4. 电能的输送（同步讲义）物理人教版选择性必修第二册

4. 电能的输送 【知识梳理】 1 一、 降低输电损耗的两个途径 1 二、 电网供电 1 【重难探究】 2 探究1 　探究降低输电损耗的两个途径 2 探究2 电网供电 4 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 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。 （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）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。 （3）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。 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。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。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。 知识点2 电网供电 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。 【重难探究】 探究1 　探究降低输电损耗的两个途径 【探究导入】 城市夜晚灯火通明，家用电器正常运行，这些都依赖于从发电站远距离输送来的电能。然而，在输电过程中，部分电能会在线路上以热量的形式损耗。为了高效供电，工程师需要采取措施减少这种损耗，确保电能安全、经济地送达千家万户。 问题 1. 输电线上的功率损失与哪些因素有关？ 提示：根据公式，输电线路的功率损失与输电电流的平方和线路电阻成正比。因此，减小或均可降低损耗 2. 若采用更粗的铜导线，能否有效减少输电损耗？为什么实际中不能无限增加导线横截面积？ 提示：增加横截面积可减小电阻，从而降低损耗。但导线过粗会导致材料消耗大、重量增加，架设困难，成本上升，因此横截面积受限。 3. 如果保持输送功率不变，将输电电压提高，输电电流会发生什么变化？这对线路损耗有何影响？ 提示：由可知，当输送功率一定时，提高电压，电流将减小。由于，电流减小会显著降低功率损失 4. 为什么现代远距离输电普遍采用高压甚至特高压？ 提示：高压输电可在不减少输送功率的前提下大幅降低电流，从而显著减少损耗，是高效远距离输电的关键。 5.是否输电电压越高越好？为什么？ 提示：电压过高会提高对绝缘材料和变压器的要求，增加建设和维护成本，因此需综合技术与经济因素选择合适电压。 【探究归纳】 1. 输电线上的功率损失为。 2. 减小输电损耗的两个途径：一是减小输电线电阻，可通过选用电阻率小的材料或增大横截面积实现；二是减小输电电流。 3. 在输送功率一定时，提高输电电压可减小输电电流，从而显著降低损耗。 实际输电电压的选择需综合考虑输送功率、距离、技术和经济因素。 【典例赏析】 [例1]（25-26高二下·江苏无锡·期中）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。 　【针对训练】 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。 2．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。 探究2 电网供电 【探究导入】 情境探究 每天晚上，城市中的路灯、家庭中的电灯、电视、空调等电器同时开启，用电量巨大。这些电并不是由某个单一电厂直接送到每家每户的，而是通过纵横交错的输电线路和多个变电站，从遥远的发电厂输送而来。例如，三峡水电站发出的电可以输送到千里之外的上海，支撑城市的正常运转。 问题 1.为什么发电厂发出的电不能直接送到用户家中使用？ 提示：发电机组输出电压约为10 kV，若直接输送，在远距离输电过程中由于导线电阻会导致大量电能以热的形式损耗，因此必须先升压以减小电流，从而降低输电损耗。 2.远距离输电为什么要先升压再逐级降压？ 提示： 根据，输电功率一定时，提高电压可减小电流，显著降低线路损耗。因此需用升压变压器将电压升至几百kV进行远距离传输，到达用电区域后，再通过多级变电站逐步降压至用户可用的220 V/380 V。 3.多个电厂和用户连接在一起供电，相比一个电厂供一批用户有什么优势？ 提示：电网将多个电厂与广大用户连接，可实现电力资源的统一调度，避免局部断电，提升供电可靠性，并能根据各地用电需求动态调配电力。 4.不同类型的电厂（如火电、水电、核电）如何在电网中协调工作？ 提示： 水电在丰水期发电成本低，优先使用；火电调节灵活，用于补充高峰负荷；核电稳定，适合承担基础负荷。电网可根据各类电源特点合理调度，提高供电效率与稳定性。。 【探究归纳】 1. 发电机组输出电压约为10 kV，需经升压变压器升至几百kV进行远距离输电。 2. 电能到达用电区域后，先在一次高压变电站降至100 kV左右，再在二次高压变电站降至10 kV左右。 3. 部分电能供工业用户使用，其余经低压变电站降至220 V/380 V供普通用户。 4. 电网是通过输电线和变电站将多个电厂与广大用户连接形成的全国性或地区性输电网络。 5. 电网可降低能源运输成本，提高经济效益，减小断电风险，调剂电力供需，合理调度不同类型电力。 [例2】如图所示为某一新能源动力电池充电的供电电路图．升压变压器副线圈两端接有一理想电压表，示数，升压变压器原、副线圈的匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。充电桩充电时的额定功率，额定电压，变压器均视为理想变压器．求： (1)升压变压器原线圈两端电压以及降压变压器原线圈两端电压； (2)通过输电线上的电流及输电线的总电阻； (3)供电电路的效率。 【详解】（1）根据理想变压器两端电压与匝数的关系 得 额定电压，根据 得 （2）充电桩充电时的额定功率，可知降压变压器的输入功率为，通过输电线上的电流 输电线电压降 输电线的总电阻 （3）配电设施的输出功率 供电电路的效率 【针对训练】 3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。 4．“张北的风点亮北京的灯”，中国外交部发言人赵立坚这一经典语言深刻体现了2022年北京冬奥会的“绿色奥运”理念。张北可再生能源示范项目，把张北的风转化为清洁电力，并入冀北电网，再输向北京、延庆、张家口三个赛区。现有一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向北京赛区某场馆1万个额定电压为220V、额定功率为22W的LED灯供电。当发电机输出如图乙所示的电压时，赛区的LED灯全部可以正常工作。已知输电导线损失的功率为赛区获得总功率的4%，输电导线的等效电阻为R=22Ω。 (1)风力发电机的转速。 (2)降压变压器原、副线圈匝数比。 (3)升压变压器原、副线圈匝数比。 【详解】（1）由图可得，发电机产生的交流电周期 风力发电机的转速 （2）用户获得的功率 降压变压器副线圈电流 输电线上损失的功率 输电线上的电流 降压变压器原副线圈匝数比 （3）降压变压器原线圈两端电压 输电线上损失的电压 升压变压器副线圈两端电压 升压变压器原副线圈匝数比 【课堂自测·基础练】 1．以下说法正确的是（　　） A．灵敏电流计在运输时不需要用导体把两个接线柱连在一起 B．法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场 C．洛伦兹提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在 D．远距离输电时，为了减小输电电流，就要降低输电电压 【答案】B 【详解】A．灵敏电流计在运输时总要用导体把正负接线柱连起来是为了避免指针因剧烈摆动而损坏，利用的原理是电磁阻尼，故A错误； B．法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场，故B正确； C．麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，故C错误； D．在输送功率不变时，提高输电电压，由可知，输电线的电流减小，可知输电线的电流变小，在输电线电阻不变时，由可知，输电线上损失的功率变小，故D错误； 故选B。 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。 3．我国特高压输电技术达到世界领先水平。在输电线及输电距离不变的情况下，采用超高压输电时，输电电压为，输电总功率为；采用特高压输电时，输电电压为，输电总功率为。已知两次输电效率相同，则和之比为（　　） A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 【答案】A 【详解】输电效率相同，即两次输电过程中损失的功率占总功率的比例相等。 设输电线电阻为，总功率为，输电电压为，则输电电流 功率损失 根据效率相同， 代入公式得 化简后 两边消去，得 即。 故选A。 4．如图所示为某小型发电站高压输电示意图，发电站输出的电压不变；升压变压器输出电压为，输电线电流为，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为和，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．电厂输送的电功率为 C．若线圈匝数增加一倍，①的示数增加一倍 D．若输送距离增加一倍，则输电线上的损耗功率增加一倍 【答案】B 【详解】A．由图可知①和互感器并联在零线、火线上，则①为电压表；②和互感器串联在电路中，则②为电流表，故A错误； B．不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，则电厂输送的电功率为 故B正确； C．若线圈匝数增加一倍，对于电压互感器，由于原线圈两端电压，即升压变压器输出电压不变，则电压表①的示数不变，故C错误； D．若输送距离增加一倍，则输电线电阻增加一倍，将降压变压器和用户看成一个等效电阻，则有 输电线上的电流为 可知输电线上的电流减小，根据 可知输电线上的损耗功率不是增加一倍，故D错误。 故选B。 5．用如图所示的电路从我国西部向东部远距离供电，升压变压器和降压变压器均为理想变压器且都有一个线圈可调，发电厂输出电压恒定，升压变压器和降压变压器之间输电线的总电阻R不变，当用电高峰来临，接入电路的用户增多时，下列说法正确的是（　　） A．用户端总电阻增大 B．输电线上消耗的功率减小 C．仅将下调，可保持输电线损耗的功率与用电高峰前相同 D．仅将下调，可保持输电线损耗的功率与用电高峰前相同 【答案】C 【详解】A．接入的用户增多时，更多用电器并联，用户端总电阻减小，故A错误； B．用户增多，总功率增大，降压变压器输出电流增大，因此输电线上的电流增大；输电线损耗功率，不变，增大，因此损耗功率增大，故B错误； C．发电厂输出电压恒定，根据升压变压器变压比：，得输电电压。仅下调，即减小升压变压器原线圈匝数，因此升高。 用电高峰时总输送功率增大，输电电流，若增大的比例与增大的比例相同，可使与用电高峰前相等，因此损耗也与高峰前相同，故C正确； D．不变，要保持输电电流不变，根据等效电阻：输电线回路总电阻为，，减小后，若要不变，确实需要减小（下调），但此时用户端电压会降低，不符合远距离输电保证用户电压的要求；且题目中仅要求保持损耗不变，实际该调整下用户功率无法满足高峰需求，故D错误。 故选C。 6．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。 7．在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为、，两变压器间输电线路电阻为。下列说法正确的是（　　） A．仅增加用户数，消耗的功率减小 B．仅增加用户数，用户端的电压增大 C．仅适当增加，用户端的电压增大 D．仅适当增加，整个电路消耗的电功率减小 【答案】C 【详解】A．整个电路物理量标注如图 设用户端总电阻为，降压器输入端等效为电阻，则有 因为 其中，则对于输电线有 联立整理可得 仅增加用户数，则减小，可知增大，根据 可知消耗的功率增大，故A错误； B．仅增加用户数，增大，根据 可知减小，根据用户端的电压 可知用户端的电压减小，故B错误； C．仅适当增加，根据 可知增大，根据 可知增大，根据 可知增大，根据用户端的电压 可知用户端的电压增大，故C正确； D．由C选项可知，仅适当增加，、增大，根据整个电路消耗的电功率 可知整个电路消耗的电功率变大，故D错误。 故选C。 8．如图是远距离输电线路示意图。已知升、降压变压器均为理想变压器，原副线圈匝数比分别为，升压变压器输入端电压峰值为、输入功率为P，输电线的总电阻为，下列说法正确的是（　　） A．输电线上的电流为 B．降压变压器输出端的电压为 C．若用户端负载增多，输电线损耗的功率减小 D．若，升压变压器输入端电流与降压变压器输出端电流大小相等 【答案】D 【详解】A．题意可知升压器输入端电压有效值 则升压器输入端电流 根据电流与匝数关系可知，输电线上的电流 故A错误； B．根据电压与匝数关系可知，升压器输出端电压为 则降压器输入端电压 故降压变压器输出端的电压为 联立以上解得 故B错误； C．若用户端负载增多，总电阻减小，降压变压器副线圈电流增大，根据变压器电流关系，输电线上电流增大，由 可知输电线损耗的功率增大，故C错误； D．以上分析可知当升压变压器输入端电流大小为时，输电线上的电流大小 根据电流与匝数关系可知，降压变压器输出端电流大小 联立以上可得 故当时，，故D正确。 故选D。 9．（多选）如图所示为变压器给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，用户数量发生变化时输入电压基本稳定。两条输电线的总电阻为R0，当用户的用电功率增加时，下列关于电表读数的说法正确的是（　　） A．A1减小 B．A2增大 C．V2减小 D．V3减小 【答案】BD 【详解】A．当用户的用电功率增加时，变压器的输入功率也增加，由，依题意不变，则增大，故A1增大，A错误； B．由，知增大，则A2增大，B正确； C．由，知不变，则V2不变，C错误； D．由，知减小，V3减小，D正确。 故选BD。 10．（多选）（高压输电线路的分析与计算）在远距离输电中，输电导线的总电阻为R，升压变压器输出的电压为U1，输出功率为P，降压变压器得到的电压为U2，则下面表示导线上的功率损失正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】BC 【详解】升压变压器的输出电压为U1，降压变压器的输入电压为U2，则 输电线上的电压损失 升压输电线上损失的功率， 因为输电线上的电流为I，则输电线上损失的功率 故选BC。 11．（多选）2025年12月30日，蒙西至京津冀±800kV特高压直流工程正式开工建设。某远距离输电的原理示意图如图所示，已知升压变压器原线圈两端的电压为且保持不变，升压变压器的输入功率为，升压变压器的原、副线圈的匝数分别为、，输电线电阻为R，两变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（   ） A．升压变压器副线圈的输出电压 B．输电线上损耗的功率 C．若用户处电阻减小，则输电线上损耗的功率增大 D．若仅将升压变压器的原线圈的匝数变为，则输电线上损耗的功率变为原来的2倍 【答案】BC 【详解】A．由变压器原理可知，解得，选项A错误； B．由变压器原理可知， 输电线上损耗的功率，选项B正确； C．当用户处电阻减小时，降压变压器次级电流变大，则初级电流也变大，则输电线上的电流增大，输电线上损耗的功率增大，选项C正确； D．若仅将升压变压器的原线圈的匝数变为，则升压变压器副线圈两端的电压变为原来的2倍，输电线上的电流变为原来的，根据，可知输电线上损耗的功率变为原来的，选项D错误。 故选BC。 12．（多选）如图所示为输电能耗演示电路。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为6V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为，开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R消耗的功率为8W；接2时，原、副线圈匝数比为1∶2，则（　　） A．接1时，原线圈两端电压为 B．接1时，原线圈中的电流为 C．接2时，R消耗的功率 D．接2时，R消耗的功率 【答案】AD 【详解】A．接1时，R消耗的功率为8W，由，可得 由 解得，故A正确； B．接1时，由，解得原线圈中的电流为，故B错误； CD．接1时，由 解得 则 连接两理想变压器的导线总电阻为 接2时，设右侧变压器副线圈两端电压为，则 由 则 由 解得 则连接两理想变压器的导线总电阻的电压降为 由 解得 则R消耗的功率 故C错误，D正确。 故选AD。 13．如图为某发电厂的输电原理图，升压变压器原、副线圈匝数比为，降压变压器原、副线圈匝数比为。将发电机发出的正弦交流电接在的两端，经变压后输送给附近的用户。输电线的总电阻为，其消耗的功率为1000W。若用户端获得的电压为220V，则输电线电流有效值为__________A，发电机输出电压的最大值为__________V。（本题第2空保留3位有效数字） 【答案】 1 976 【详解】[1]输电线上消耗的功率，，输电线的总电阻为 故解得输电线上的电流的有效值 [2]设用户端获得电压为，降压变压器输入电压为，升压变压器输入端电压为，输出端电压为，又有 解得 升压变压器输出端电压 对于升压变压器有 故解得 故发电机输出电压的最大值为 14．发电机路端电压，输出电功率，输电线路的总电阻。先用原、副线圈匝数之比为的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数之比为的降压变压器降压供给用户。 (1)画出发电机给用户供电全过程的电路图； (2)求用户得到的电压和功率。 【详解】（1）发电机供电全过程的线路图如图所示 （2） 用户得到的电压 用户得到的电功率 15．发电机输出功率为98kW，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5%，而用户所需要电压为220V，变压器为理想变压器输电线路如图所示。求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比。 【详解】输电线上损耗功率为发电机输出功率的5%，则有 可得输电线路电流为 则升压变压器输出电压为 升压变压器上原、副线圈的匝数比为 降压变压器原线圈的输入电压为 则降压变压器上原、副线圈的匝数比为 【素养进阶·提升练】 1. （2026·贵州·高考真题）如图，某发电站输出电压的交流电，经两个变压器先后将电压升至和，再并入电网。输电线电阻，。设所用变压器均为理想变压器，若发电站输出功率，则和上损失的总功率为（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】发电站输出总功率 因此所在回路电流：  的功率损失：   理想变压器无损耗，第一个变压器副线圈输出功率等于原线圈输入功率，即​ 结合​，得所在回路电流： 的功率损失：  故选B。 2．（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。 3．（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。 4．（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。 5．（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。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4. 电能的输送 【知识梳理】 1 一、 降低输电损耗的两个途径 1 二、 电网供电 1 【重难探究】 2 探究1 　探究降低输电损耗的两个途径 2 探究2 电网供电 4 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 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。 （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）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。 （3）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。 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。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。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。 知识点2 电网供电 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。 【重难探究】 探究1 　探究降低输电损耗的两个途径 【探究导入】 城市夜晚灯火通明，家用电器正常运行，这些都依赖于从发电站远距离输送来的电能。然而，在输电过程中，部分电能会在线路上以热量的形式损耗。为了高效供电，工程师需要采取措施减少这种损耗，确保电能安全、经济地送达千家万户。 问题 1. 输电线上的功率损失与哪些因素有关？ 提示：根据公式，输电线路的功率损失与输电电流的平方和线路电阻成正比。因此，减小或均可降低损耗 2. 若采用更粗的铜导线，能否有效减少输电损耗？为什么实际中不能无限增加导线横截面积？ 提示：增加横截面积可减小电阻，从而降低损耗。但导线过粗会导致材料消耗大、重量增加，架设困难，成本上升，因此横截面积受限。 3. 如果保持输送功率不变，将输电电压提高，输电电流会发生什么变化？这对线路损耗有何影响？ 提示：由可知，当输送功率一定时，提高电压，电流将减小。由于，电流减小会显著降低功率损失 4. 为什么现代远距离输电普遍采用高压甚至特高压？ 提示：高压输电可在不减少输送功率的前提下大幅降低电流，从而显著减少损耗，是高效远距离输电的关键。 5.是否输电电压越高越好？为什么？ 提示：电压过高会提高对绝缘材料和变压器的要求，增加建设和维护成本，因此需综合技术与经济因素选择合适电压。 【探究归纳】 1. 输电线上的功率损失为。 2. 减小输电损耗的两个途径：一是减小输电线电阻，可通过选用电阻率小的材料或增大横截面积实现；二是减小输电电流。 3. 在输送功率一定时，提高输电电压可减小输电电流，从而显著降低损耗。 实际输电电压的选择需综合考虑输送功率、距离、技术和经济因素。 【典例赏析】 [例1]（25-26高二下·江苏无锡·期中）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 　【针对训练】 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 2．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 探究2 电网供电 【探究导入】 情境探究 每天晚上，城市中的路灯、家庭中的电灯、电视、空调等电器同时开启，用电量巨大。这些电并不是由某个单一电厂直接送到每家每户的，而是通过纵横交错的输电线路和多个变电站，从遥远的发电厂输送而来。例如，三峡水电站发出的电可以输送到千里之外的上海，支撑城市的正常运转。 问题 1.为什么发电厂发出的电不能直接送到用户家中使用？ 提示：发电机组输出电压约为10 kV，若直接输送，在远距离输电过程中由于导线电阻会导致大量电能以热的形式损耗，因此必须先升压以减小电流，从而降低输电损耗。 2.远距离输电为什么要先升压再逐级降压？ 提示： 根据，输电功率一定时，提高电压可减小电流，显著降低线路损耗。因此需用升压变压器将电压升至几百kV进行远距离传输，到达用电区域后，再通过多级变电站逐步降压至用户可用的220 V/380 V。 3.多个电厂和用户连接在一起供电，相比一个电厂供一批用户有什么优势？ 提示：电网将多个电厂与广大用户连接，可实现电力资源的统一调度，避免局部断电，提升供电可靠性，并能根据各地用电需求动态调配电力。 4.不同类型的电厂（如火电、水电、核电）如何在电网中协调工作？ 提示： 水电在丰水期发电成本低，优先使用；火电调节灵活，用于补充高峰负荷；核电稳定，适合承担基础负荷。电网可根据各类电源特点合理调度，提高供电效率与稳定性。。 【探究归纳】 1. 发电机组输出电压约为10 kV，需经升压变压器升至几百kV进行远距离输电。 2. 电能到达用电区域后，先在一次高压变电站降至100 kV左右，再在二次高压变电站降至10 kV左右。 3. 部分电能供工业用户使用，其余经低压变电站降至220 V/380 V供普通用户。 4. 电网是通过输电线和变电站将多个电厂与广大用户连接形成的全国性或地区性输电网络。 5. 电网可降低能源运输成本，提高经济效益，减小断电风险，调剂电力供需，合理调度不同类型电力。 [例2】如图所示为某一新能源动力电池充电的供电电路图．升压变压器副线圈两端接有一理想电压表，示数，升压变压器原、副线圈的匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。充电桩充电时的额定功率，额定电压，变压器均视为理想变压器．求： (1)升压变压器原线圈两端电压以及降压变压器原线圈两端电压； (2)通过输电线上的电流及输电线的总电阻； (3)供电电路的效率。 【针对训练】 3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 4．“张北的风点亮北京的灯”，中国外交部发言人赵立坚这一经典语言深刻体现了2022年北京冬奥会的“绿色奥运”理念。张北可再生能源示范项目，把张北的风转化为清洁电力，并入冀北电网，再输向北京、延庆、张家口三个赛区。现有一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向北京赛区某场馆1万个额定电压为220V、额定功率为22W的LED灯供电。当发电机输出如图乙所示的电压时，赛区的LED灯全部可以正常工作。已知输电导线损失的功率为赛区获得总功率的4%，输电导线的等效电阻为R=22Ω。 (1)风力发电机的转速。 (2)降压变压器原、副线圈匝数比。 (3)升压变压器原、副线圈匝数比。 【课堂自测·基础练】 1．以下说法正确的是（　　） A．灵敏电流计在运输时不需要用导体把两个接线柱连在一起 B．法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场 C．洛伦兹提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在 D．远距离输电时，为了减小输电电流，就要降低输电电压 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 3．我国特高压输电技术达到世界领先水平。在输电线及输电距离不变的情况下，采用超高压输电时，输电电压为，输电总功率为；采用特高压输电时，输电电压为，输电总功率为。已知两次输电效率相同，则和之比为（　　） A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 4．如图所示为某小型发电站高压输电示意图，发电站输出的电压不变；升压变压器输出电压为，输电线电流为，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为和，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．电厂输送的电功率为 C．若线圈匝数增加一倍，①的示数增加一倍 D．若输送距离增加一倍，则输电线上的损耗功率增加一倍 5．用如图所示的电路从我国西部向东部远距离供电，升压变压器和降压变压器均为理想变压器且都有一个线圈可调，发电厂输出电压恒定，升压变压器和降压变压器之间输电线的总电阻R不变，当用电高峰来临，接入电路的用户增多时，下列说法正确的是（　　） A．用户端总电阻增大 B．输电线上消耗的功率减小 C．仅将下调，可保持输电线损耗的功率与用电高峰前相同 D．仅将下调，可保持输电线损耗的功率与用电高峰前相同 6．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 7．在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为、，两变压器间输电线路电阻为。下列说法正确的是（　　） A．仅增加用户数，消耗的功率减小 B．仅增加用户数，用户端的电压增大 C．仅适当增加，用户端的电压增大 D．仅适当增加，整个电路消耗的电功率减小 8．如图是远距离输电线路示意图。已知升、降压变压器均为理想变压器，原副线圈匝数比分别为，升压变压器输入端电压峰值为、输入功率为P，输电线的总电阻为，下列说法正确的是（　　） A．输电线上的电流为 B．降压变压器输出端的电压为 C．若用户端负载增多，输电线损耗的功率减小 D．若，升压变压器输入端电流与降压变压器输出端电流大小相等 9．（多选）如图所示为变压器给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，用户数量发生变化时输入电压基本稳定。两条输电线的总电阻为R0，当用户的用电功率增加时，下列关于电表读数的说法正确的是（　　） A．A1减小 B．A2增大 C．V2减小 D．V3减小 10．（多选）（高压输电线路的分析与计算）在远距离输电中，输电导线的总电阻为R，升压变压器输出的电压为U1，输出功率为P，降压变压器得到的电压为U2，则下面表示导线上的功率损失正确的是（　　） A． B． C． D． 11．（多选）2025年12月30日，蒙西至京津冀±800kV特高压直流工程正式开工建设。某远距离输电的原理示意图如图所示，已知升压变压器原线圈两端的电压为且保持不变，升压变压器的输入功率为，升压变压器的原、副线圈的匝数分别为、，输电线电阻为R，两变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（   ） A．升压变压器副线圈的输出电压 B．输电线上损耗的功率 C．若用户处电阻减小，则输电线上损耗的功率增大 D．若仅将升压变压器的原线圈的匝数变为，则输电线上损耗的功率变为原来的2倍 12．（多选）如图所示为输电能耗演示电路。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为6V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为，开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R消耗的功率为8W；接2时，原、副线圈匝数比为1∶2，则（　　） A．接1时，原线圈两端电压为 B．接1时，原线圈中的电流为 C．接2时，R消耗的功率 D．接2时，R消耗的功率 13．如图为某发电厂的输电原理图，升压变压器原、副线圈匝数比为，降压变压器原、副线圈匝数比为。将发电机发出的正弦交流电接在的两端，经变压后输送给附近的用户。输电线的总电阻为，其消耗的功率为1000W。若用户端获得的电压为220V，则输电线电流有效值为__________A，发电机输出电压的最大值为__________V。（本题第2空保留3位有效数字） 14．发电机路端电压，输出电功率，输电线路的总电阻。先用原、副线圈匝数之比为的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数之比为的降压变压器降压供给用户。 (1)画出发电机给用户供电全过程的电路图； (2)求用户得到的电压和功率。 15．发电机输出功率为98kW，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5%，而用户所需要电压为220V，变压器为理想变压器输电线路如图所示。求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比。 【素养进阶·提升练】 1. （2026·贵州·高考真题）如图，某发电站输出电压的交流电，经两个变压器先后将电压升至和，再并入电网。输电线电阻，。设所用变压器均为理想变压器，若发电站输出功率，则和上损失的总功率为（ ） A. B. C. D. 2．（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 3．（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 4．（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 5．（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 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $