3.3.4 远距离输电问题(课件PPT)-【新高考方案】2025年高考物理二轮复习专题增分方略

主题(四)　远距离输电问题 1.(2024·广西河池一模)输电能耗演示 电路如图所示。左侧理想变压器原、副线 圈匝数比为1∶4,输入电压有效值为9 V的正弦式交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为4 Ω,负载R的阻值为8 Ω。右侧理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R消耗的功率为P。以下计算结果正确的是 (　　) A.P=16 W B.P=32 W C.P=64 W D.P=72 W √ 典题集训 解析:根据题意可知,升压变压器原线圈两端的电压为U1=9 V,根据原、副线圈电压与匝数的关系=,所以升压变压器副线圈两端的电压为U2=36 V,在输电回路与用电回路中,有U2=U3+I2r,==, U4=I4R,==,联立可得I4=2 A,所以P=R=32 W,故选B。 2.(2023·山东高考)某节能储能输电网络如图所示,发电机的输出电压U1=250 V,输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4=50∶1,输电线总电阻R=62.5 Ω。其余线路电阻不计,用户端电压U4=220 V,功率88 kW,所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是 (　　) A.发电机的输出电流为368 A B.输电线上损失的功率为4.8 kW C.输送给储能站的功率为408 kW D.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶44 √ 解析:对发电机端,由P1=U1I1得,I1=2 000 A,故A错误;对用户端由P4=U4I4得,I4=400 A,对降压变压器由=得,I3=8 A,对输电线由P损=R得,P损=4 kW,故B错误;由能量守恒定律得P1=P损+P4+P5,解得P5=408 kW,故C正确;对降压变压器由=得,U3=11 000 V,对输电线有U损=I3R= 500 V,则U2=U3+U损=11 500 V,对升压变压器有==,故D错误。 3.(2024·山东泰安一模)如图所示为某发电站输电示意图,发电机输出电压恒定,变压器均为理想变压器,在输电线路的起始端接入甲、乙两个理想互感器,甲、乙两互感器原副线圈的匝数比分别为200∶1和1∶20,降压变压器原副线圈匝数比为200∶1,电压表的示数为220 V,电流表的示数为5 A,输电线路总电阻r=20 Ω。则下列说法正确的是 (　　) A.互感器甲中圈内接入电流表,互感器乙中圈内接入电压表 B.输电线路上损耗的功率约占输电总功率的6% C.用户端的电压U4为200 V D.用电高峰相对平时用电时,用户端的电压偏小 √ 解析:互感器甲并联在零、火线上,是电压互感器,所以互感器甲中圈内接入电压表,互感器乙串联在电路中,是电流互感器,所以互感器乙中圈内接入电流表,故A错误;电流表的示数为5 A,互感器乙原、副线圈的匝数比为1∶20,则输电线路上电流I=100 A,输电线路上损耗的功率P损=I2r=200 kW,电压表的示数为220 V,互感器甲原、副线圈的匝数比为200∶1,则升压变压器输出电压U2=44 000 V,输电总功率P=U2I=4 400 kW, 则输电线路上损耗的功率约占输电总功率的=×100%≈4.5%,故B错误;降压变压器初级电压U3=44 000 V-100×20 V=42 000 V,用户端的电压U4==210 V,故C错误;用户使用的用电设备越多,降压变压器副线圈电流越大,输电线电流越大,输电线损失电压越大,降压变压器输入电压越小,降压变压器输出电压越小,故D正确。 远距离输电的三个回路、两个关系、一个守恒 归纳建模 三个 回路 两个 关系 ①功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3 ②电压、电流关系:==,==,U2=ΔU+U3,I2=I3=I线 一个 守恒 能量守恒关系式:P1=P损+P4 续表 主题作业评价 1 2 3 4 5 6 1.(2024·陕西榆林一模)近年来进行了农村电网改造,为了减少远距离输电线路上的电能损耗,下列说法正确的是 (　　) 6 A.应增大输电线的电阻R线 B.应采用高压输电,减小输电电流I输 C.应降低输电电压U端,增大输电电流I输 D.应降低输电电压U端,减小输电电流I输 1 2 3 4 5 √ 6 解析:在输电功率P输一定的情况下,由I输=可知,不改变输电电压,输电电流不变,由公式P损=I输2R线可知,输电线电阻R线越大,输电功率损失越大,故A不符合题意;若增大输电电压,则输电电流减小,由公式P损=I输2R线可知,输电线电阻R线一定时,损失的功率减小;若降低输电电压U端,则输电电流增大,输电线电阻R线一定时,损失的功率增大,故B符合题意,C、D不符合题意。 1 2 3 4 5 1 5 6 2.我国特高压输电技术达到世界领先水平。采用超高压输电,输电电压为U1,输电功率为P,输电距离为s;采用特高压输电,输电电压为U2,输电功率为2P,输电距离为2s。两次输电电线材质、粗细相同,为保证输电效率不变,两次输电电压U1与U2的比值为 (　　) A.1∶2 B.1∶4 C.1∶6 D.1∶8 2 3 4 √ 1 5 6 解析:采用超高压输电的效率为η1=1-=1-=1-,采用特高压输电的效率为η2=1-=1-=1-,依题可知η1=η2,解得=。故选A。 2 3 4 1 5 6 3.(2024·山东济宁一模)某同学研究远距离输电的电路如图所示,a、b端接入电压为U0的交流电源,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,且两变压器的匝数比=。已知R1、R2的阻值均为R0,R3的阻值为,电阻R1、R2消耗的功率相同,电表均为理想交流电表,下列说法正确的是(　　) 2 3 4 1 5 6 A.升压变压器T1的匝数比= B.电压表的示数为U0 C.电流表的示数为 D.若R3断路,电流表示数将增大 2 3 4 √ 1 5 6 解析:已知R1、R2的阻值相等,消耗的功率相同,可知电流相同,设为I2,因R3的阻值为,则R3的电流为2I2,则降压变压器T2的次级电流为3I2,由理想变压器原副线圈匝数和电流关系可知==,则=,A错误;升压变压器T1的初级电流I1=I2=3I2,由能量关系可知U0I1=2U4I2+U4·2I2,解得U4=U0,即电压表示数为U0,B错误;电流表的示数等于通过R1的电流,则为I2==,C正确;若R3断路,则降压变压器T2副线圈电路的电阻变大,电流减小,则降压变压器T2的初级电流减小,则电流表示数将减小,D错误。 2 3 4 1 5 6 4.(2024·山东青岛一模)如图为某小型水电站电能输送线路示意图,发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知发电机线圈电阻为r,产生感应电动势有效值为E。升压变压器原、副线圈匝数比为a,降压变压器原、副线圈匝数比为b,两变压器间输电线总电阻为R1,用户端总电阻为R2。电流表为理想电表,变压器为理想变压器,下列说法正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 A.电流表的示数I= B.升压变压器原线圈两端的电压U1= C.电阻R1、R2消耗的功率之比为R1∶bR2 D.若用户端负载增加,电流表示数变小 2 3 4 √ 1 5 6 解析:降压变压器等效电阻为R3=b2R2,升压变压器等效电阻为R4=a2(R1+b2R2),电流表的示数I==,故A错误;升压变压器原线圈两端的电压U1=IR4=,故B正确;根据P=I2R,电阻R1、R2消耗的功率之比为P1∶P2=R1∶R3=R1∶b2R2,故C错误;若用户端负载增加,用户端总电阻R2减小,升压变压器等效电阻R4减小,电流表示数变大,故D错误。 2 3 4 1 5 6 5.(多选)如图所示,一输出电压稳定 的电源通过远距离输电给用户供电,输电 线路的总电阻为R。在用户端有一理想 降压变压器,原、副线圈的匝数比为10∶1,假设用户的用电都用于照明,且每盏灯的电阻均为nR,当用户有n盏灯接通时,这些灯刚好以额定功率工作,此时电源的输出电流为I。设灯的电阻不随工作电压的变化而变化,不计变压器输出端到用户之间线路的电阻,则关于该输电线路,下列说法正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 A.有n盏灯在工作时,该输电线路的输电效率为50% B.当2n盏灯在工作时,则电源的输出电流为I C.当2n盏灯在工作时,每盏灯的功率约为额定功率的98% D.当4n盏灯在工作时,用户的电压比额定电压降低约8% 2 3 4 √ √ 1 5 6 解析: n盏灯并联的总电阻为R,变压器的输出电流为10I,所以输出电压为10IR,则输入电压为100IR,输电线上损失电压为IR,电源电压为101IR,所以输电效率为η=×100%=×100%≈99%,故A错误;2n盏灯并联的总电阻为,设电源输出电流为I',则变压器输出电流为10I',输出电压为5I'R,变压器输入电压为50I'R,有51I'R=101IR,所以I'=I,故B正确;当2n盏灯在工作时,每盏灯的电流减小为原来的,功率变为原来的×100%≈98%,故C正确; 2 3 4 1 5 6 当4n盏灯在工作时,灯并联的总电阻为,设此时原线圈的电流为I1,则副线圈的电流为10I1,副线圈的电压为U2=I1R,则有=10,U=101IR=I1R+U1,电源的输出电流为I1=I,每盏灯的电流减为原来的,即电压也变为原来的,比额定电压降低了×100%≈2.88%,故D错误。 2 3 4 1 5 6 6.(2024·重庆模拟预测)(多选)如图是某输电线路的简化图,两理想变压器的匝数比分别为 n1∶n2=1∶3,n3∶n4=3∶1,M、N间接入电压有效值恒为U的正弦交流电源,a、b、c三个电阻的阻值相等。则 (　　) 2 3 4 1 5 6 A.电源功率P一定时,输电电压U加倍,则流过电阻b的电流减半 B.电源功率P一定时,输电电压U加倍,则电阻b损耗的功率减半 C.M、N间电压U一定时,电阻c两端的电压为 U D.M、N间电压U一定时,电阻c两端的电压为 U 2 3 4 √ √ 1 5 6 解析:当电源功率P一定时,输电电压U加倍,则原线圈电流减半,故流过电阻b的电流减半,根据P损=R,可得电阻b损耗的功率变为原来的,故A正确,B错误;设a、b、c三个电阻的阻值为R,通过变压器线圈1、2、3、4的电流分别为I1、I2、I3、I4,两端的电压分别为U1、U2、U3、U4,由闭合电路欧姆定律有U1=U-I1R,根据理想变压器原副线圈电压、电流与匝数的关系有==,==,同理U3=U2-I2R,同一回路有I2=I3,又有==,==,U4=I4R,解得U4=U,故D错误,C正确。 2 3 4 本课结束 $$