，故障少． 2．保质：保证电能的质量——电压和频率稳定． 3．经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 二、降低输电损耗的两个途径 1．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻． 2．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积． (2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压． 【重难诠释】 1．输电线路的电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻． 2．输电线路的功率损失 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r. (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I. 3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R＝ρ可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻． (2)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. [例题1] （2024•罗湖区校级模拟）家庭用电一般由国家电网交变电流供电，下列相关说法正确的是（　　） A．大小随时间变化的电流就是交变电流 B．交流电压表测量的是交流电的峰值 C．远距离输电时使用高压输电，目的是为了减小输电线的电流来降低输电损耗 D．理想变压器原、副线圈中的功率之比等于原、副线圈的匝数之比 【解答】解：A、根据交变电流的定义可知，交变电流是大小和方向随时间作周期性变化的电流，故A错误； B、交流电压表测量的是交流电的有效值，故B错误； C、根据P线损＝I2R线R线可知，在输电功率不变时，远距离输电时使用高压输电，目的是为了减小输电线的电流来降低输电损耗，故C正确； D、理想变压器不计电能损耗，原、副线圈中的功率相等，故D错误。 故选：C。 [例题2] （2024春•海口期末）如图所示，是远距离输电示意图，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电线路的总电阻为R，下列说法正确的是（　　） A．T1输出电压等于T2输入电压 B．T1输出功率等于T2输入功率 C．若用户接入的用电器增多，则R消耗的功率增大 D．若用户接入的用电器增多，则T2输出功率减小 【解答】解：AB、由于输电过程中电阻R会产生热量，会损失功率，故T1输出功率大于T2输入功率；T1输出电压大于T2输入电压，故AB错误； C、由于输入电压不变。所以变压器T1的输出变压不变，随着用户接入的用电器增多，导致用户端的等效电阻变小，则电流变大，根据P＝I2R，可知R功率增大，故C正确； D、用户接入电路的用电器越多，用电器消耗功率增大，即T2输出功率增大，故D错误。 故选：C。 知识点二　远距离高压输电过程的分析与计算 【情境导入】 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：P1＝U1I1 第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR＋P3 第三个回路：P4＝U4I4。 (2)＝、＝、P1＝P2；＝、＝、P3＝P4。 【知识梳理】 电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压． 2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络． 3．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益． (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． 【重难诠释】 解决远距离高压输电问题的基本方法 1．首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置． 2．理清三个回路： 回路1：P1＝U1I1 回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3 回路3：P4＝U4I4. 3．常用关系 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4. (2)电压关系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝. (3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝. (4)输电电流：I线＝＝＝. (5)输电线上损耗的电功率： ΔP＝P2－P3＝I线2 R线＝＝ΔU·I线． (6)输电线上的电压损失： ΔU＝I线R线＝U2－U3. (7)输电效率η＝×100%. [例题3] （2024春•渝北区校级期中）如图所示，一小型水电站，输出的电功率为P＝20kW，输出电压U0＝400V，经理想升压变压器T1变为2000V电压远距离输送，输电线总电阻为r＝10Ω，最后经理想降压变压器T2降为220V向用户供电。下列说法正确的是（　　） A．变压器T1的匝数比1：10 B．变压器T2的匝数比为10：1 C．输电线上的电流为10A D．输电线上损失的电压为500V 【解答】解：A、已知升压变压器T1的输出电压U2＝2000V，而输入电压为U1＝U0＝400V，由原副线圈电压之比等于匝数之比，则变压器T1的匝数比 n1：n2＝U1：U2＝400：2000＝1：5，故A错误； C、水电站输出的电功率为P0＝20kW，则输电线上的电流为，即，故C正确； D、输电线上损失的电压为U损＝I2r＝10×10V＝100V，故D错误； B．降压变压器T2的输入电压等于升压变压器的输出电压减去导线损失的电压，即为 U3＝U2﹣U损＝2000V﹣100V＝1900V 则变压器T2的匝数比n3：n4＝U3：U4＝1900：220＝95：11，故B错误。 故选：C。 [例题4] （2024春•南开区期末）2023年10月，国内某品牌发布全液冷超级充电桩，可实现“一秒一公里”的充电速度。总电源到充电桩的简化电路图如图所示。已知总电源输出频率为50Hz的正弦式交流电，升压变压器原线圈两端电压U1＝500V，输电线的总电阻r＝25Ω，降压变压器的匝数比n3：n4＝15：1，变压器均视为理想变压器。若给汽车充电时该充电桩获得的电压U4＝1000V，功率为600kW，下列说法正确的是（　　） A．流经充电桩电流的最大值为600A B．输电线的总电阻r消耗的功率为40kW C．升压变压器副线圈的电压为15000V D．升压变压器的匝数比n1：n2＝1：24 【解答】解：A、流经充电桩电流：，电源为正弦式交流电，所以流经充电桩电流的最大值为：，故A错误； B、降压变压器的匝数比n3：n4＝15：1，设输电线上的电流为I3，则有：，可得：I3＝40A 则输电线的总电阻r消耗的功率为：，故B正确； C、升压变压器副线圈的功率：P1＝P+P损＝600kW+40kW＝640kW，则升压变压器副线圈电压：16000V，故C错误； D、升压变压器的匝数比n1：n2＝U1：U2＝500：16000＝1：32，故D错误。 故选：B。 [例题5] （2024春•天津期末）如图所示，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ΔP；除冰时，需要将输电线上热耗功率增大至16ΔP，设输电功率和输电线电阻不变，则除冰时需将（　　） A．输电电压变为 B．输电电压变为4U C．输电电流变为16I D．输电电流变为 【解答】解：根据题意和ΔP＝I2R（R为输电线电阻）可知，要使输电线上的热耗功率变为16ΔP，则除冰时的输电电流4I，再根据输送功率不变P＝UI＝U′I′得U，故A正确，BCD错误； 故选：A。 [例题6] （2024•和平区二模）“西电东送”是国家重大工程。如图为某水电站远距离输电的原理图，发电厂输出的电压恒为U，通过升压变压器将电压升高至kU向远处输电，在用户端用降压变压器把电压仍降为U供用户使用，下列说法正确的是（　　） A．降压变压器原线圈匝数为副线圈匝数的k倍 B．若用户功率增大，则输电线上损失的功率也增大 C．若用户功率增大，升压变压器的输出电压也增大 D．若用户功率增大，降压变压器的输出电压也增大 【解答】解：A，升压变压器，副线圈匝数是原线圈匝数的k倍，但是由于输电线存在损耗，则降压变压器处原线圈电压比kU小，如果还是按照原副线圈k：1，则得到的电压也小于U，故A错误。 B，当用户功率增大时，电流变大，输电线的电流增大，P＝I2R，输电线损失功率增大，故B正确。 C，用户功率增大，升压变压器的输出电压不会受到影响。仍然是kU，故C错误。 D，用户功率增大，则用户的电流变大，输电线上的电流变大，输电线损耗的功率变大，则降压变压器输出电压会减小，故D错误。 故选：B。 [例题7] （2024•河北二模）如图所示为远距离输电的示意图，图中的K1为升压变压器，K2为降压变压器，变压器的原线圈接电压恒定的交流电源。为了提高输电效率，在输电电路中接入整流器（将交流整流为直流）和逆变器（将直流逆变为交流），用户增多时相当于滑动变阻器的滑动触头P向上滑动，则下列说法正确的是（　　） A．用户得到的是交流电 B．高压输电的目的是为了增加输电电流 C．用户增多时，输电电流减小 D．用户增多时，输电线上损失的电压减小 【解答】解：A、由变压器的工作原理可知，变压器只能改变交流电的电压，变压器原线圈的电压为交流电，所以电流到达降压变压器前接入的为逆变器，即将直流变为交流，用户得到的是交流电，故A正确； B、高压输电的目的是为了减小输电上能耗，即减小输电线上电流，故B错误； C、用户增多时，消耗的总功率增大，则降压变压器副线圈的电流增大，由变压器的工作原理可知，输电电流增加，故C错误； D、由ΔU＝Ir可知，用户增多时，输电电流增加，输电线上损失的电压增大，故D错误。 故选：A。 [例题8] （2024•湛江二模）一台交流发电机输出的电能经过升压变压器升压、远距离输送、降压变压器降压后，再给用户使用。因为线路损耗，用户端获得的电压不足，下列改进方案最科学且经济的是（　　） A．仅增加升压变压器原线圈的匝数 B．仅增加升压变压器副线圈的匝数 C．仅增加降压变压器原线圈的匝数 D．仅增加降压变压器副线圈的匝数 【解答】解：AB、根据可知，要使用户端获得的电压升高，可以增加升压变压器副线圈的匝数，从而使输电电压升高，到降压变压器后再降压，用户得到的电压就会升高，故A错误，B正确； CD、根据可知，也可以增加降压变压器副线圈的匝数，使得用户端得到的电压升高，用户电流增大，输电线电流增大，输电线上的功率损耗比前一种方式大，不经济环保，故CD错误。 故选：B。 [例题9] （2024春•荔湾区校级期中）特高压交流输电具有输电容量大、距离远、损耗低、占地少等突出优势。用特高压远距离输送一定功率的交流电，若输电线上损失的电压减小为原来的0.5倍，则（　　） A．输电电压升高为原来的2倍 B．输电电压降低为原来的0.5倍 C．输电线上的电能损失变为原来的0.5倍 D．用户得到的电功率增大为原来的2倍 【解答】解：AB、若输电线上损失的电压减小为原来的0.5倍，由ΔU＝Ir可知输电线上的电流变为原来的。输送功率一定，由P＝UI可知，输电电压升高为原来的2倍，故A正确，B错误； C、输电线上的电流变为原来的，由ΔP＝I2r可知，输电线上的电能损失变为原来的0.25倍，故C错误； D、用户得到的电功率为总功率与输电线损失功率的差值，不可能增大为原来的2倍，故D错误。 故选：A。 1. （2024•朝阳区一模）某发电厂原来用11kV的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220kV输电，输入功率都是P。若输电线路的电阻为R，变压器为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．根据公式U＝IR，提高电压后输电线上的电压损失变为原来的20倍 B．根据公式，提高电压后输电线上的电流增大为原来的20倍 C．根据公式，提高电压后输电线上的功率损失减小为原来的 D．根据公式，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍 【解答】解：B.根据公式P＝UI可知，设原来的电流为I，升压后的电路电流为I，故B错误； A.升压后损失的电压为U损IR，即为原来的，故A错误； CD.根据公式有P损＝（I）2RI2R，电功率的损失是原来的，故C正确，D错误。 故选：C。 2. （2024•南明区校级一模）我国的现代特高压技术以其强大的输电能力和高效能源传输，在全球能源领域中占据了越来越重要的地位。A、B两地用1000kV特高压输电。若不政变输送功率，仅换用200kV的高压输电，也不考虑其他因素的影响。则下列描述正确的是（　　） A．换电压后，输电电流变为原来的5倍 B．换电压后，输电电流变为原来的 C．换电压后，输电线上损耗的电功率变为原来的 D．换电压后，输电线上损耗的电功率变为原来的5倍 【解答】解：AB、根据输送电功率P输＝U输I输，以及P输不变可知，输电电流，所以当输电电压U输变为原来的时，输电电流I输变为原来的5倍，故A正确，B错误； CD、输电线上损耗的电功率，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的25倍，故C、D错误。 故选：A。 3. （2023秋•黄冈期末）如图所示为远距离输电示意图，某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V．通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为R＝8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V．要求在输电线上损失的功率控制为5kW（即用户得到的功率为95kW）。下列说法正确的是（　　） A．输电线上通过的电流为400A B．降压变压器的输入电压为4000V C．升压变压器的匝数比为 D．降压变压器的匝数比为 【解答】解：A、根据可得I2＝25A，故A错误； B、输电线路上损失的电压ΔU＝I2R＝25×8V＝200V 升压变压器副线圈两端的电压 故降压变压器原线圈两端的电压为U3＝U2﹣ΔU＝4000V﹣200V＝3800V，故B错误； C、升压变压器的匝数比为，故C正确； D、降压变压器的匝数比为，故D错误； 故选：C。 4. （多选）（2024春•滨州期末）随着科技发展，我国用电量也日趋增加，风力发电绿色环保，截止到2024年5月，我国风电装机5亿千瓦，成为发电主流之一。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图，发电机线圈面积S＝0.5m2、匝数N＝100匝、电阻不计，处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，线圈绕垂直磁场的水平轴匀速转动，转速n＝25r/s。升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2＝5：48，输出功率为24kW，降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻R＝20Ω，变压器均为理想变压器，用户端工作电压为220V。下列说法正确的是（　　） A．升压变压器副线圈两端电压为 B．用户获得的功率为22kW C．降压变压器原、副线圈匝数比n3：n4＝10：1 D．保持输出功率不变，减小升压变压器副线圈的匝数，输电线R上消耗的功率会减小 【解答】解：A．根据ω＝2πn可知，线圈转动的加速度为 ω＝50πrad/s 则线圈中产生的电动势的最大值为 Em＝NBSω 由于线圈电阻不计，则升压变压器原线圈的输入电压为 解得U1＝250V 根据变压器原副线圈匝数比等于电压比，可得，副线圈的电压为 解得U2＝2400V 故A错误； B．升压变压器副线圈的电流为 两变压器间的输电线上损失的功率为 解得ΔP＝2000W＝2kW 用户获得的功率为 P4＝P3＝P2﹣ΔP 解得P4＝22kW 故B正确； C．降压变压器原线圈的电流为 I3＝I2＝10A 副线圈中的电流为 降压变压器原、副线圈匝数比 解得n3：n4＝10：1 故C正确； D．保持输出功率不变，减小升压变压器副线圈的匝数，则升压变压器的输出电压减小，输电线上的电流增大，输电线R上消耗的功率会增大，故D错误。 故选：BC。 5. （多选）（2024春•福州期末）某风力发电机的输出电压为2500V，用户得到的电功率为142.5kW，用户得到的电压是220V，输电线的电阻为75Ω，输电线路如图所示。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的5%，变压器均视为理想变压器，已知降压变压器副线圈匝数为110匝，则下列说法正确的是（　　） A．风力发电机的输出功率为150kW B．通过输电线的电流为5A C．升压变压器副线圈匝数是原线圈匝数的6倍 D．降压变压器原线圈匝数为7125匝 【解答】解：A．用户得到的电功率 P用＝P﹣P损＝P×（1﹣5%）＝142.5kW 解得 P＝150kW 故A正确； B．输电线损失的功率 P损＝P×5%＝150×5%kW＝7.5kW 通过输电线的电流 故B错误； C．升压变压器的输出电压 根据升压变压器原、副线圈的匝数之比可知 故C正确； D．输电线上的电压损失U损＝I2r＝10×75V＝750V 则U3＝U2﹣U损＝15000V﹣750V＝14250V 根据 解得n3＝7125匝 故D正确。 故选：ACD。 6. （多选）（2024春•厦门期末）如图所示为某发电厂远距离输电的简化电路图，升压变压器与降压变压器视为理想变压器，电表均为理想电表，发电厂的输出电压U和输电线的电阻R均不变，随着发电厂输出功率的增大，则（　　） A．Ⓥ示数变大 B．Ⓐ示数变大 C．输电线上损失的功率增大 D．用户得到的电压增大 【解答】解：A、发电厂的输出电压U不变，升压变压器原副线圈的匝数不变，由，可知升压变压器副线圈的电压U2不变，电压表测得是副线圈电压，所以电压表示数不变，故A错误； BC、发电厂输出功率P增大，U2不变，由P＝U2I2可知输电线电流I2增大，输电线的电阻R不变，由可知输电线上损失的功率增大， 降压变压器原线圈中电流I3＝I2，变压器匝数不变，由可知降压变压器副线圈的电流I4增大，即电流表的示数增大，故BC正确； D、由ΔU＝I2R可知输电线上的电压ΔU增大，U2不变，由U2＝ΔU+U3，可知降压变压器原线圈电压U3减小，由，可知降压变压器副线圈电压U4减小，即用户得到的电压减小，故D错误。 故选：BC。 7. （2024春•沙坪坝区校级月考）某小型水电站的电能输送示意图如图所示，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＝50Ω，升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为1：5，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为5：1，降压变压器副线圈两端交变电压u＝220sin（100πt）V，降压变压器的副线圈与阻值R0＝22Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器，求： （1）输电线上损失的功率； （2）发电机输出电压的有效值。 【解答】解：（1）降压变压器的原、副线圈电压分别为U3、U4得 U4220V A＝10A 由理想变压器电压与匝数之比的关系有 得 U3＝5U4＝5×220V＝1100V 由理想变压器电流与匝数之比的关系有 10A＝2A 根据功率的公式有 22×50W＝200W （2）升压变压器原、副线圈电压为U1、U2 U2＝U3+IR•R 由 得 解得U1＝240V 答：（1）输电线上损失的功率为200W； （2）发电机输出电压的有效值为240V。 8. （2024春•常州期中）如图所示，某小型发电站发电机输出的交变电压为300V，输出的电功率为60kW，用电阻为10Ω的输电线向远处输电，要求输电线上损失的功率为输出电功率的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220V供用户使用（两个变压器均为理想变压器）。求： （1）输电线上的电流I2及U2； （2）降压变压器原、副线圈的匝数比为多少。（结果用分数表示） 【解答】解：（1）升压变压器输出功率P1＝60kW＝60000W，根据P＝UI可得，升压变压器原线圈电流为 输电线上损失的功率P损＝P1×0.6%＝60000×0.6%W＝360W，又因为，代入R＝10Ω，解得I2＝6A，根据一组原线圈和一组副线圈组成的变压器的规律有，可得 又，代入U1＝300V，解得U2＝1×104V （2）降压变压器原线圈电压为U3＝U2﹣I2R＝10000V﹣6×10V＝9940V 可得 答：（1）输电线上的电流I2为6A，U2为1×104V； （2）降压变压器原、副线圈的匝数比为。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.4 电能的输送 （1）了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径，会用相关知识解释实际的输电问题。 （2）经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模型的思维方法。 （3）理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的萤要发展。 知识点一　输电线上的电压和功率损失 【情境导入】假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r.在图中，输电线的电阻集中画为一个电阻r. (1)怎样计算输电线路损失的功率？ (2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？ (3)通过对第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？ (4)怎样计算用户消耗的功率P？ (5)在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？ 【知识梳理】 一、输送电能的基本要求 1．可靠：指保证供电线路可靠地工作，故障少． 2．保质：保证电能的质量——电压和频率稳定． 3．经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 二、降低输电损耗的两个途径 1．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻． 2．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积． (2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压． 【重难诠释】 1．输电线路的电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻． 2．输电线路的功率损失 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r. (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I. 3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R＝ρ可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻． (2)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. [例题1] （2024•罗湖区校级模拟）家庭用电一般由国家电网交变电流供电，下列相关说法正确的是（　　） A．大小随时间变化的电流就是交变电流 B．交流电压表测量的是交流电的峰值 C．远距离输电时使用高压输电，目的是为了减小输电线的电流来降低输电损耗 D．理想变压器原、副线圈中的功率之比等于原、副线圈的匝数之比 [例题2] （2024春•海口期末）如图所示，是远距离输电示意图，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电线路的总电阻为R，下列说法正确的是（　　） A．T1输出电压等于T2输入电压 B．T1输出功率等于T2输入功率 C．若用户接入的用电器增多，则R消耗的功率增大 D．若用户接入的用电器增多，则T2输出功率减小 知识点二　远距离高压输电过程的分析与计算 【情境导入】 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？ 【知识梳理】 电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压． 2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络． 3．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益． (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． 【重难诠释】 解决远距离高压输电问题的基本方法 1．首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置． 2．理清三个回路： 回路1：P1＝U1I1 回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3 回路3：P4＝U4I4. 3．常用关系 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4. (2)电压关系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝. (3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝. (4)输电电流：I线＝＝＝. (5)输电线上损耗的电功率： ΔP＝P2－P3＝I线2 R线＝＝ΔU·I线． (6)输电线上的电压损失： ΔU＝I线R线＝U2－U3. (7)输电效率η＝×100%. [例题3] （2024春•渝北区校级期中）如图所示，一小型水电站，输出的电功率为P＝20kW，输出电压U0＝400V，经理想升压变压器T1变为2000V电压远距离输送，输电线总电阻为r＝10Ω，最后经理想降压变压器T2降为220V向用户供电。下列说法正确的是（　　） A．变压器T1的匝数比1：10 B．变压器T2的匝数比为10：1 C．输电线上的电流为10A D．输电线上损失的电压为500V [例题4] （2024春•南开区期末）2023年10月，国内某品牌发布全液冷超级充电桩，可实现“一秒一公里”的充电速度。总电源到充电桩的简化电路图如图所示。已知总电源输出频率为50Hz的正弦式交流电，升压变压器原线圈两端电压U1＝500V，输电线的总电阻r＝25Ω，降压变压器的匝数比n3：n4＝15：1，变压器均视为理想变压器。若给汽车充电时该充电桩获得的电压U4＝1000V，功率为600kW，下列说法正确的是（　　） A．流经充电桩电流的最大值为600A B．输电线的总电阻r消耗的功率为40kW C．升压变压器副线圈的电压为15000V D．升压变压器的匝数比n1：n2＝1：24 [例题5] （2024春•天津期末）如图所示，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ΔP；除冰时，需要将输电线上热耗功率增大至16ΔP，设输电功率和输电线电阻不变，则除冰时需将（　　） A．输电电压变为 B．输电电压变为4U C．输电电流变为16I D．输电电流变为 [例题6] （2024•和平区二模）“西电东送”是国家重大工程。如图为某水电站远距离输电的原理图，发电厂输出的电压恒为U，通过升压变压器将电压升高至kU向远处输电，在用户端用降压变压器把电压仍降为U供用户使用，下列说法正确的是（　　） A．降压变压器原线圈匝数为副线圈匝数的k倍 B．若用户功率增大，则输电线上损失的功率也增大 C．若用户功率增大，升压变压器的输出电压也增大 D．若用户功率增大，降压变压器的输出电压也增大 [例题7] （2024•河北二模）如图所示为远距离输电的示意图，图中的K1为升压变压器，K2为降压变压器，变压器的原线圈接电压恒定的交流电源。为了提高输电效率，在输电电路中接入整流器（将交流整流为直流）和逆变器（将直流逆变为交流），用户增多时相当于滑动变阻器的滑动触头P向上滑动，则下列说法正确的是（　　） A．用户得到的是交流电 B．高压输电的目的是为了增加输电电流 C．用户增多时，输电电流减小 D．用户增多时，输电线上损失的电压减小 [例题8] （2024•湛江二模）一台交流发电机输出的电能经过升压变压器升压、远距离输送、降压变压器降压后，再给用户使用。因为线路损耗，用户端获得的电压不足，下列改进方案最科学且经济的是（　　） A．仅增加升压变压器原线圈的匝数 B．仅增加升压变压器副线圈的匝数 C．仅增加降压变压器原线圈的匝数 D．仅增加降压变压器副线圈的匝数 [例题9] （2024春•荔湾区校级期中）特高压交流输电具有输电容量大、距离远、损耗低、占地少等突出优势。用特高压远距离输送一定功率的交流电，若输电线上损失的电压减小为原来的0.5倍，则（　　） A．输电电压升高为原来的2倍 B．输电电压降低为原来的0.5倍 C．输电线上的电能损失变为原来的0.5倍 D．用户得到的电功率增大为原来的2倍 1. （2024•朝阳区一模）某发电厂原来用11kV的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220kV输电，输入功率都是P。若输电线路的电阻为R，变压器为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．根据公式U＝IR，提高电压后输电线上的电压损失变为原来的20倍 B．根据公式，提高电压后输电线上的电流增大为原来的20倍 C．根据公式，提高电压后输电线上的功率损失减小为原来的 D．根据公式，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍 2. （2024•南明区校级一模）我国的现代特高压技术以其强大的输电能力和高效能源传输，在全球能源领域中占据了越来越重要的地位。A、B两地用1000kV特高压输电。若不政变输送功率，仅换用200kV的高压输电，也不考虑其他因素的影响。则下列描述正确的是（　　） A．换电压后，输电电流变为原来的5倍 B．换电压后，输电电流变为原来的 C．换电压后，输电线上损耗的电功率变为原来的 D．换电压后，输电线上损耗的电功率变为原来的5倍 3. （2023秋•黄冈期末）如图所示为远距离输电示意图，某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V．通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为R＝8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V．要求在输电线上损失的功率控制为5kW（即用户得到的功率为95kW）。下列说法正确的是（　　） A．输电线上通过的电流为400A B．降压变压器的输入电压为4000V C．升压变压器的匝数比为 D．降压变压器的匝数比为 4. （多选）（2024春•滨州期末）随着科技发展，我国用电量也日趋增加，风力发电绿色环保，截止到2024年5月，我国风电装机5亿千瓦，成为发电主流之一。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图，发电机线圈面积S＝0.5m2、匝数N＝100匝、电阻不计，处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，线圈绕垂直磁场的水平轴匀速转动，转速n＝25r/s。升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2＝5：48，输出功率为24kW，降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻R＝20Ω，变压器均为理想变压器，用户端工作电压为220V。下列说法正确的是（　　） A．升压变压器副线圈两端电压为 B．用户获得的功率为22kW C．降压变压器原、副线圈匝数比n3：n4＝10：1 D．保持输出功率不变，减小升压变压器副线圈的匝数，输电线R上消耗的功率会减小 5. （多选）（2024春•福州期末）某风力发电机的输出电压为2500V，用户得到的电功率为142.5kW，用户得到的电压是220V，输电线的电阻为75Ω，输电线路如图所示。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的5%，变压器均视为理想变压器，已知降压变压器副线圈匝数为110匝，则下列说法正确的是（　　） A．风力发电机的输出功率为150kW B．通过输电线的电流为5A C．升压变压器副线圈匝数是原线圈匝数的6倍 D．降压变压器原线圈匝数为7125匝 6. （多选）（2024春•厦门期末）如图所示为某发电厂远距离输电的简化电路图，升压变压器与降压变压器视为理想变压器，电表均为理想电表，发电厂的输出电压U和输电线的电阻R均不变，随着发电厂输出功率的增大，则（　　） A．Ⓥ示数变大 B．Ⓐ示数变大 C．输电线上损失的功率增大 D．用户得到的电压增大 7. （2024春•沙坪坝区校级月考）某小型水电站的电能输送示意图如图所示，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＝50Ω，升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为1：5，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为5：1，降压变压器副线圈两端交变电压u＝220sin（100πt）V，降压变压器的副线圈与阻值R0＝22Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器，求： （1）输电线上损失的功率； （2）发电机输出电压的有效值。 8. （2024春•常州期中）如图所示，某小型发电站发电机输出的交变电压为300V，输出的电功率为60kW，用电阻为10Ω的输电线向远处输电，要求输电线上损失的功率为输出电功率的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220V供用户使用（两个变压器均为理想变压器）。求： （1）输电线上的电流I2及U2； （2）降压变压器原、副线圈的匝数比为多少。（结果用分数表示） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$