一、遠(yuǎn)距離輸電中的電功率和電壓損耗1．填一填(1)輸送功率P送與輸送電壓U送、輸電線中電流I的關(guān)系：P送＝ 。(2)電功率損耗P損與輸電線中電流I的關(guān)系：P損＝ 。(3)線路上電壓損耗U損與輸電線中電流I的關(guān)系：U損＝ 。2．判一判(1)輸送電壓越大，輸電線上電流越大。 ( )(2)輸送電壓越大，輸電線上損耗的電壓也越大。 ( )(3)輸送功率一定時(shí)，同樣的輸送電線，輸送電壓越大，損耗功率越小。( )
(2)遠(yuǎn)距離輸電的基本過程示意圖(3)直流輸電①高壓交流輸電的局限性：輸電導(dǎo)線中的交變電流會因電磁感應(yīng)產(chǎn)生自感和互感損耗電能；為同一電網(wǎng)供電的所有發(fā)電機(jī)都必須同步運(yùn)行。
②直流輸電示意圖：說明：現(xiàn)代的直流輸電，只有輸電環(huán)節(jié)使用高壓直流，發(fā)電、用電、升壓、降壓仍然使用交變電流。
探究(一)　　輸電線上的電壓損失和功率損失[問題驅(qū)動]如圖所示，假定發(fā)電廠輸出的電壓為U，輸送功率為P，輸電線路中的電流是I，兩條導(dǎo)線的總電阻是r(在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r)。那么：(1)用戶兩端的電壓是多大？(2)用戶得到的電能與發(fā)電廠輸出的電能相等嗎？(3)輸電線上功率損失的原因是什么？
典例1　某變電站用220 V的電壓輸電，導(dǎo)線上損失的功率為輸送功率的20%。若要使導(dǎo)線上損失的功率降為輸送功率的5%，則輸電電壓應(yīng)為多少？
2．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·江蘇卷)小明分別按圖1和圖2電路探究遠(yuǎn)距離輸電的輸電損耗，將長導(dǎo)線卷成相同的兩卷A、B來模擬輸電線路，忽略導(dǎo)線的自感作用。其中T1為理想升壓變壓器，T2為理想降壓變壓器，兩次實(shí)驗(yàn)中使用的燈泡相同，燈泡的電壓相等。兩次實(shí)驗(yàn)中(　　)A．都接直流電源 B．A兩端的電壓相等C．A損耗的功率相等 D．圖1中A的電流較大
探究(二)　　遠(yuǎn)距離輸電問題的分析與計(jì)算[問題驅(qū)動]如圖所示是我們常見的高壓輸電線路。(1)由電廠輸出的電壓采用什么方法獲得高電壓？(2)如何獲得用戶所需的220 V的電壓？提示：(1)采用升壓變壓器變壓獲得高電壓。(2)用戶端采用降壓變壓器變壓獲得220 V電壓。　　　　
【重難釋解】1．遠(yuǎn)距離輸電電路圖2．基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3。
典例2　如圖所示，一小型發(fā)電站通過升壓、降壓變壓器把電能輸送給用戶，已知發(fā)電機(jī)的輸出功率為500 kW，輸出電壓為500 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶10，兩變壓器間輸電導(dǎo)線的總電阻為2 Ω。降壓變壓器的輸出電壓為220 V，不計(jì)變壓器的損耗。求：(1)輸電導(dǎo)線上損失的功率；(2)降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比。
遠(yuǎn)距離輸電問題的解題步驟(1)正確畫出輸電過程示意圖并在圖上標(biāo)出各物理量。(2)抓住變壓器變壓前后各量間的關(guān)系，求出輸電線上的電流。(3)計(jì)算電路功率問題時(shí)常用關(guān)系式：P損＝I線2R線，注意輸電線上的功率損失和電壓損失。(4)電網(wǎng)送電遵循“用多少給多少”的原則，說明原線圈中的電流由副線圈中的電流決定。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．(多選)快速鐵路的電力機(jī)車供電系統(tǒng)如圖所示，發(fā)電廠利用升壓變壓器將低壓交流電的電壓升至110 kV，牽引變電所利用降壓變壓器將電力系統(tǒng)輸送來的高壓交流電降至27.5 kV，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓不變，輸電線的電阻R不能忽略。若機(jī)車功率增大，則(　　)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
2.如圖是所建光伏發(fā)電項(xiàng)目。若光伏發(fā)電的總輸出功率為36 kW，輸出電壓為500 V，先后經(jīng)過升壓變壓器和降壓變壓器傳輸?shù)接脩?。設(shè)輸電線的總電阻為10 Ω，要求輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，用戶需要的電壓為220 V，不計(jì)變壓器的能量損耗。試求：(1)升壓變壓器的輸出電壓。(2)升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比。
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(多選)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中研究遠(yuǎn)距離輸電。由于輸電線太長，他將每100 m導(dǎo)線卷成一卷，共卷成8卷來代替輸電線路。第一次直接將輸電線與學(xué)生電源及用電器相連，第二次采用如圖所示的電路輸電。其中變壓器T1與電源相連，變壓器T2與用電器相連。下列說法正確的是(　　)A．第二次實(shí)驗(yàn)也可研究遠(yuǎn)距離直流輸電B．T1是升壓變壓器，T2是降壓變壓器C．若輸送功率一定，則第二次輸電線損失的電功率較小D．實(shí)驗(yàn)可證明，增大輸電電流能減少遠(yuǎn)距離輸電的能量損失
二、注重學(xué)以致用和思維建模2．(多選)某輸電線路橫穿公路時(shí)，要在地下埋線通過。為了保護(hù)輸電線不至于被壓壞，可預(yù)先鋪設(shè)結(jié)實(shí)的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過。如圖所示，電線穿管的方案有兩種，甲方案是鋪設(shè)兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過，乙方案是只鋪設(shè)一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過，如果輸電導(dǎo)線輸送的電流很強(qiáng)，那么，以下說法正確的是(　　)A．無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流，甲、乙兩方案都是可行的B．若輸送的電流是恒定電流，甲、乙兩方案都是可行的C．若輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的D．若輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的
解析：若題圖甲中電線通交流電，因變化的電流周圍產(chǎn)生變化的磁場，故每根鋼管中都產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致能量損耗較大。若題圖乙中電線通交流電，由于兩根導(dǎo)線中的電流方向是相反的，如果它們相互足夠靠近，則它們在周圍的每一點(diǎn)上產(chǎn)生大小幾乎相等，方向相反的磁場，這樣能使渦旋電流減弱到很小。若題圖甲、乙中電線通恒定電流，則都產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場不產(chǎn)生電場，因此不產(chǎn)生渦流，沒有能量損耗。因此B、D正確，A、C錯(cuò)誤。答案：BD　
3．用一臺某型號的柴油發(fā)電機(jī)給某一臨時(shí)安置區(qū)供電，如圖所示。發(fā)電機(jī)到安置區(qū)的距離是400 m，輸電線路中的火線和零線均為單股銅導(dǎo)線，該型號導(dǎo)線單位長度的電阻為2.5×10－4 Ω，安置區(qū)家用電器的總功率為44 kW，當(dāng)這些額定電壓為220 V的家用電器都正常工作時(shí)(　　)A．輸電線路中的電流為20 AB．發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓為300 VC．在輸電線路上損失的電功率為8 kWD．如果該柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的是正弦式交變電流，則其輸出電壓最大值是300 V
4.如圖所示是備用發(fā)電機(jī)。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，輸電線的總電阻為R＝4 Ω，全校共有22間教室，每間教室用“220 V　40 W”的燈6盞，所有燈都正常發(fā)光。則：(1)學(xué)校應(yīng)備多大輸出功率的發(fā)電機(jī)？(2)輸電線上損耗的電功率多大？

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第四節(jié) 遠(yuǎn)距離輸電

版本： 粵教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第二冊

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