第3章 4.电能的输送(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

4.电能的输送 学习目标 1.知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。 2.知道远距离输电时输电线上电能的损耗与哪些因素有关。 3.理解减小电能损耗的两个途径以及高压输电的原理。 4.知道远距离输电的典型电路,能利用变压器和电路的规律解决远距离输电问题 [对应学生用书第66页] 一、降低输电损耗的两个途径 1.输送电能的基本要求 （1）可靠：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：输电线路建造和运行的费用低,电能损耗少。 2.输电线上的功率损失：P＝I2r。电压损失：U＝Ir,I为输电电流,r为输电线的电阻。 3.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。 二、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,保障供电的质量。 （3）合理地调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高。 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”,错误的画“×”）。 （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,输电线上电功率的损失就越小。 （×） （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1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,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　∶ [对应学生用书第67页] 要点一　降低输电损耗的两个途径 我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区,而用电量大的城市多在东部沿海地区。从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中,如何减少电能的损耗？ 提示　（1）减少输电线的电阻。 （2）减少输电线中的电流。 1.输电线上的电压损失：ΔU＝U－U'＝Ir＝r。 2.输电线上的功率损失 （1）ΔP＝I2r,其中I为输电线上的电流,r为输电线的电阻。 （2）ΔP＝ΔU·I或ΔP＝,其中ΔU为输电线上的电压损失。 3.减少电压损失和功率损失的方法 （1）减小输电线的电阻r,根据r＝ρ,可减小电阻率ρ,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的困难。 （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1]　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 [解析]　根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变,可知,输电电流I输＝∝,当U输变为原来的 2倍时,I输变为原来的,A错误；输电线上降落的电压U降＝I输R线∝I输,所以,当输电电流变为原来的时,输电线上降落的电压也变为原来的,B错误,C正确；输电线上损耗的电功率P损＝ R线∝,所以输电线上损耗的电功率将变为原来的,D错误。 [答案]　C 输电线上电压和功率损失的计算方法 （1）U损＝IR线＝R线＝U－U用户。 （2）P损＝I2R线＝（）2R线＝P－P用户。 1.（多选）特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用 1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响,则 （　　） A.ΔP'＝ΔP B.ΔP'＝ΔP C.ΔU'＝ΔU D.ΔU'＝ΔU 解析　由电功率公式得ΔP＝I2R,输电线上电压下降ΔU＝IR,输电电流为I＝,在输送的电功率和输电线电阻都不变时,U变为原来的2倍,电流变为原来的,则ΔP'＝ΔP,ΔU'＝ΔU,A、D正确,B、C错误。 答案　AD 要点二　远距离高压输电过程的分析与计算 　　如图是我们常见的高压输电线路。 （1）由电厂输出的电压采用什么方法获得高电压？ （2）如何获得用户所需的220 V的电压？ 提示　（1）用升压变压器得到高压。 （2）用降压变压器得到用户所需的220 V电压。 1.远距离输电的几个基本关系式 （1）功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。 （2）电压关系：＝，U2＝U线＋U3，＝。 （3）电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝。 （4）输电电流：I线＝＝＝＝。 （5）输电导线上损耗的电功率：P损＝P2－P3＝I线2R线＝＝U线I线。 （6）输电导线上的电压损失：U线＝I线R线＝U2－U3。 2.两个联系 （1）线圈1（匝数为n1）和线圈2（匝数为n2）中各个量间的关系是：＝,I1n1＝I2n2, P1＝P2。 （2）线圈3（匝数为n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是：＝,I3n3＝I4n4, P3＝P4。 3.掌握一个定律 　　根据能量守恒定律得：P2＝ΔP＋P3。 [例2]　发电机两端的电压为220 V,输出功率44 kW,输电导线的总电阻为0.2 Ω,如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压,经输电线后,再用原、副线圈匝数比为10∶1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到用户,求用户得到的电压和功率。 [解析]　（1）线路示意图如图所示。 （2）由图可知,升压变压器副线圈两端的输出电压U2＝U1＝2 200 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＝＝ A＝20 A, 输电线上的功率损失和电压损失分别为 P损＝R线＝202×0.2 W＝80 W。 U损＝I2R线＝20×0.2 V＝4 V。 所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为 U3＝U2－U损＝2 200 V－4 V＝2 196 V, I3＝I2＝20 A。 降压变压器副线圈的输出电压和电流为 U4＝U3＝×2 196 V＝219.6 V, I4＝I3＝10×20 A＝200 A。 用户得到的功率为 P4＝U4I4＝219.6×200 W＝4.392×104 W。 （3）若直接用220 V低压供电, 线路示意图如图所示。 则输电电流I'＝＝ A＝200 A。 输电线路上的电压损失为 ΔU'＝I'R线＝200×0.2 V＝40 V。 所以用户得到的电压为 U2'＝U1－ΔU'＝220 V－40 V＝180 V, 用户得到的功率为 P'＝U2'I'＝180×200 W＝3.6×104 W。 [答案]　（1）见解析图　（2）219.6 V　4.392×104 W　（3）180 V　3.6×104 W 远距离输电问题的四个关键 （1）画出一个模型——远距离输电模型图。 （2）抓住输电的两端——电源和用电器。 （3） 分析两条导线——输电导线。 （4）研究两次电压变换——升压和降压。 3.近年来为响应国家“精准扶贫,产业扶贫”的战略,投资2.35亿建设30兆瓦光伏发电,光伏发电成为精准扶贫的新途径。如图是所建光伏发电项目,该项目一期光伏发电机总输出功率为 8 000 kW,输出电压为500 V,先后经过升压变压器和降压变压器传输到用户。设输电线的总电阻为8 Ω,要求输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%,用户需要的电压为220 V,不计变压器的能量损耗。求： （1）升压变压器的输出电压； （2）升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比。 解析　（1）损失的功率为 ΔP＝4%P＝4%×8×106 W＝3.2×105 W, 设输电线上的电流为I2, 根据ΔP＝r得I2＝200 A, 升压变压器的输出电压为 U2＝＝ V＝4×104 V。 （2）升压变压器原、副线圈的匝数比为 ＝＝＝, 电线上损失的电压为 ΔU＝I2r＝200×8 V＝1 600 V, 降压变压器原线圈两端的电压为 U3＝U2－ΔU＝3.84×104 V, 降压变压器原、副线圈的匝数比为 ＝＝＝。 答案　（1）4×104 V　（2）1∶80　1 920∶11 [对应学生用书第69页] 1.（输电线的损耗）超高压输电是指使用500～1 000 kV电压等级输送电能。超高压输电与普通电压输电（500 kV以下）在建设和输送成本方面有大幅度降低。如果输送相同的电功率,则 （　　） A.超高压输电电流更大 B.超高压输电频率更高 C.超高压输电电能损耗会更多 D.电能损耗相同的情况下,超高压输电线截面积可以更小 解析　根据P＝U输I线输送相同的电功率,当输电电压增大时,则电流变小,A错误；输电频率与输送电压无关,B错误；根据P损＝R线,线上电流减小,损失减小,C错误；超高压输电线截面积变小,根据R＝ρ电阻增大,根据P损＝R线输电电压增大时,则电流变小,电阻增大,则电能损耗可以相同,D正确。 答案　D 2.（远距离输电）（多选）远距离高压输电的示意图如图所示,关于远距离输电,下列表述正确的是 （　　） A.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耗 B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 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耗越小 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 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,可增大导线的横截面积来减小R线；由I＝知,当电压一定时,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,C错误。 答案　ABD 3.（输电线的损耗）“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. 解析　根据P＝UI可得I＝,则输电线路上损失的功率ΔP＝I2R＝2R,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。 答案　B 4.（远距离输电）（多选）某小型水电站的电能输送示意图如图所示,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 （　　） A.＞ 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 解析　＝,＝,因为U1＝200 V＜U4＝220 V,U2＞U3＝U2－U线,故＞,选项B、C错误,A正确；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D正确。 答案　AD 学科网（北京）股份有限公司 $$