4.电能的输送（举一反三讲义）物理人教版选择性必修第二册

第4节 电能的输送 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：降低输电损耗的两个途径 2 知识点2：电网供电 2 【巩固训练】 2 【学习目标】 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重要发展。 重点： 1． 高压输电的原理。 难点： 1． 高压输电模型的建立以及各物理量之间的关系。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求：需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此要把电站的电能向外输送，有的需要输送到远方，这就涉及电能的输送问题。 输送电能的基本要求： 可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。 保质：保证电能的质量（电压和频率稳定）。 经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。 2．思考与讨论：在电能的输送过程中为什么会有损耗？ 如图，因输电线很长，电线的电阻r比较大，所以电流通过输电线时会产生热量，并散失到空气当中。即会损失一部分电能。 同时，由于导线的电阻r要分压，所以输电线上有电压降，故又损失一部分电压。 所以说，只要输电线存在电阻，就会有能量和电压的损失。 3．远距离输电的电压损失和功率损耗：，。 4．思考与讨论：怎样减小电压损失和功率损耗？ 由于U损和P损都与I、r有关，所以可以用减小I、r的方式来减小电压损失和功率损耗。 （1）怎样能减小输电线的电阻r？ 由电阻定律，可以采用①选用电阻率ρ比较小的金属材料，②减小输电线的长度l，③增加输电线的横截面积S的方式来减小电阻。 由于要保证输电距离，方法②不可行。 对于方法①，银的电阻率最小，但价格昂贵，不适宜广泛使用。目前的输电线材料选用的是电阻率较小的铜或铝。 对于方法③，输电线的横截面积不能太粗，因为既不经济又存在架设困难。 可见，减小输电线的电阻r是一种有限的方法。 （2）怎样能减小输电导线中的电流I？ 由可知，在输送功率一定的情况下，可以通过提高输电电压U的方式减小电流I。 由可得，，即在输送功率P一定的情况下，如果将电压提升为原来的n倍，则损耗功率减少为原来的。 5．降低输电损耗的两个途径： ①减小输电线的电阻r：有限的方法。 ②减小输电导线中的电流I：用提高输电电压U的方式来减小输电电流I，是减少输电过程中电压损失和电能损耗最有效的方法。 【例1】蒙西—京津冀千伏特高压直流输电工程是我国一项重要的能源工程。特高压直流输电技术可有效减少相关设备由于感抗、容抗造成的能量损失，下列说法正确的是（　　） A．变压器升高电压后可以直接输送直流电 B．输电线越细，输电线上损耗的能量一定越少 C．可以通过减小输送电流的方式来减小输电线上的能量损耗 D．输电线上的能量损耗与用户端用电器的多少无关 【答案】C 【详解】根据直流输电原理，输电线路的能量损耗主要由焦耳热引起，损耗功率为 ，其中 为输送电流， 为输电线电阻。以下对各选项逐一分析 A．变压器利用电磁感应工作，需变化的磁场，而直流电电压恒定，无法产生变化的磁场，因此变压器不能直接用于直流电的电压变换。故A错误。 B．输电线电阻 （ 为电阻率， 为长度， 为横截面积），输电线越细（ 越小）， 越大；损耗功率 随 增大而增大，因此损耗一定增加。故B错误。 C．由 可知，减小输送电流 可直接降低损耗功率。实际输电中，通过升高电压（功率 一定时， 增大则 减小）实现电流减小，从而减少损耗。故C正确。 D．用户端用电器增多时，总功率需求增大；在输电电压一定时，由 可知输送电流 增大，导致损耗功率 增加。因此损耗与用户端用电器数量相关。故D错误。 故选C。 【变式1】如图所示为输电电路图，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，下列说法正确的是（　　） A．输电线路损失功率为 B．用户得到的功率为 C．当用户电功率增加，则输电线路的损失会减小 D．为降低输电线路中的损耗，要提高输电电压，减小输电电流 【答案】D 【详解】A．输电线路损失功率为，故A错误； B．用户得到的功率为，故B错误； C．当用户电功率增加，由于用户电压不变，故输电电流I增大，根据 可知，输电线路的损失会增大，故C错误； D．根据可知，为降低输电线路中的损耗，需减小输电电流，由于发电厂输出功率不变，所以应该提高输电电压，故D正确。 故选D。 【变式2】2025年6月10日，哈密—重庆±800千伏特高压直流输电工程投产送电，这是我国首个投产送电的“沙戈荒”新能源基地外送特高压直流输电工程。如图所示为现在直流输电示意图，在发电厂送电端将发电机产生的交流电通过“整流”设备变换为电压恒定的直流，在输电环节使用直流输电，用户再用“逆变”设备将直流变换为交流。关于高压直流输电，下列说法正确的是（　　） A．为实现高压直流输电，可以用变压器直接改变恒定电流的电压 B．相比高压交流输电，高压直流输电可以减少电路中因电磁感应导致的能量损耗 C．“整流”设备应放在升压变压器前，而“逆变”设备放在降压变压器后 D．保持输电功率不变，输电电压从400kV提升到800kV，线路上损失的功率将减少为原来的一半 【答案】B 【详解】A．变压器不能对恒定直流的电压进行变压，故A错误； B．相比高压交流输电，高压直流输电不会产生电磁感应，所以高压直流输电可以减少电路中因电磁感应导致的能量损耗，故B正确； C．变压器只对交流电起到变压的作用，故“整流”设备应放在升压变压器后，而“逆变”设备放在降压变压器前，故C错误； D．高压输电，功率一定，则减小了输电电流，根据 输电电压从400kV提升到800kV，则输电线上损失的功率减小为原来的，故D错误。 故选B。 【变式3】白鹤滩−江苏输电工程采用800千伏特高压直流输电技术，可有效减少相关设备由于感抗、容抗造成的能量损失，关于特高压直流输电，下列说法正确的是（　　） A．可通过增大电流减少输电线路的能量损耗 B．输电电压越高，输电线路中的电流越大 C．可通过增大电压减少输电线路的能量损耗 D．可利用变压器升高电压后直接输送 【答案】C 【详解】A．输电线路的损耗为P损=I2R，增大电流会使损耗增加，故A错误； B．由P=UI可知，当输电功率P一定时，电压U越高，电流I越小，故B错误； C．增大电压U可减小电流I，根据P损=I2R可知，能降低输电线路的损耗，故C正确； D．变压器仅适用于交流电，直流电无法直接通过变压器升压，故D错误。 故选C。 知识点2：电网供电 如图可知，远距离输电的电路被两个变压器划分为三段相对独立的回路，每个回路均可以应用以往所学的电学知识进行分析。其中，变压器的功率关系、电压关系、电流关系是联系不同回路的桥梁。 1．远距离输电的基本关系： （1）功率关系：，， （2）电压关系：，， （3）电流关系：，， （4）输电电流： （5）电压损耗： （6）功率损耗： 在远距离输电的线路中，发电厂和各级变压器决定了电压的高低，用户端决定了输送功率的大小和电流的大小。 2．电网供电： ①电网：通过网状的输电线、变电站，将电厂和用户连接起来，形成的全国性或地区性的输电网络。 ②优点：在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 【例2】如图所示，某小型发电机的内阻、输出电压，经理想变压器升压后，通过总电阻的输电线给用户供电，用户两端的电压，输电线上损失的功率。下列说法正确的是（　　） A．理想变压器原、副线圈匝数的比值 B．理想变压器的输入功率为 C．发电机的电动势为 D．经理想变压器升压后，交流电的频率变大 【答案】C 【详解】A．输电线上损失的功率 解得 输电线上损失的电压 理想变压器副线圈两端的电压 由 解得，故A错误； B．理想变压器的输入功率等于输出功率，有，故B错误； C．通过理想变压器原线圈的电流满足 解得 发电机的电动势，故C正确； D．理想变压器不会改变交变电流的频率，故D错误。 故选C。 【变式1】特高压直流输电工程支撑国家“西电东送”战略和“双碳”目标。保持直流线路输电功率不变，采用和远距离输电时，输电线上损失功率分别为、，输电线的电阻不变，则（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设输电电压分别为和，因输电功率不变，根据可知，输电电流与电压成反比，故对应电流与之比为 又因输电线电阻不变，损失功率 可知损失功率与电流的平方成正比，则 故选B。 【变式2】白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，若水电站的输出功率不变，输出电压提高为原来的10倍，则输电导线上的电流将减小为原来的（　　） A．0.1 B．0.01 C．0.05 D．0.025 【答案】A 【详解】若水电站的输出功率不变，输出电压提高为原来的10倍，根据可知，输电导线上的电流将减小为原来的0.1倍。 故选A。 【变式3】在远距离输电时，已知输送的电功率为P，送电的电压为U，所用的导线的电阻率为，横截面积为S，线路总长度为L。用户得到的电功率为，则与P的比值正确的为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】用户得到的功率 其中 输电线电阻 电流 代入得 因此 故选B。 【例3】如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，两个变压器均为理想变压器。当用户端用电器增加导致总电阻变小时，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器的输出电压减小 B．降压变压器输出电流的频率不变 C．输电线上损失的功率不变 D．升压变压器原线圈中的电流不变 【答案】B 【详解】A．根据原、副线圈电压比等于匝数比可得 即 可知升压变压器的输出电压不变，故A错误； B．变压器不改变交流电的频率，故B正确； CD．当用户端用电器增加导致总电阻变小时，降压变压器副线圈中电流增大 据 降压变压器原线圈中电流增大，输电线上电流 输电线上损失的功率增大，故C错误； 增大，据 升压变压器原线圈中电流增大，D错误。 故选B。 【变式1】如图所示，某小电站发电机的输出功率为100kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电。为了减少电能损耗，使用10kV高压输电，最后用户得到“220V  98kW”的电能，变压器均视为理想变压器。则（　　） A．输电线路导线电阻为 B．输电线路中的电流为2A C．升压变压器原、副线圈匝数比为 D．降压变压器原、副线圈匝数比为 【答案】A 【详解】AB．输电线路中的电流为 最后用户得到“220V  98kW”的电能，则输电线损耗电功率为 根据 解得输电线路导线电阻为，故A正确，B错误； C．根据变压器电压与线圈匝数关系可知，故C错误； D．根据串联电路规律可知 根据变压器电压与线圈匝数关系可知，故D错误； 故选A。 【变式2】如图所示，导线框绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势（V），导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电。输电线路的电流为2A，输电线路总电阻为，理想降压变压器副线圈接入一台电动机，电动机恰好正常工作，且电动机两端的电压为，电动机的功率为，导线框及其余导线电阻不计，不计一切摩擦，则（　　） A．图中电压表示数为 B．降压变压器原副线圈的匝数比为 C．电动机绕线电阻为 D．线框转动一圈过程中克服安培力做功 【答案】D 【详解】A．图中电压表示数为，A错误； B．降压变压器次级电流为 可知降压变压器原副线圈的匝数比为，B错误； C．由题中条件不能求解电动机绕线电阻，C错误； D．交流电的周期 由能量关系可知线框转动一圈过程中克服安培力做功，D正确。 故选D。 【变式3】重庆市南供电公司对巴南区110千伏海棠变电站的主变压器进行换新升级，以提高变压器的能量转换效率（副线圈接收的能量与原线圈提供能量的比值），极大减少了升压变压器磁能传递过程中的损耗，有效解决了界石片区负荷增长的问题。该地远距离输电电路简化为下图所示，变电站中升压变压器原、副线圈的匝数比为，升压变压器原线圈两端电压为5kV，输电电路电阻，用户端变压器可视为理想变压器，其原、副线圈匝数比为，用户端电压恒为。已知升级后，升压变压器原线圈输入电流，界石片区满负荷功率增长至，而升级前界石片区满负荷功率至多为，若升级前后，界石片区均满负荷用电，下列说法正确的是（　　） A．升级前，升压变压器副线圈两端电压为110kV B．升级后，输电电路中的电流为 C．升级后，升压变压器的能量转化效率为83.6% D．升级后，输电线路能量损耗增加了306kW 【答案】C 【详解】A．升级前，降压变压器副线圈电流为 所以升级前，输电线路上的电流为 又降压变压器原线圈电压为 所以升压变压器副线圈两端电压为，故A错误； B．升级后，降压变压器副线圈电流为 所以升级后，输电线路上的电流为，故B错误； C．升级后，升压变压器原线圈输入功率为 升压变压器副线圈接收功率为 所以能量转化效率为，故C正确； D．升级后，输电线路功率损耗为 升级前，输电线路功率损耗为 输电线路能量损耗增加了3100kW，故D错误。 故选C。 【巩固训练】 1．某特高压交流线路工程进行检测，在输送功率一定时，分别用500千伏和1000千伏对同一段线路输电。下列说法正确的是（　　） A．高压输电线输送电流之比为 B．输电线路上电压损失之比为 C．高压输电线路电阻损耗功率之比 D．用户得到的功率之比为 【答案】C 【详解】A．根据，输送功率一定时有 故A错误； B．输电线路上电压损失之比为 故B错误； C．高压输电线路电阻损耗功率之比 故C正确； D．用户得到的功率之比为 其中P为输送功率，故D错误。 故选C。 2．目前世界上电压最高的输电工程为中国已经投产运行的1000kV特高压输电工程。如果分别用220V和220kV两种电压来输电，设两种电压输送的电功率相同，所用导线的长度相同。则下面说法正确的是（　　） A．若使用相同的导线来输电，则输电电流之比为1：1000 B．若使用相同的导线来输电，则输电线上损失的电功率之比为1：106 C．若使用不同的导线输电，输电线上损失的电功率相同，导线的电阻率相同，则导线的横截面积之比为106：1 D．若使用不同的导线输电，输电线上损失的电功率相同，导线的横截面积相同，则导线的电阻率之比为106：1 【答案】C 【详解】A．两种电压输送的电功率相同，根据可得输电电流之比为 故A错误； B．所用导线的长度相同，若使用相同的导线来输电，可知输电线电阻R线相同，根据可得 故B错误； C．若使用不同的导线输电，输电线上损失的电功率相同，导线的电阻率相同，根据 联立可得 则导线的横截面积之比为 故C正确； D．若使用不同的导线输电，输电线上损失的电功率相同，导线的横截面积相同，，根据 联立可得 则导线的电阻率之比为 故D错误。 故选C。 3．内蒙古托克托电厂是目前世界上最大的火力发电厂，是为北京供电的主力机组，国家重点建设项目，“西部大开发”和“西电东送”重点工程。该电厂发电机的输出电压为，输电线的总电阻，为了减小输电线路上的损耗需要采用高压输电。升压变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比为。若在某一段时间内，发电厂的输出功率恒为，则输电线上损失的功率为（　　） A．W B．W C．W D．W 【答案】A 【详解】发电厂输出功率，升压变压器为理想变压器，功率不变，故输电功率 升压变压器升压过程，根据电压匝数关系有 解得 输电线电流 输电线上损失功率 解得 故选A。 4．2025年8月，由南方电网广东广州供电局牵头研制的全球首台500千伏植物油变压器，在广州500千伏增城变电站投运。如图所示，发电站输出电压有效值为10.8kV的正弦式交流电，经匝数比为1:50的理想变压器升压后通过输电线输送到变电站，输电线等效电阻为R=20Ω，变电站两端有效电压为500kV，再用理想变压器变为电压有效值为220V的家用交流电，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器输出电压最大值为540kV B．输电线上的电流为200A C．输电线上损失的功率为 D．升压变压器原线圈与降压变压器副线圈中电流之比为11:5000 【答案】C 【详解】A．根据公式，得 则540kV是升压变压器输出电压的有效值。故A错误； B．输电线的损耗电压 输电线上的电流为 故B错误； C．输电线上损失的功率为 故C正确； D．升压变压器输入功率 降压变压器输出功率 升压变压器原线圈与降压变压器副线圈中电流之比为 故D错误。 故选C。 5．高压输电的优点是能大大减少能耗，某发电厂输出的电压接在升压变压器的原线圈两端，通过电阻一定的输电线向远距离送电，然后通过降压变压器给用户供电，若发电厂送电功率不变。下列说法正确的是（　　） A．输电电压加倍，输电线上损耗的功率减半 B．输电电压加倍，输电线上损失的电压加倍 C．用户增多，输电线上损失的功率减少 D．用户增多，用户获得的电压减小 【答案】D 【详解】A．输电线上输送的功率一定，根据 若输电电压加倍，输电电流减半，则输电线上损失的功率为原来的，故A错误； B．输电线上损失的电压为 若输电电压加倍，输电电流减半，则输电线上损失的电压减半，故B错误； C．若用户增多，导致高压输电线上的电流变大，输电线上损耗的电功率将增大，故C错误； D．若用户增多，导致高压输电线上的电流变大，输电线上损失的电压变大，则用户获得的电压减小，故D正确。 故选D。 6．如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电站输出的电压U1不变；升压变压器输出电压为U2， 降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3 和U4。为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则（　　） A．①为电流表，②为电压表 B．采用高压输电可以增大输电线中的电流 C．用户增多时，输电线损耗功率减少 D．用户增多时，升压变压器原线圈中的电流增大 【答案】D 【详解】A．由图可知，①接在火线和零线之间，为电压表，②接在同一条线上，测得是电流，为电流表，故A错误； B．采用高压输电可以是为了减少输电线中的电流，减少输电线路上的损耗，故B错误； CD．输电过程中，负载电流决定输电电流和原线圈的电流的大小，用户增多，负载电流增多，所以输电电流I2增大，原线圈的电流也增大，而输电线损耗功率为 所以输电线损耗功率增大，故C错误，D正确。 故选D。 7．（多选题）远距离输电时，导线上电能的损失主要是由电流的热效应引起的。要减少电能输送时的损失可采取下列哪些途径（　　） A．减小输电线的电阻 B．减小输送的电流 C．减小输送的电压 D．增大输送的电压 【答案】ABD 【详解】A．根据P损=I2R知，减小输电线的电阻是减小电能损失的一种途径，故A正确； BCD．根据P=UI，输电电压越高，输电电流越小，再根据P损=I2R知，损耗的功率越小。高压输电是通过增大输送的电压，进而减小输电线的电流来减少损耗的功率的，故BD正确，C错误。 故选ABD。 8．（多选题）如图甲为某景区的电动汽车应急充电站，由山下的光伏储能电站供电。由于充电站与储能电站距离较远，需要通过变压器远程输电。图乙为远程输电示意图，升压变压器原线圈的电压为，降压变压器原、副线圈的匝数比。充电桩的额定电压为、额定功率为11kW，输电线上的电阻，其余电阻不计，变压器均视为理想变压器。充电桩正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．降压变压器的输入电压 B．输电线上电阻r消耗的功率为500W C．升压变压器的原、副线圈匝数之比为 D．升压变压器的输入功率为12kW 【答案】AD 【详解】A．对降压变压器进行分析，根据电压匝数关系有 解得，故A正确； B．充电桩的额定电压为、额定功率为11kW，则充电桩的电流 根据电流匝数关系有 解得 则输电线上电阻r消耗的功率为，故B错误； C．升压变压器副线圈电压 结合上述解得 根据电压匝数关系有 解得，故C错误； D．理想变压器不消耗功率，则升压变压器的输入功率 结合上述解得P1=12kW，故D正确。 故选AD。 9．（多选题）我国铁路运输支柱之一“电力机车”，已成为了我国走向世界的一张国家名片。如图为某电力机车的供电流程简化图，利用可视为理想变压器（原、副线圈匝数比为n1∶n2）的牵引变电所，将高压U1=220kV降至U2=27.5kV，再通过接触网上的电线与车顶上的受电弓使机车获得U3=25kV的额定工作电压，牵引变压器将此电压进一步降压，供其他用电设备，每排座位下都设有并联的插座可供乘客充电。则（　　） A．n1∶n2=4∶1 B．充电的乘客增多时，短时间内U3会减小 C．当机车遇到的空气阻力变大时，改变牵引变电所的输出功率，短时间内若仍需维持机车原速匀速行驶，但U3>25kV D．若在额定电压下，该机车的输出功率为9000kW，机车的效率为90%，则牵引变电所到机车间的等效电阻r为6.25Ω 【答案】BD 【详解】A．牵引变电所中变压器为理想变压器，则，故A错误； B．理想变压器的副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定，与负载无关，因此U2始终保持不变，当利用机车充电的乘客增多时，并联负载增多，R并减小，短时间内 会减小，故B正确； C．匀速行驶时，牵引力F=f（阻力）。空气阻力变大时，牵引力F需同步变大，由于速度v不变，由 可知，P车增大，高铁机车运行功率 （含输出功率和损耗）需增大，由于副线圈电压U2不变，由 可知，副线圈电流I2增大，故，故C错误； D．该机车的输出功率为9000kW，机车的效率为90%，若在额定电压下，该机车的输入功率为10000kW，则该机车的输入电流为 由 所以，故D正确。 故选BD。 10．（多选题）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（　　） A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为2P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为4P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为4P 【答案】AC 【详解】A．等效电路图如图所示 设降压变压器的原副线圈匝数比为k:1，则输电线上的电流为 转子在磁场中转动时产生的电动势为 当转子角速度增加一倍时，升压变压器原副线圈两端电压都增加一倍，输电线上的电流变为 故R0上消耗的电功率变为原来的4倍，故A正确； C．升压变压器副线圈匝数增加一倍，副线圈两端电压增加一倍，输电线上的电流增加一倍，故R0上消耗的电功率变为原来的4倍，故C正确； B．若R0阻值增加一倍，输电线路上的电流 R0消耗的功率 故B错误； D．若在用户端并联一个完全相同的电阻R，用户端电阻减为原来的一半，输电线上的电流为 R0消耗的功率，故D错误。 故选AC。 11．（多选题）城市用电通常分为高峰和低谷，某发电站为了保证功率稳定，采用了储能站在用电低谷时将多余电能储存起来。如图所示，发电机的输出电压，输出功率为500kW。降压变压器的原、副线圈匝数比，输电线总电阻。其余线路电阻不计，用户端电压，低谷耗电功率为88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．用电高峰时用户端消耗的功率为500kW B．用电低谷时，输电线上损失的功率为4.8kW C．用电低谷时，储能站储存电能的功率为408kW D．用电低谷时，升压变压器的匝数比为 【答案】CD 【详解】A．发电机输出功率为500kW，储能站在用电高峰不工作，输电线上有能量（功率）损失，用户端得到的实际功率小于500kW，故A错误； B．用电低谷时，用户端得到88kW的功率，则有 根据变压器变压规律有 解得 ， 则输电线上损失的功率为 故B错误； C．根据能量守恒可知用电低谷时，储能站获得的功率为 故C正确； D．结合上述分析有 则 故D正确。 故选CD。 12．（多选题）某村庄通过如图所示的降压变压器给用户供电，变压器输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动，但变压器到村庄的距离较远，输电线的电阻不可忽略，其电阻用定值电阻表示，图中R表示后面并联的用户用电器的总电阻。当用户用电器增多时，下列说法正确的是（　　） A．用电器两端的电压保持不变 B．电压表V2的示数保持不变 C．电流变A1的示数减小、电流表A2的示数增大 D．变压器的输入功率增大 【答案】BD 【详解】AB．因为原副线圈电压满足 由题意知变压器输入电压不变，所以副线圈两端电压也不变，所以电压表V2的示数保持不变。因为用户用电器并联连接，所以用电器增多时，用户用电器的总电阻变小，因为 所以I2增大，则定值电阻两端电压增大，因为 所以用电器两端的电压减小，故A错误，B正确； C．因为原副线圈电流满足 所以I2增大时，I1也增大，即电流变A1的示数和电流表A2的示数均增大，故C错误； D．因为变压器的输入功率为 其中输入电压不变，I1增大，所以变压器的输入功率增大，故D正确。 故选BD。 2 / 25 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 电能的输送 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：降低输电损耗的两个途径 2 知识点2：电网供电 2 【巩固训练】 2 【学习目标】 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重要发展。 重点： 1． 高压输电的原理。 难点： 1． 高压输电模型的建立以及各物理量之间的关系。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求：需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此要把电站的电能向外输送，有的需要输送到远方，这就涉及电能的输送问题。 输送电能的基本要求： 可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。 保质：保证电能的质量（电压和频率稳定）。 经济：输电线路建造和运行的费用低，电能__________小。 2．思考与讨论：在电能的输送过程中为什么会有损耗？ 如图，因输电线很长，电线的电阻r比较__________，所以电流通过输电线时会产生__________，并散失到空气当中。即会损失一部分电能__________。 同时，由于导线的电阻r要__________，所以输电线上有电压降，故又损失一部分__________。 所以说，只要输电线存在电阻，就会有__________和__________的损失。 3．远距离输电的电压损失和功率损耗：__________，__________。 4．思考与讨论：怎样减小电压损失和功率损耗？ 由于U损和P损都与I、r有关，所以可以用减小I、r的方式来减小电压损失和功率损耗。 （1）怎样能减小输电线的电阻r？ 由电阻定律__________，可以采用①选用____________________的金属材料，②减小__________，③增加____________________的方式来减小电阻。 由于要保证输电距离，方法②不可行。 对于方法①，银的电阻率最小，但价格昂贵，不适宜广泛使用。目前的输电线材料选用的是电阻率较小的铜或铝。 对于方法③，输电线的横截面积不能太粗，因为既不经济又存在架设困难。 可见，减小输电线的电阻r是一种有限的方法。 （2）怎样能减小输电导线中的电流I？ 由__________可知，在输送功率__________的情况下，可以通过提高__________的方式减小电流I。 由可得，____________________，即在输送功率P__________的情况下，如果将电压提升为原来的n倍，则损耗功率减少为原来的__________。 5．降低输电损耗的两个途径： ①减小输电线的电阻r：有限的方法。 ②减小输电导线中的电流I： 用提高__________的方式来减小输电电流I，是减少输电过程中电压损失和电能损耗最有效的方法。 【例1】蒙西—京津冀千伏特高压直流输电工程是我国一项重要的能源工程。特高压直流输电技术可有效减少相关设备由于感抗、容抗造成的能量损失，下列说法正确的是（　　） A．变压器升高电压后可以直接输送直流电 B．输电线越细，输电线上损耗的能量一定越少 C．可以通过减小输送电流的方式来减小输电线上的能量损耗 D．输电线上的能量损耗与用户端用电器的多少无关 【变式1】如图所示为输电电路图，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，下列说法正确的是（　　） A．输电线路损失功率为 B．用户得到的功率为 C．当用户电功率增加，则输电线路的损失会减小 D．为降低输电线路中的损耗，要提高输电电压，减小输电电流 【变式2】2025年6月10日，哈密—重庆±800千伏特高压直流输电工程投产送电，这是我国首个投产送电的“沙戈荒”新能源基地外送特高压直流输电工程。如图所示为现在直流输电示意图，在发电厂送电端将发电机产生的交流电通过“整流”设备变换为电压恒定的直流，在输电环节使用直流输电，用户再用“逆变”设备将直流变换为交流。关于高压直流输电，下列说法正确的是（　　） A．为实现高压直流输电，可以用变压器直接改变恒定电流的电压 B．相比高压交流输电，高压直流输电可以减少电路中因电磁感应导致的能量损耗 C．“整流”设备应放在升压变压器前，而“逆变”设备放在降压变压器后 D．保持输电功率不变，输电电压从400kV提升到800kV，线路上损失的功率将减少为原来的一半 【变式3】白鹤滩−江苏输电工程采用800千伏特高压直流输电技术，可有效减少相关设备由于感抗、容抗造成的能量损失，关于特高压直流输电，下列说法正确的是（　　） A．可通过增大电流减少输电线路的能量损耗 B．输电电压越高，输电线路中的电流越大 C．可通过增大电压减少输电线路的能量损耗 D．可利用变压器升高电压后直接输送 知识点2：电网供电 如图可知，远距离输电的电路被两个变压器划分为三段相对独立的回路，每个回路均可以应用以往所学的电学知识进行分析。其中，变压器的__________关系、__________关系、__________关系是联系不同回路的桥梁。 1．远距离输电的基本关系： （1）功率关系：__________，__________，__________ （2）电压关系：__________，__________，__________ （3）电流关系：__________，__________，__________ （4）输电电流：____________________ （5）电压损耗：__________ （6）功率损耗：______________________________ 在远距离输电的线路中，发电厂和各级变压器决定了__________，用户端决定了____________________和____________________。 2．电网供电： ①电网：通过网状的输电线、变电站，将电厂和用户连接起来，形成的全国性或地区性的输电网络。 ②优点：在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 【例2】如图所示，某小型发电机的内阻、输出电压，经理想变压器升压后，通过总电阻的输电线给用户供电，用户两端的电压，输电线上损失的功率。下列说法正确的是（　　） A．理想变压器原、副线圈匝数的比值 B．理想变压器的输入功率为 C．发电机的电动势为 D．经理想变压器升压后，交流电的频率变大 【变式1】特高压直流输电工程支撑国家“西电东送”战略和“双碳”目标。保持直流线路输电功率不变，采用和远距离输电时，输电线上损失功率分别为、，输电线的电阻不变，则（　　） A． B． C． D． 【变式2】白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，若水电站的输出功率不变，输出电压提高为原来的10倍，则输电导线上的电流将减小为原来的（　　） A．0.1 B．0.01 C．0.05 D．0.025 【变式3】在远距离输电时，已知输送的电功率为P，送电的电压为U，所用的导线的电阻率为，横截面积为S，线路总长度为L。用户得到的电功率为，则与P的比值正确的为（　　） A． B． C． D． 【例3】如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，两个变压器均为理想变压器。当用户端用电器增加导致总电阻变小时，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器的输出电压减小 B．降压变压器输出电流的频率不变 C．输电线上损失的功率不变 D．升压变压器原线圈中的电流不变 【变式1】如图所示，某小电站发电机的输出功率为100kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电。为了减少电能损耗，使用10kV高压输电，最后用户得到“220V  98kW”的电能，变压器均视为理想变压器。则（　　） A．输电线路导线电阻为 B．输电线路中的电流为2A C．升压变压器原、副线圈匝数比为 D．降压变压器原、副线圈匝数比为 【变式2】如图所示，导线框绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势（V），导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电。输电线路的电流为2A，输电线路总电阻为，理想降压变压器副线圈接入一台电动机，电动机恰好正常工作，且电动机两端的电压为，电动机的功率为，导线框及其余导线电阻不计，不计一切摩擦，则（　　） A．图中电压表示数为 B．降压变压器原副线圈的匝数比为 C．电动机绕线电阻为 D．线框转动一圈过程中克服安培力做功 【变式3】重庆市南供电公司对巴南区110千伏海棠变电站的主变压器进行换新升级，以提高变压器的能量转换效率（副线圈接收的能量与原线圈提供能量的比值），极大减少了升压变压器磁能传递过程中的损耗，有效解决了界石片区负荷增长的问题。该地远距离输电电路简化为下图所示，变电站中升压变压器原、副线圈的匝数比为，升压变压器原线圈两端电压为5kV，输电电路电阻，用户端变压器可视为理想变压器，其原、副线圈匝数比为，用户端电压恒为。已知升级后，升压变压器原线圈输入电流，界石片区满负荷功率增长至，而升级前界石片区满负荷功率至多为，若升级前后，界石片区均满负荷用电，下列说法正确的是（　　） A．升级前，升压变压器副线圈两端电压为110kV B．升级后，输电电路中的电流为 C．升级后，升压变压器的能量转化效率为83.6% D．升级后，输电线路能量损耗增加了306kW 【巩固训练】 1．某特高压交流线路工程进行检测，在输送功率一定时，分别用500千伏和1000千伏对同一段线路输电。下列说法正确的是（　　） A．高压输电线输送电流之比为 B．输电线路上电压损失之比为 C．高压输电线路电阻损耗功率之比 D．用户得到的功率之比为 2．目前世界上电压最高的输电工程为中国已经投产运行的1000kV特高压输电工程。如果分别用220V和220kV两种电压来输电，设两种电压输送的电功率相同，所用导线的长度相同。则下面说法正确的是（　　） A．若使用相同的导线来输电，则输电电流之比为1：1000 B．若使用相同的导线来输电，则输电线上损失的电功率之比为1：106 C．若使用不同的导线输电，输电线上损失的电功率相同，导线的电阻率相同，则导线的横截面积之比为106：1 D．若使用不同的导线输电，输电线上损失的电功率相同，导线的横截面积相同，则导线的电阻率之比为106：1 3．内蒙古托克托电厂是目前世界上最大的火力发电厂，是为北京供电的主力机组，国家重点建设项目，“西部大开发”和“西电东送”重点工程。该电厂发电机的输出电压为，输电线的总电阻，为了减小输电线路上的损耗需要采用高压输电。升压变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比为。若在某一段时间内，发电厂的输出功率恒为，则输电线上损失的功率为（　　） A．W B．W C．W D．W 4．2025年8月，由南方电网广东广州供电局牵头研制的全球首台500千伏植物油变压器，在广州500千伏增城变电站投运。如图所示，发电站输出电压有效值为10.8kV的正弦式交流电，经匝数比为1:50的理想变压器升压后通过输电线输送到变电站，输电线等效电阻为R=20Ω，变电站两端有效电压为500kV，再用理想变压器变为电压有效值为220V的家用交流电，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器输出电压最大值为540kV B．输电线上的电流为200A C．输电线上损失的功率为 D．升压变压器原线圈与降压变压器副线圈中电流之比为11:5000 5．高压输电的优点是能大大减少能耗，某发电厂输出的电压接在升压变压器的原线圈两端，通过电阻一定的输电线向远距离送电，然后通过降压变压器给用户供电，若发电厂送电功率不变。下列说法正确的是（　　） A．输电电压加倍，输电线上损耗的功率减半 B．输电电压加倍，输电线上损失的电压加倍 C．用户增多，输电线上损失的功率减少 D．用户增多，用户获得的电压减小 6．如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电站输出的电压U1不变；升压变压器输出电压为U2， 降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3 和U4。为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则（　　） A．①为电流表，②为电压表 B．采用高压输电可以增大输电线中的电流 C．用户增多时，输电线损耗功率减少 D．用户增多时，升压变压器原线圈中的电流增大 7．（多选题）远距离输电时，导线上电能的损失主要是由电流的热效应引起的。要减少电能输送时的损失可采取下列哪些途径（　　） A．减小输电线的电阻 B．减小输送的电流 C．减小输送的电压 D．增大输送的电压 8．（多选题）如图甲为某景区的电动汽车应急充电站，由山下的光伏储能电站供电。由于充电站与储能电站距离较远，需要通过变压器远程输电。图乙为远程输电示意图，升压变压器原线圈的电压为，降压变压器原、副线圈的匝数比。充电桩的额定电压为、额定功率为11kW，输电线上的电阻，其余电阻不计，变压器均视为理想变压器。充电桩正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．降压变压器的输入电压 B．输电线上电阻r消耗的功率为500W C．升压变压器的原、副线圈匝数之比为 D．升压变压器的输入功率为12kW 9．（多选题）我国铁路运输支柱之一“电力机车”，已成为了我国走向世界的一张国家名片。如图为某电力机车的供电流程简化图，利用可视为理想变压器（原、副线圈匝数比为n1∶n2）的牵引变电所，将高压U1=220kV降至U2=27.5kV，再通过接触网上的电线与车顶上的受电弓使机车获得U3=25kV的额定工作电压，牵引变压器将此电压进一步降压，供其他用电设备，每排座位下都设有并联的插座可供乘客充电。则（　　） A．n1∶n2=4∶1 B．充电的乘客增多时，短时间内U3会减小 C．当机车遇到的空气阻力变大时，改变牵引变电所的输出功率，短时间内若仍需维持机车原速匀速行驶，但U3>25kV D．若在额定电压下，该机车的输出功率为9000kW，机车的效率为90%，则牵引变电所到机车间的等效电阻r为6.25Ω 10．（多选题）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（　　） A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为2P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为4P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为4P 11．（多选题）城市用电通常分为高峰和低谷，某发电站为了保证功率稳定，采用了储能站在用电低谷时将多余电能储存起来。如图所示，发电机的输出电压，输出功率为500kW。降压变压器的原、副线圈匝数比，输电线总电阻。其余线路电阻不计，用户端电压，低谷耗电功率为88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．用电高峰时用户端消耗的功率为500kW B．用电低谷时，输电线上损失的功率为4.8kW C．用电低谷时，储能站储存电能的功率为408kW D．用电低谷时，升压变压器的匝数比为 12．（多选题）某村庄通过如图所示的降压变压器给用户供电，变压器输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动，但变压器到村庄的距离较远，输电线的电阻不可忽略，其电阻用定值电阻表示，图中R表示后面并联的用户用电器的总电阻。当用户用电器增多时，下列说法正确的是（　　） A．用电器两端的电压保持不变 B．电压表V2的示数保持不变 C．电流变A1的示数减小、电流表A2的示数增大 D．变压器的输入功率增大 12 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $