第12講 電能的輸送 課程標準課標解讀 1.知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因。2.探討遠距離輸電中導(dǎo)致電能損耗的因素。 1.理解遠距離輸電線上的能量損失與哪些因素有關(guān).2.應(yīng)用理想變壓器、電路知識對簡單的遠距離輸電線路進行定量計算.3.了解交變電流從發(fā)電站到用戶的輸電過程． 知識點01 輸送電能的基本要求與降低輸電損耗的兩個途徑（一）輸送電能的基本要求1．可靠：指供電線路可靠地工作，故障少．2．保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定．3．經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少．（二）降低輸電損耗的兩個途徑1．輸電線上的功率損失：P＝I2r，I為輸電電流，r為輸電線的電阻．2．降低輸電損耗的兩個途徑(1)減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下，為了減小電阻，應(yīng)當選用電阻率小的金屬材料，還要盡可能增加導(dǎo)線的橫截面積．(2)減小輸電線中的電流：為了減小輸電電流，同時又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高輸電電壓．【知識拓展1】1．輸電線上的電壓損失ΔU＝U－U′＝Ir＝r.2．輸電線上的功率損失(1)ΔP＝I2r，其中I為輸電線上的電流，r為輸電線的電阻．(2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝，其中ΔU為輸電線上的電壓損失．3．減少電壓損失和功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻r，根據(jù)r＝ρ，可減小電阻率ρ，目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導(dǎo)線材料；也可增大導(dǎo)線的橫截面積S，但過粗的導(dǎo)線會多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難．(2)減小輸電電流I，根據(jù)I＝，在輸送功率P一定，輸電線電阻r一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸送電流可減為原來的，輸電線上的功率損耗將降為原來的.【即學(xué)即練1】下圖為長距離高壓輸電的示意圖。關(guān)于長距離輸電，下列說法正確的是（　?。?/span>A．減小輸電導(dǎo)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．高壓輸電綜合考慮各種因素，輸電電壓越高越好  知識點02  電網(wǎng)供電1．遠距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓．2．電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)．3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經(jīng)濟效益．(2)減小斷電的風(fēng)險，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡．(3)合理調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高．【知識拓展2】解決遠距離高壓輸電問題的基本方法1．首先應(yīng)畫出遠距離輸電的電路圖，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(yīng)位置．2．理清三個回路：（1）P1＝U1I1（2）U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R線＋P3，I2＝I3（3）P4＝U4I4.3．常用關(guān)系(1)功率關(guān)系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.(2)電壓關(guān)系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝.(3)電流關(guān)系：＝，I2＝I線＝I3，＝.(4)輸電電流：I線＝＝＝.(5)輸電線上損耗的電功率：ΔP＝P2－P3＝I線2 R線＝＝ΔU·I線．(6)輸電線上的電壓損失：ΔU＝I線R線＝U2－U3.【即學(xué)即練2】2017年8月，廣東省受臺風(fēng)“天鴿”影響，造成大面積停電。某通訊公司準備的應(yīng)急供電系統(tǒng)如圖所示，圖中T1、T2分別為理想的升壓變壓器和降壓變壓器，R表示輸電線電阻，I表示電流，U表示線圈兩端電壓，n表示線圈的匝數(shù)，下列說法正確的是（　?。?/span>A．如果發(fā)電機的輸出功率為P，則P＝U1I1＝U2I2＝U4I4B．若，則有U1＝U4C．用戶消耗的功率越大，輸電線上消耗的功率越小D．如果發(fā)電機的輸出功率為P，則輸電線上消耗的功率為R 考法01  高壓輸電的原理與優(yōu)點 【典例1】如圖所示，甲是遠距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機輸出電壓隨時間變化的圖像，則（　　A．用戶用電器上交流電的頻率是100HzB．發(fā)電機輸出交流電的電壓有效值是500VC．當夜晚用戶用電器增多時，輸電線上損失的功率增大D．輸電線的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定 考法02  遠距離輸電 【典例2】某發(fā)電機說明書的部分內(nèi)容如表所示?，F(xiàn)在用一臺該型號的柴油發(fā)電機給災(zāi)民臨時安置區(qū)供電，如圖所示。發(fā)電機到安置區(qū)的距離是，輸電線路中的火線和零線均為GBCZ60型單股銅導(dǎo)線，該型號導(dǎo)線單位長度的電阻為，安置區(qū)家用電器的總功率為，當這些額定電壓為的家用電器都正常工作時，下列說法正確的是（　　）型號AED6500S輸出電壓范圍最大輸出功率A．輸電線路中的電流為B．發(fā)電機的實際輸出電壓為C．在輸電線路上損失的電功率為D．如果該柴油發(fā)電機發(fā)出的是正弦式交變電流，則其輸出電壓最大值是 題組A  基礎(chǔ)過關(guān)練1．在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的高電壓，所用的器材叫電壓互感器。如下所示的四個圖中，能正確反映其工作原理的是（　?。?/span>A． B．C． D．2．在遠距離輸電中，提高送電電壓的設(shè)備是（  ）A．驗電器 B．變壓器 C．電容器 D．傳感器3．由于供電電網(wǎng)電壓的降低，用電器的功率降低了36％，這時供電電網(wǎng)上電壓比原來降低了（  ）A．64％ B．36％ C．20％ D．10％4．超導(dǎo)是當今高科技的熱點，利用超導(dǎo)體材料可實現(xiàn)無損耗輸電。現(xiàn)有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4?，它提供給用電器的電功率為40kW，電壓為800V，若用臨界溫度以下的超導(dǎo)體電纜替代原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為（　　）A．1kW B．10kW C．1.6kW D．1600kW5．供電站向遠方送電，輸送的電功率恒定，若將輸電電壓提高到原來的4倍，以下判斷中正確的是　　A．輸電電流為原來的4倍B．輸電導(dǎo)線上損失的電壓為原來的4倍C．輸電導(dǎo)線上損失的電功率為原來的D．輸電導(dǎo)線上損失的電功率為原來的6．小型發(fā)電站為某村寨110戶家庭供電，輸電原理如圖所示，圖中的變壓器均為理想變壓器，其中降壓變壓器的匝數(shù)比為n3∶n4＝50∶1，輸電線的總電阻R＝10 Ω．某時段全村平均每戶用電的功率為200 W，該時段降壓變壓器的輸出電壓為220 V．則此時段(    )A．降壓變壓器的輸入電壓為11 kV B．發(fā)電機的輸出功率為22 kWC．輸電線的電流為1 100 A D．輸電線上損失的功率約為8.26 W7．圖是遠距離輸電的示意圖，下列說法正確的是(　　)A．a(chǎn)是升壓變壓器，b是降壓變壓器B．a(chǎn)是降壓變壓器，b是升壓變壓器C．a(chǎn)的輸出電壓等于b的輸入電壓D．a(chǎn)的輸出電壓等于輸電線上損失的電壓8．輸電線的電阻為r,輸送的電功率為P,用電壓U輸送電,則用戶得到的功率為 (     )A．P B． C．P-U2r D．9．發(fā)電廠輸送電壓為U1．發(fā)電廠到學(xué)校的輸電導(dǎo)線總電阻為R，通過導(dǎo)線的電流為I，學(xué)校得到的電壓為U2，則輸電線上損耗的功率表示錯誤的是（ ）A． B． C．I2R D．I（U1﹣U2）10．遠距離輸電都采用高壓輸電，其優(yōu)點是A．可增大輸電電流  B．可加快輸電速度C．可增大輸電功率  D．可減少輸電線上的能量損失 題組B  能力提升練1．“西電東輸”是我國實現(xiàn)經(jīng)濟跨地區(qū)可持續(xù)快速發(fā)展的重要保證。它將西部豐富的自然資源水能轉(zhuǎn)化為電能輸送到電力供應(yīng)緊張的沿海地區(qū)，這樣既實現(xiàn)了東西部地區(qū)雙贏的目標，也形成了經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護雙贏的局面。為了減少輸電線上的電能損耗，需要采用高壓輸電。若金沙江流域上的向家壩水電站輸出的功率不變，輸出電壓提高為原來的20倍，則輸電導(dǎo)線上的電能損耗將減小為原來的（　?。?/span>A． B． C． D．2．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表，從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時值表達式為u1＝220sin100πt（V），則下列說法正確的是（　　）A．當t＝s時，c、d間的電壓瞬時值為110VB．當單刀雙擲開關(guān)與a連接時，電壓表的示數(shù)為22VC．當單刀雙擲開關(guān)與a連接時，滑動變阻器滑片P向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)均減小D．當單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)均減小3．如圖所示，導(dǎo)線框繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢e?111sin100?t（V）。導(dǎo)線框與理想升壓變壓器相連進行遠距離輸電，理想降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為25︰11，降壓變壓器副線圈接入一臺電動機，電動機恰好正常工作，且電動機兩端的電壓為220V，輸入功率為1100W，輸電線路總電阻R?25Ω，電動機內(nèi)阻r?8.8Ω，導(dǎo)線框及其余導(dǎo)線電阻不計，電表均為理想電表，則正確的是（　?。?/span>A．電動機的機械效率為60% B．電流表的示數(shù)為10AC．輸電線路損失的電功率為200W D．升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1︰54．如圖所示，一臺交流發(fā)電機E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2，向遠處用戶供電，R為輸電線的總電阻。T1的輸入電壓、輸入電流和輸入功率分別為U1、I1和P1，它的輸出電壓、輸出電流和輸出功率分別為U2、I23和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓、輸出電流和輸出功率分別為U4、I4和P4。設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當用戶消耗的電功率變大時，下列說法正確的是（    ）A．U2減小，U4變大 B．U2不變，U3變小C．U2不變，I23變小 D．I4變小，P3變大5．某水電站，用總電阻為5Ω的輸電線給940km外的用戶送電，其輸出電功率是3×106kW?，F(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是（　　）A．輸電線上輸送的電流大小為1×105AB．輸電線上損失電壓為300kVC．該輸電系統(tǒng)的輸電效率為96%D．若改用10kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為4.5×108kW6．如圖所示，用一小型交流發(fā)電機向遠處用戶供電，已知發(fā)電機線圈匝數(shù)匝，面積，線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度，勻強磁場的磁感應(yīng)強度。輸電時先用升壓變壓器將電壓升高，到達用戶區(qū)再用降壓變壓器將電壓降下來后供用戶使用，輸電導(dǎo)線的總電阻為，變壓器都是理想變壓器，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為，若用戶區(qū)標有“”的電動機恰能正常工作。發(fā)電機線圈電阻不可忽略。則（　　）A．交流發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的最大值為300VB．輸電線路上損耗的電壓為20VC．輸電線路上損耗的電功率為D．若升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為，升壓變壓器原線圈兩端的電壓為7．遠距離輸電時，在輸送功率不變的條件下，下列說法正確的是（　　）A．提高輸電電壓，能減小輸電電流，提高輸電效率B．提高輸電電壓，勢必增大輸電導(dǎo)線上的電流C．提高輸電電壓，勢必增大輸電導(dǎo)線上能量的損耗D．只有增大導(dǎo)線的電阻，才能減小輸電電流，提高輸電效率8．某電站向遠處輸電，輸電線的總電阻為，輸送功率為，若采用高壓輸電，下列說法正確的是（　?。?/span>A．采用高壓輸電，是為了增大輸電線上的電流 B．輸電線上的電流為C．輸電線上電阻造成的電壓損失為 D．輸電線上電阻造成的功率損失為9．在我國北方部分地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)低溫雨雪冰凍天氣，高壓輸電線因結(jié)冰而造成嚴重損毀，如圖所示。為消除高壓輸電線上的冰凌，有人設(shè)計了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應(yīng)除冰。在正常供電時，高壓線上送電電壓為U，電流為I，熱耗功率為；若輸電功率和輸電線電阻不變，除冰時，需要輸電線上熱耗功率為，則除冰時（　?。?/span>A．輸電電流為 B．輸電電流為9IC．輸電電壓為3U D．輸電電壓為10．下列敘述中正確的是（　?。?/span>A．沿著磁感線方向磁感應(yīng)強度越來越小B．遠距離輸電采用高壓輸電可以降低輸電線上電壓損失C．某點磁感應(yīng)強度的方向，跟放在該點的通電導(dǎo)線所受安培力方向一致D．由磁感應(yīng)強度定義式知，B隨著通電導(dǎo)線所受磁場力F的增大而增大 題組C  培優(yōu)拔尖練1．某水電站，用總電阻為2.5Ω的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3×106kW，現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是（　?。?/span>A．輸電線上輸送的電流大小為2×105AB．輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC．輸電線上損失的功率為，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻D．輸電線上損失的功率為9×107kW2．某發(fā)電廠原來用11kV的交流電壓輸電，后來改用升壓變壓器將電壓升高到220kV輸電，兩種情況下輸送的電功率都是P。若輸電線路的總電阻為R，則下列說法中正確的是（　?。?/span>A．根據(jù)公式升壓變壓器原線圈通過的電流降為原來的B．根據(jù)公式：提高電壓后，輸電線上的電流增為原來的20倍C．根據(jù)公式P=I2R：提高電壓后輸電線上的功率損耗減為原來的D．根據(jù)公式P1=P2：提高電壓后，輸電線上的功率損耗不變3．如圖為遠距離輸電示意圖。發(fā)電機輸出功率P恒定，用戶消耗的功率為，升壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為和，輸電線總電阻為。下列說法正確的是（　?。?/span>A．將滑片P下移，用戶獲得的電壓將升高B．若提高為原來的10倍，輸電線上損失的功率為原來的C．升壓變壓器輸出功率為D．輸電線上的功率關(guān)系為4．在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，送電的電壓為U，所用的導(dǎo)線的電阻率為，橫截面積為S，線路總長度為L，輸電線損失的電功率為，用戶得到的電功率為，則與的關(guān)系正確的為（　　）A．； B．；C．； D．；5．如圖所示是發(fā)電廠通過升壓變壓器進行高壓輸電，接近用戶端時再通過降壓變壓器降壓給用戶供電的示意圖，圖中變壓器均可視為理想變壓器，電表均為理想交流電表。設(shè)發(fā)電廠輸出的電壓一定，兩條輸電線總電阻用表示，并且電阻不變。變阻器相當于用戶用電器的總電阻。當用電器增加時，相當于變小，則當用電進入高峰時，下列說法錯誤的是（　?。?/span>A．電壓表的讀數(shù)均不變，電流表的讀數(shù)增大，電流表的讀數(shù)增大B．電壓表的讀數(shù)均減小，電流表的讀數(shù)增大，電流表的讀數(shù)增大C．電壓表的讀數(shù)之差與電流表的讀數(shù)的比值不變D．線路損耗功率增大6．下圖為遠距離輸電的示意圖，T1為升壓變壓器，原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，T2為降壓變壓器，原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4，輸電線的等效電阻為R。若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述正確的是（　　）A．只增大T1的原線圈匝數(shù)n1，可減小R消耗的功率B．若，則電壓表V1和V2的示數(shù)相等C．當用戶總電阻減小時，R消耗的功率增大D．當用戶總電阻減小時，電壓表V1和V2的示數(shù)都變小7．如圖為遠距離輸電示意圖，升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為，降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為，在的原線圈兩端接入一內(nèi)阻為、電動勢的交流電源，兩條輸電線的總電阻為r，假設(shè)用戶處的總電阻為R，不考慮其他因素的影響，兩變壓器均為理想變壓器，則輸電線上損失的電功率為（　?。?/span>A． B．C． D．8．查史料可知，1882年珍珠街電站采用6臺直流發(fā)電機，輸出總功率為661.5kW，電能輸送的最遠距離為1.6km，給用戶提供110V的直流電壓，最多可滿足6000盞16W的愛迪生燈泡使用。（1）電流在輸電線路上損耗的功率占發(fā)電機輸出功率的百分比是多少？（2）估算直流發(fā)電機的輸出電壓；（3）若將輸電距離增加一倍，還能否為6000盞16W的愛迪生燈泡正常使用？ 9．北京奧運場館的建設(shè)體現(xiàn)了“綠色奧運”的理念．作為北京奧運會主場館之一的國家體育館“鳥巢”擁有9.1萬個座位，其扇型屋面和大面積的玻璃幕墻不僅給人以賞心悅目之感，還隱藏著一座年發(fā)電量約為98550kW·h時的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，供給體育館內(nèi)的照明燈等使用．假如該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率為1×105W．(1)按平均每天太陽照射6h計，該發(fā)電系統(tǒng)一年(365天計)能輸出多少電能？(2)假若發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓為250V，現(xiàn)準備向遠處輸電．所用輸電線的總電阻為R線＝8Ω，要求輸電時在輸電線上損失的電功率不超過輸送電功率的5%．求應(yīng)選用匝數(shù)比多大的升壓變壓器．
 

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