2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第7節(jié) 電能的輸送練習(xí) 教科版選修3-21輸電線上的功率損失P_，降低輸電損耗的兩個(gè)途徑為：_，_.2遠(yuǎn)距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用_變壓器_電壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過(guò)_變壓器_所需的電壓3現(xiàn)代的直流輸電，只有_這個(gè)環(huán)節(jié)使用直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電，通過(guò)變壓器升高電壓，然后使用_設(shè)備使它成為直流電，用輸電線把_輸送出去，到用電地點(diǎn)附近，再使用_把直流電變回到交流電并通過(guò)變壓器降壓后供用戶使用(整流和逆變統(tǒng)稱為換流)4下列關(guān)于電能輸送的說(shuō)法中正確的是()A輸送電能的基本要求是可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)B減小輸電導(dǎo)線上功率損失的惟一辦法是采用高壓輸電C減小輸電導(dǎo)線上電壓損失的惟一方法是增大輸電線的橫截面積D實(shí)際輸電時(shí)，要綜合考慮各種因素，如輸電功率大小、距離遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件等5輸電導(dǎo)線的電阻為R，輸送電功率為P.現(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來(lái)輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為()AU1U2BUUCUUDU2U16如圖1所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是()圖1A增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失B高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減小電路的發(fā)熱損耗C在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越小D高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一線路損耗問(wèn)題1發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線電阻為R，通過(guò)導(dǎo)線的電流為I，學(xué)校輸入電壓為U2，下列計(jì)算輸電線損耗的式子中，正確的是()A.B.CI2RDI(U1U2)2某發(fā)電站采用高壓輸電向外輸送電能若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導(dǎo)線的總電阻為R.則下列說(shuō)法正確的是()A輸電線上的電流IB輸電線上的電流IC輸電線上損失的功率P()2RD輸電線上損失的功率P知識(shí)點(diǎn)二遠(yuǎn)距離輸電線路各物理量的關(guān)系3一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kW，電壓為4000V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電輸電線路總電阻R1k.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220V，60W)若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則()AT1原、副線圈電流分別為103A和20ABT2原、副線圈電壓分別為1.8×105V和220VCT1和T2的變壓比分別為150和401D有6×104盞燈泡(220V,60W)正常發(fā)光4某小型水電站的電能輸送示意圖如圖2所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220V的用電器正常工作，則()圖2A.>B.<C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率【方法技巧練】遠(yuǎn)距離輸電的解題技巧5發(fā)電機(jī)的端電壓220V，輸出電功率44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2，如果用初、次級(jí)匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級(jí)匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶(1)畫出全過(guò)程的線路示意圖(2)求用戶得到的電壓和功率(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率6在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導(dǎo)線電阻率為，橫截面積為S，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的電功率為P用，則下列關(guān)系式正確的是()APBPCP用PDP用P(1)1遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國(guó)正在研究用比330kV高得多的電壓進(jìn)行輸電采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A可節(jié)省輸電線的材料B可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C可減小輸電線上的能量損失D可加快輸電的速度2在遠(yuǎn)距離輸電中，當(dāng)輸電線的電阻和輸送的電功率不變時(shí)，那么()A輸電線路上損失的電壓與輸送電流成正比B輸電的電壓越高，輸電線路上損失的電壓越大C輸電線路上損失的功率跟輸送電壓的平方成反比D輸電線路上損失的功率跟輸電線上電流成正比3某用電器離供電電源的距離為L(zhǎng)，線路上的電流為I，若要求線路上的電壓降不超過(guò)U，已知輸電線的電阻率為，該輸電線的橫截面積最小值是()A.B.C.D.4在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，若輸送的功率不變，使輸出電壓升高為原來(lái)的n倍，則輸電線路上因電阻而產(chǎn)生的電能損失將變?yōu)樵瓉?lái)的()An2倍Bn倍C.D.5在如圖3所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有()圖3A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大6某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過(guò)電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處村寨附近的降壓變壓器降低電壓后，再用線路接到各用戶，設(shè)兩變壓器都是理想變壓器，那么在用電高峰期，白熾燈不夠亮，但用電總功率增加，這時(shí)()A升壓變壓器的副線圈的電壓變大B高壓輸電線路的電壓損失變大C降壓變壓器的副線圈上的電壓變大D降壓變壓器的副線圈上的電壓變小7某發(fā)電站用11kV交變電壓輸電，輸送功率一定，輸電線的電阻為R.現(xiàn)若用變壓器將電壓升高到220kV送電，下面哪個(gè)選項(xiàng)正確()A因I，所以輸電線上的電流增為原來(lái)的20倍B因I，所以輸電線上的電流減為原來(lái)的C因P，所以輸電線上損失的功率增為原來(lái)的400倍D若要使輸電線上損失的功率不變，可將輸電線的直徑減為原來(lái)的題號(hào)1234567答案8.有一座小型水電站，輸出的電功率是25kW，輸出電壓為400V若輸電導(dǎo)線的總電阻為1，求輸電線上損失的電功率和用戶得到的功率分別是_，_.9水電站給遠(yuǎn)處山村送電的輸出功率100kW，用2000V的電壓輸電，線路上損失的功率是2.5×104W，如果用20000V的高壓輸電，線路上損失的功率為_W.10對(duì)某一輸電線路，線路架設(shè)情況已確定，現(xiàn)要求輸送一定的電功率P，若輸電線上損失的功率占輸送功率P的百分比用表示，輸電線路總電阻用r表示，輸電電壓用U表示，則、P、U、r間滿足什么關(guān)系？從中你能得出什么結(jié)論？11某發(fā)電站的輸出功率為104kW，輸出電壓為4kV，通過(guò)理想變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處用戶供電已知輸電導(dǎo)線的電阻率為2.4×108·m，導(dǎo)線橫截面積為1.5×104m2，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求：(1)升壓變壓器的輸出電壓；(2)輸電線路上的電壓損失12.有一臺(tái)內(nèi)阻為1的發(fā)電機(jī)，供給一個(gè)學(xué)校照明用電，如圖4所示，升壓變壓器的匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻R4，全校共22個(gè)班，每班有“220 V,40 W”的電燈6盞，若要保證電燈全部正常發(fā)光，求：圖4(1)發(fā)電機(jī)輸出功率；(2)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)；(3)輸電效率；(4)若使用燈數(shù)減半且正常發(fā)光，發(fā)電機(jī)輸出功率是否減半第7節(jié)電能的輸送答案課前預(yù)習(xí)練1I2r減小輸電導(dǎo)線的電阻減小輸電導(dǎo)線中的電流2升壓升高降壓降到3高壓輸電整流高壓直流電逆變器4AD5C由PUI，P損I2R可得P損，所以輸電線上損失的功率與輸送電壓的平方成反比，C項(xiàng)正確6ABD導(dǎo)線的橫截面積越大，導(dǎo)線的電阻越小，電能損失就越小，A對(duì)；在輸送功率一定的前提下，提高輸送電壓U，由I知，能減小電流I，從而減小發(fā)熱損耗，B對(duì)；若輸送電壓一定，由I知，輸送的電功率P越大，I越大，發(fā)熱損耗就越多，C錯(cuò)；高壓輸電時(shí)要綜合考慮材料成本、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等各種因素，不是電壓越高越好，D對(duì)課堂探究練1BCD輸電線的損耗P損I2R線IU線其中U線U1U2，故B、C、D正確點(diǎn)評(píng)計(jì)算功率損失常用公式P損IR線和P損，特別在利用P損時(shí)要注意U線是R線上的電壓2BC輸電線上的電流I線故A錯(cuò)誤，B正確；輸電線上的功率損失PIR()2R，故C正確，D錯(cuò)誤點(diǎn)評(píng)由功率損失P()2R線知：當(dāng)輸送功率P輸一定時(shí)減少輸電線上功率損失的方法為提高輸電電壓或減小輸電導(dǎo)線的電阻3ABD輸電線上消耗的功率P線IR400kW，則I220A，又P1U1I1，則I1103A，故A正確；T1的變壓比，又PU1I1U2I2，得U22×105V，輸電線上損失電壓U線I2R2×104V，則T2原線圈的輸入電壓U3U2U線1.8×105V，又燈泡正常發(fā)光，T2的副線圈的電壓為220V，B正確；T2的變壓比，C錯(cuò)誤；根據(jù)U3I260n，解得n6×104，D正確點(diǎn)評(píng)遠(yuǎn)距離輸電線路圖如下各物理量有下列關(guān)系電壓關(guān)系：U發(fā)U1，U2U3U損，U4U用；電流關(guān)系：n1I1n2I2，I2I線I3，n3I3n4I4；功率關(guān)系：P發(fā)P1P2，P2P3P損，P3P4P用，P損I2R線，P損2R線，P損IU損4AD由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率P出P損P入，故D正確.，因?yàn)閁1200V<U4220V，U2>U3U2U線，故>，選項(xiàng)A正確點(diǎn)評(píng)在理解電壓關(guān)系時(shí)，可把輸電線路理解為三個(gè)閉合回路如圖第一個(gè)回路發(fā)電機(jī)是電源，升壓變壓器的原線圈是用電器，若輸電線電阻忽略則有U發(fā)U1；第二個(gè)回路升壓變壓器副線圈是電源，降壓變壓器的原線圈為用電器，則有U2U線U3；第三個(gè)回路降壓變壓器副線圈為電源，用戶為用電器，若輸電線電阻忽略則有U4U用5(1)見解析(2)219.6V4.392×104W(3)180V3.6×104W解析(1)示意圖如下圖所示(2)升壓變壓器次級(jí)的輸出電壓U2U1×220V2200V據(jù)升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知，升壓變壓器次級(jí)輸出電流I2A20A輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為URI2R20×0.2V4VPRIR202×0.2W80W加到降壓變壓器初級(jí)上的輸入電流和電壓為I3I220 AU3U2UR2 200 V4 V2 196 V降壓變壓器次級(jí)的輸出電壓和電流為U4·U3×2 196 V219.6 VI4·I310×20 A200 A用戶得到的功率為P4I4U4200×219.6W4.392×104W(3)若不采用高壓輸電，用220V低壓直接供電時(shí)，電路如下圖所示，則輸電電流IA200A，輸電線路上的電壓損失URIR200×0.2 V40 V所以用戶得到的電壓為U4U1UR220V40V180V用戶得到的功率為P4IU4200×180W3.6×104W方法總結(jié)(1)求解遠(yuǎn)距離輸電的關(guān)鍵是熟悉輸電線路圖，并畫出示意圖，把需要的物理量都標(biāo)在圖中的相應(yīng)位置上(2)分別在“三個(gè)回路”以及“兩個(gè)變壓器”上找各物理量的關(guān)系，特別注意以升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路，在此回路中利用電路知識(shí)分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系6BD輸電線電阻R，輸電電流I故輸電線上損失的電功率為PI2R2用戶得到的電功率為P用PPP.故B、D正確方法總結(jié)在遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題中，也要時(shí)刻注意能量守恒這一線索，即發(fā)電機(jī)的總功率應(yīng)等于線路上損失的熱功率和用戶得到的功率之和(在不考慮變壓器自身的能量損失的條件下)課后鞏固練1AC遠(yuǎn)距離輸電，往往輸送電功率一定，根據(jù)PUI，輸送電壓U越高，則輸送電流I越小，據(jù)P線I2r可知，當(dāng)要求在輸電線能量損耗一定的情況下，輸電線電阻可略大，導(dǎo)線可做得細(xì)一些或選擇電阻率大的材料(非銅材)；若輸電線確定，即r確定，則可減小線路上的能量損耗，故A、C項(xiàng)正確；而交流電的頻率是一定的，不隨輸送電壓的改變而改變，輸電的速度就是電磁波的傳播速度，也一定，故B、D項(xiàng)不正確2ACU損IR線，所以R線一定時(shí)，U損與I成正比，A正確U損I·R線·R線，所以P輸、R線一定時(shí)，U損與U輸成反比，B錯(cuò)誤P損I2R線2R線，所以P輸、R線一定時(shí)，P損與U輸?shù)钠椒匠煞幢?，C正確P損I2R線，所以P損與I2成正比，D錯(cuò)誤3B由歐姆定律有R；由電阻定律有R，由以上兩式解得：S4C根據(jù)輸電線上的功率損失的表達(dá)式：P損I2R()2R，電壓升高為原來(lái)的n倍，則功率損失為原來(lái)的.5CD對(duì)升壓(或降壓)變壓器而言，由變壓器電壓比U1U2n1n2知，輸入電壓不變，線圈匝數(shù)不變，輸出電壓不變，故A選項(xiàng)不正確；由PUI知，U不變，P增大，故I增大，使得輸電線上的電壓損耗U損I2R線增大，功率損耗P損IR線增大，所以降壓變壓器上的輸入電壓減小，輸出電壓減小，所以B不正確，C正確；因?yàn)檩旊娋€上損耗的功率占總功率的比例為P1，所以隨發(fā)電廠輸出功率變大，該值變大，D正確6BD變壓器的輸入功率、輸入電流的大小是由負(fù)載消耗的功率大小決定的，用電高峰期，白熾燈不夠亮，消耗功率增大，輸電線中的電流增大，線上電壓增加，B正確發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定，升壓變壓器的副線圈的電壓不變，降壓變壓器的輸出電壓由升壓變壓器副線圈的電壓與線上損耗電壓之差決定，D正確7BD選項(xiàng)A中，I是輸電線中的電流，R是輸電線的電阻，但是U不是輸電線上損失的電壓，而是總的輸送電壓(是輸電線和負(fù)載上電壓之和)，所以不能用I計(jì)算輸電線中的電流，在運(yùn)用歐姆定律時(shí)，I、R、U應(yīng)該對(duì)應(yīng)于同一部分導(dǎo)體因?yàn)檩斔偷墓β室欢ǎ蒊可知，當(dāng)輸送的電壓增為原來(lái)的20倍時(shí)，電流減為原來(lái)的，選項(xiàng)B正確選項(xiàng)C中，R是輸電線的電阻，而U是總的輸送電壓，R與U又不對(duì)應(yīng)，所以P是錯(cuò)誤的輸電線上損失的功率一般用P損I2R計(jì)算，從選項(xiàng)B中已經(jīng)知道電流減為了原來(lái)的.若P損不變，則輸電線的電阻可增為原來(lái)的400倍，根據(jù)R，在電阻率、長(zhǎng)度不變的條件下，那么導(dǎo)線的橫截面積可減小為原來(lái)的，即導(dǎo)線的直徑減為原來(lái)的，所以選項(xiàng)D是正確的83.9kW21.1kW解析由PIU，可求出輸電線中的電流為I線A62.5A，輸電線上損失的功率為P損IR線62.52×1W3906.25W3.9kW，用戶得到的功率為P用25kW3.9kW21.1kW，即輸電線上損失的功率約為3.9kW，用戶得到的電功率約為21.1kW.9250解析線路上損失的功率P損I2R線，又I所以P損2R線，代入數(shù)據(jù)，解得R線10，當(dāng)用20000V的高壓輸電時(shí)，P損2R線250W.10見解析解析輸電線路上損失的功率P損PI2r又PUI聯(lián)立可得：P2r，即U2Pr，當(dāng)P、r確定時(shí)，有U2定值，所以要減小，必須提高輸電電壓U.11(1)8×104V(2)3.2×103V解析(1)導(dǎo)線電阻r25.6輸電線路損失功率為輸出功率的4%，則4%PI2r，代入數(shù)據(jù)得：I125A由理想變壓器P入P出及PUI得：輸出電壓UV8×104V(2)輸電線路上電壓損失UIr125×25.6V3.2×103V12(1)5424W(2)250V(3)97%(4)大于一半解析由于發(fā)電機(jī)至升壓變壓器、降壓變壓器至學(xué)校距離較短，不必考慮這兩部分輸電導(dǎo)線上的功率損耗，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E，一部分降在電源內(nèi)阻上，另一部分為發(fā)電機(jī)的路端電壓U1，升壓變壓器副線圈電壓U2的一部分降在輸電線上，其余的就是降壓變壓器原線圈電壓U3，而U4應(yīng)為燈的額定電壓U額(1)對(duì)降壓變壓器：P3P4U4I4nP燈22×6×40W5280W而U3U4880V所以I3A6A對(duì)升壓變壓器：U1I1U2I2IRU3I3IRP362×4W5280W5424W所以，發(fā)電機(jī)的輸出功率P出5424W(2)因?yàn)閁2U3I線RU3I3R880V6×4V904V所以U1U2×904 V226 V又U1I1U2I2所以I14I24I324 A故EU1I1r226 V24×1 V250 V(3)×100%×100%97%(4)電燈減少一半時(shí)nP燈2640W，I3A3A所以P出nP燈IR2640W32×4W2676W發(fā)電機(jī)輸出功率減少一半還要多，因輸電線上的電流減少一半，輸電線上電功率的損失減少到原來(lái)的.