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2019-2020年高中物理 5.5 電能的輸送課時作業(yè) 新人教版選修3-2 1．輸電線上的功率損失P＝________，降低輸電損耗的兩個途徑為： ____________________，____________________. 2．遠距離輸電基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用________變壓器______電壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過______變壓器______所需的電壓． 3．下列關(guān)于電能輸送的說法中正確的是(　　) A．輸送電能的基本要求是可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟 B．減小輸電導線上功率損失的惟一辦法是采用高壓輸電 C．減小輸電導線上電壓損失的惟一方法是增大輸電線的橫截面積 D．實際輸電時，要綜合考慮各種因素，如輸電功率大小、距離遠近、技術(shù)和經(jīng)濟條件等 4．輸電導線的電阻為R，輸送電功率為P.現(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為(　　) A．U1∶U2 B．U∶U C．U∶U D．U2∶U1 5．如圖1所示為遠距離高壓輸電的示意圖．關(guān)于遠距離輸電，下列表述正確的是(　　) 圖1 A．增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失 B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗 C．在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過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】 知識點一　線路損耗問題 1．發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學校的輸電線電阻為R，通過導線的電流為I，學校輸入電壓為U2，下列計算輸電線損耗的式子中，正確的是(　　) A. B. C．I2R D．I(U1－U2) 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，輸電導線的總電阻為R.則下列說法正確的是(　　) A．輸電線上的電流I＝ B．輸電線上的電流I＝ C．輸電線上損失的功率P＝()2R D．輸電線上損失的功率P＝ 知識點二　遠距離輸電線路中各物理量的關(guān)系 3．一臺發(fā)電機最大輸出功率為4 000 kW，電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠方輸電．輸電線路總電阻R＝1 kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220 V，60 W)．若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則(　　) A．T1原、副線圈電流分別為103 A和20 A B．T2原、副線圈電壓分別為1.8105 V和220 V C．T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1 D．有6104盞燈泡(220 V,60 W)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)電機的輸出電壓為200 V，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220 V的用電器正常工作，則(　　) 圖2 A.> 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】 關(guān)于遠距離輸電問題的分析方法 5．發(fā)電機的端電壓220 V，輸出電功率44 kW，輸電導線的電阻為0.2 Ω，如果用初、次級匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶，則 (1)畫出全過程的線路示意圖； (2)求用戶得到的電壓和功率； (3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率． 6．在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導線電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，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(　　) A．P′＝ B．P′＝ C．P用＝P－ D．P用＝P(1－) 1．遠距離輸送交流電都采用高壓輸電．我國正在研究用比330 kV高得多的電壓進行輸電．采用高壓輸電的優(yōu)點是(　　) 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．在遠距離輸電中，當輸電線的電阻和輸送的電功率不變時，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，線路上的電流為I，若要求線路上的電壓降不超過U，已知輸電線的電阻率為ρ，該輸電線的橫截面積最小值是(　　) A. B. C. D. 4．在遠距離輸電時，若輸送的功率不變，使輸出電壓升高為原來的n倍，則輸電線路上因電阻而產(chǎn)生的電能損失將變?yōu)樵瓉淼?　　) A．n2倍 B．n倍 C. D. 5．在如圖3所示的遠距離輸電電路圖中，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，下列說法中正確的有(　　) 圖3 A．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)電機輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過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(　　) 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11 kV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220 kV送電，下面哪個選項正確(　　) A．因I＝，所以輸電線上的電流增為原來的20倍 B．因I＝，所以輸電線上的電流減為原來的 C．因P＝，所以輸電線上損失的功率增為原來的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的 題　號 1 2 3 4 5 6 7 答　案 8.有一座小型水電站，輸出的電功率是25 kW，輸出電壓為400 V．若輸電導線的總電阻為1 Ω，求輸電線上損失的電功率和用戶得到的功率分別是________，________. 9．水電站給遠處山村送電的輸出功率100 kW，用2 000 V的電壓輸電，線路上損失的功率是2.5104 W，如果用20 000 V的高壓輸電，線路上損失的功率為________W. 10．對某一輸電線路，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η表示，輸電線路總電阻用r表示，輸電電壓用U表示，則η、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104 kW，輸出電壓為4 kV，通過理想變壓器升壓后向80 km遠處用戶供電．已知輸電導線的電阻率為ρ＝2.410－8 Ωm，導線橫截面積為1.510－4 m2，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．有一臺內(nèi)阻為1 Ω的發(fā)電機，供給一個學校照明用電，如圖4所示，升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻R＝4 Ω，全校共22個班，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)電機輸出功率； (2)發(fā)電機電動勢； (3)輸電效率； (4)若使用燈數(shù)減半且正常發(fā)光，發(fā)電機輸出功率是否減半． 第5節(jié)　電能的輸送 答案 課前預習練 1．I2r　減小輸電導線的電阻　減小輸電導線中的電流 2．升壓　升高　降壓　降到 3．AD 4．C　[由P＝UI，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項正確．] 5．ABD　[導線的橫截面積越大，導線的電阻越小，電能損失就越小，A對；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；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；高壓輸電時要綜合考慮材料成本、技術(shù)、經(jīng)濟性等各種因素，不是電壓越高越好，D對．] 課堂探究練 1．BCD　[輸電線的損耗P損＝I2R線＝＝IU線 其中U線＝U1－U2，故B、C、D正確．] 點評　計算功率損失常用公式P損＝IR線和P損＝，特別在利用P損＝時要注意U線是R線上的電壓． 2．BC　[輸電線上的電流I線＝＝故A錯誤，B正確；輸電線上的功率損失P＝IR＝()2R＝，故C正確，D錯誤．] 點評　由功率損失P＝()2R線知：當輸送功率P輸一定時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線的電阻． 3．ABD　[輸電線上消耗的功率P線＝IR＝400 kW，則I2＝＝20 A，又P1＝U1I1，則I1＝＝103 A，故A正確；T1的變壓比＝＝，又P＝U1I1＝U2I2，得U2＝2105 V，輸電線上損失電壓U線＝I2R＝2104 V，則T2原線圈的輸入電壓U3＝U2－U線＝1.8105 V，又燈泡正常發(fā)光，T2的副線圈的電壓為220 V，B正確；T2的變壓比＝＝，C錯誤；根據(jù)U3I2＝60n，解得n＝6104，D正確．] 點評　遠距離輸電線路圖如下 各物理量有下列關(guān)系 ①電壓關(guān)系：U發(fā)＝U1，＝，U2＝U3＋U損，＝，U4＝U用； ②電流關(guān)系：n1I1＝n2I2，I2＝I線＝I3，n3I3＝n4I4； ③功率關(guān)系：P發(fā)＝P1＝P2，P2＝P3＋P損，P3＝P4＝P用， P損＝I2R線，P損＝2R線，P損＝IU損． 4．AD　[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.＝，＝，因為U1＝200 VU3＝U2－U線，故>，選項A正確．] 點評　在理解電壓關(guān)系時，可把輸電線路理解為三個閉合回路．如圖 第一個回路發(fā)電機是電源，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U2＝U線＋U3；第三個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U4＝U用． 5．(1)見解析　(2)219.6 V　4.392104 W (3)180 V　3.6104 W 解析　(1)示意圖如下圖所示 (2)升壓變壓器次級的輸出電壓 U2＝U1＝220 V＝2 200 V 據(jù)升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知，升壓變壓器次級輸出電流 I2＝＝ A＝20 A 輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為 UR＝I2R＝200.2 V＝4 V PR＝IR＝2020.2 W＝80 W 加到降壓變壓器初級上的輸入電流和電壓為 I3＝I2＝20 A U3＝U2－UR＝2 200 V－4 V＝2 196 V 降壓變壓器次級的輸出電壓和電流為 U4＝U3＝2 196 V＝219.6 V I4＝I3＝1020 A＝200 A 用戶得到的功率為 P4＝I4U4＝200219.6 W＝4.392104 W (3)若不采用高壓輸電，用220 V低壓直接供電時，電路如下圖所示，則輸電電流I＝＝ A＝200 A，輸電線路上的電壓損失 UR′＝IR＝2000.2 V＝40 V 所以用戶得到的電壓為 U4′＝U1－UR′＝220 V－40 V＝180 V 用戶得到的功率為P4′＝IU4′＝200180 W＝3.6104 W 方法總結(jié)　(1)求解遠距離輸電的關(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在圖中的相應位置上． (2)分別在“三個回路”以及“兩個變壓器”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分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系． 6．BD　[輸電線電阻R＝ρ，輸電電流I＝ 故輸電線上損失的電功率為P′＝I2R＝2ρ＝ 用戶得到的電功率為P用＝P－P′＝P.故B、D正確．] 方法總結(jié)　在遠距離輸電問題中，也要時刻注意能量守恒這一線索，即發(fā)電機的總功率應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 1．AC　[遠距離輸電，往往輸送電功率一定，根據(jù)P＝UI，輸送電壓U越高，則輸送電流I＝越小，據(jù)P線＝I2r可知，當要求在輸電線能量損耗一定的情況下，輸電線電阻可略大，導線可做得細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項不正確．] 2．AC　[U損＝IR線，所以R線一定時，U損與I成正比，A正確．U損＝IR線＝R線，所以P輸、R線一定時，U損與U輸成反比，B錯誤．P損＝I2R線＝2R線，所以P輸、R線一定時，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錯誤．] 3．B　[由歐姆定律有R＝，由電阻定律有R＝ρ，由以上兩式解得：S＝] 4．C　[根據(jù)輸電線上的功率損失的表達式：P損＝I2R＝()2R，電壓升高為原來的n倍，則功率損失為原來的.] 5．CD　[對升壓(或降壓)變壓器而言，由變壓器電壓比U1∶U2＝n1∶n2知，輸入電壓不變，線圈匝數(shù)不變，輸出電壓不變，故A選項不正確；由P＝UI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；因為輸電線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．] 6．BD　[變壓器的輸入功率、輸入電流的大小是由負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．] 7．BD　[選項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(是輸電線和負載上電壓之和)，所以不能用I＝計算輸電線中的電流，在運用歐姆定律時，I、R、U應該對應于同一部分導體． 因為輸送的功率一定，由I＝可知，當輸送的電壓增為原來的20倍時，電流減為原來的，選項B正確． 選項C中，R是輸電線的電阻，而U是總的輸送電壓，R與U又不對應，所以P＝是錯誤的． 輸電線上損失的功率一般用P損＝I2R計算，從選項B中已經(jīng)知道電流減為了原來的.若P損不變，則輸電線的電阻可增為原來的400倍，根據(jù)R＝ρ，在電阻率、長度不變的條件下，那么導線的橫截面積可減小為原來的，即導線的直徑減為原來的，所以選項D是正確的．] 8．3.9 kW　21.1 kW 解析　由P＝IU，可求出輸電線中的電流為I線＝＝ A＝62.5 A，輸電線上損失的功率為P損＝IR線＝62.521 W＝3 906.25 W≈3.9 kW，用戶得到的功率為P用＝25 kW－3.9 kW＝21.1 kW，即輸電線上損失的功率約為3.9 kW，用戶得到的電功率約為21.1 kW 9．250 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 Ω，當用20 000 V的高壓輸電時，P損′＝2R線＝250 W. 10．見解析 解析　輸電線路上損失的功率P損＝ηP＝I2r 又P＝UI 聯(lián)立以上兩式可得：ηP＝2r，即ηU2＝Pr，當P、r確定時，有ηU2＝定值，所以要減小η，必須提高輸電電壓U. 11．(1)8104 V　(2)3.2103 V 解析　(1)導線電阻 r＝ρ＝ Ω＝25.6 Ω 輸電線路損失功率為輸出功率的4%，則 4%P＝I2r，代入數(shù)據(jù)得：I＝125 A 由理想變壓器P入＝P出及P＝UI得： 輸出電壓U＝＝ V＝8104 V (2)輸電線路上電壓損失 U′＝Ir＝12525.6 V＝3.2103 V 12．(1)5 424 W　(2)250 V　(3)97%　(4)減少大于一半 解析　由于發(fā)電機至升壓變壓器、降壓變壓器至學校距離較短，不必考慮這兩部分輸電導線上的功率損耗，發(fā)電機的電動勢E，一部分降在電源內(nèi)阻上，另一部分為發(fā)電機的路端電壓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應為燈的額定電壓U額． (1)對降壓變壓器：P3＝P4＝U4I4＝nP燈＝22640 W＝5 280 W 而U3＝U4＝880 V 所以I3＝＝ A＝6 A 對升壓變壓器：U1I1＝U2I2＝IR＋U3I3＝IR＋P3＝624 W＋5 280 W＝5 424 W 所以，發(fā)電機的輸出功率P出＝5 424 W (2)因為U2＝U3＋I線R＝U3＋I3R＝880 V＋64 V＝904 V 所以U1＝U2＝904 V＝226 V 又U1I1＝U2I2 所以I1＝＝4I2＝4I3＝24 A 故E＝U1＋I1r＝226 V＋241 V＝250 V (3)η＝100%＝100%＝97% (4)電燈減少一半時 n′P燈＝2 640 W，I3＝＝ A＝3 A 所以P出＝n′P燈＋IR＝2 640 W＋324 W＝2 676 W．發(fā)電機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的.