高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊(cè)4 電能的輸送精品學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

?3.4 電能的輸送
基礎(chǔ)知識(shí)梳理

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)：保證的質(zhì)量—— 和穩(wěn)定．
3．經(jīng)濟(jì)：指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗少．
二、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑
1．輸電線上的功率損失：P＝I2r，I為，r為．
2．降低輸電損耗的兩個(gè)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(dāng)選用小的金屬材料，還要盡可能增加導(dǎo)線的．
(2)減小輸電線中的電流：為了減小輸電電流，同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高．
三、電網(wǎng)供電
1．遠(yuǎn)距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)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、，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國(guó)性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)．
3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(diǎn)
(1)降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益．
(2)減小斷電的風(fēng)險(xiǎn)，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．
典型例題分析

考點(diǎn)一：升壓變壓器和降壓變壓器
【例1】遠(yuǎn)距離輸電過程的示意圖如圖所示，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠輸出電壓恒定，輸電線路的等效電阻為，兩變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為、、、，下列說法正確的是（　?。?br />
A．若，則
B．若，則
C．用戶減少時(shí)，輸電線損耗的電功率將增大
D．用戶增多時(shí)，輸電效率將升高
【變式練習(xí)】
1．圖為模擬遠(yuǎn)距離交流輸電的電路，升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比，降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比，模擬輸電導(dǎo)線的電阻，的負(fù)載是規(guī)格為“15V，60W”的燈泡L。當(dāng)?shù)妮斎腚妷簽?6V時(shí)L正常發(fā)光，兩個(gè)變壓器可視為理想變壓器，則k的值為（　?。?br />
A．3 B．4 C．9 D．16
2．如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電的電路原理圖，變壓器均為理想變壓器并標(biāo)示了電壓和電流，其中輸電線總電阻為R，則（　?。?br />
A．I=
B．I＜
C．用戶得到的電功率與電廠輸出的電功率相等
D．用戶得到的交變電流的頻率小于電廠輸出交變電流的頻率
考點(diǎn)二：遠(yuǎn)距離輸電在導(dǎo)線上損失功率的計(jì)算
【例2】如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，升壓變壓器和降壓變壓器為理想變壓器，發(fā)電機(jī)輸出電壓不變，輸出功率為，升壓變壓器輸出電壓為、輸電線損失功率為、降壓變壓器輸出電壓為，當(dāng)并入電路的用電器增多時(shí)（　?。?br />
A．不變 B．變大 C．變大 D．不變
【變式練習(xí)】
1．我國(guó)已經(jīng)成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A地到B地原采用超高壓輸電，在保持輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，當(dāng)換用電壓更高的特高壓輸電后，下列說法正確的是（　?。?br /> A．輸電線兩端的電壓變大 B．輸電線流過的電流變大
C．輸電線損失的電功率變小 D．輸送到B處的電功率變小
2．2022年12月1日起河北省執(zhí)行新的分時(shí)電價(jià)政策。分時(shí)電價(jià)政策把全天用電分成高峰，平段、低谷三個(gè)時(shí)間段，按用電的不同時(shí)段來收取不同價(jià)格的電費(fèi)，起到優(yōu)化用電方式的作用。若發(fā)電站向某城市輸電時(shí)，用電高峰段的輸送功率是低谷段的n倍，假設(shè)輸電線電阻不變，若要使輸電線損失功率不變，則高峰段輸送電壓為低谷段輸送電壓的（　?。?br /> A．n倍 B．倍 C．倍 D．倍
考點(diǎn)三：降壓變壓器原線圈電壓的計(jì)算
【例3】“西電東送”是把煤炭、水能、風(fēng)能資源豐富的西部省區(qū)的能源轉(zhuǎn)化成電力資源，輸送到電力緊缺的東部沿海地區(qū)的工程。遠(yuǎn)距離輸電的電路示意圖如圖所示，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為，發(fā)電廠輸出電壓恒為，升壓變壓器和降壓變壓器之間輸電線總電阻為R，下列說法正確的是（　?。?br />
A．若，則用戶獲得的電壓也為
B．用戶獲得的電壓不可能大于
C．當(dāng)用戶消耗的功率增大時(shí)，用戶獲得的電壓也增大
D．若輸電線R上損失的功率增大，則發(fā)電廠輸出功率增大
【變式練習(xí)】
1．如圖所示為模擬遠(yuǎn)距離輸電電路圖，升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為1：4，其原線圈兩端的電壓為12V；降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為4：1，其副線圈兩端的電壓為11.5V。遠(yuǎn)距離輸電線路的總阻值為1Ω，兩變壓器均視為理想變壓器。則升壓變壓器的輸入功率為（　?。?br />
A．24W B．48W C．92W D．96W
2．如圖所示，某水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P=100kW，發(fā)電機(jī)的輸出電壓，經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，在用戶端用降壓變壓器將電壓降為。已知輸電電流，兩條輸電線路總電阻，變壓器均視為理想變壓器，則（　?。?br />
A．用戶得到電功率為95kW B．升壓變壓器的匝數(shù)比
C．降壓變壓器的匝數(shù)比 D．發(fā)電機(jī)的輸出的電流
考點(diǎn)四：用戶端功率改變判斷輸電線路中物理量變化
【例4】一小型水電站通過升壓變壓器和降壓變壓器給某生活區(qū)供電，發(fā)電機(jī)組輸出電壓恒定，輸電線電阻R保持不變。該生活區(qū)夜晚用電量大于白天用電量，則夜晚與白天比較（　?。?br />
A．發(fā)電機(jī)的輸出功率不變 B．用戶獲得的電壓升高
C．輸電線上損失的功率減小 D．降壓變壓器輸出電壓降低
【變式練習(xí)】
1．如圖為某水電站遠(yuǎn)距離輸電的原理圖。升壓變壓器的原副線圈匝數(shù)比為，輸電線總電阻為R，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠輸出的電壓恒為U，若由于用戶端負(fù)載變化，使發(fā)電廠輸出功率增加了。下述錯(cuò)誤的是（　?。?br />
A．電壓表的示數(shù)不變，電壓表的示數(shù)減小 B．電流表、的示數(shù)均增大
C．輸電線上損失的電壓增加了 D．輸電線上損失的功率增加了
2．如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1、輸電線的電阻及理想變壓器的匝數(shù)均不變，當(dāng)用戶開啟的用電器越來越多時(shí)，下列表述正確的是（　?。?br />
A．升壓變壓器副線圈電壓U2降低 B．降壓變壓器原線圈電壓U3升高
C．輸電線消耗的功率增大 D．發(fā)電機(jī)的輸出功率不變
方法探究

一、輸電線上的電壓和功率損失
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(huì)多耗費(fèi)金屬材料，增加成本，同時(shí)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.
二、遠(yuǎn)距離高壓輸電過程的分析與計(jì)算
解決遠(yuǎn)距離高壓輸電問題的基本方法
1．首先應(yīng)畫出遠(yuǎn)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(gè)回路：
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R線＋P3，I2＝I3
回路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.
課后小練

一、單選題
1．對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電，在一定的情況下，設(shè)輸電線路中的電流為，輸電線的總電阻為，為了減少損耗，采用增大電壓輸電，下列說法正確的是（　?。?br /> A．由，知輸電線路中的電流變大
B．由，知輸電線路中的電流變小
C．由，知輸電線路消耗功率增大
D．由，知不會(huì)影響輸電線路中的電流
2．遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的倍，則輸電線上的電功率損失為（　?。?br /> A．原來的 B．原來的 C．原來的倍 D．原來的倍
3．為了減少電能在輸電線路中的損耗，在輸送電功率一定時(shí)，遠(yuǎn)距離輸送電能通常采用（　?。?br /> A．高電壓輸電 B．低電壓輸電
C．增大輸電電流 D．增大輸電線電阻
4．一發(fā)電站采用高電壓向外輸送電能，輸送的總功率為P，輸電電壓為U，輸電導(dǎo)線的總電阻為R，則下列說法正確的是（　?。?br /> A．輸電線上的電流為 B．輸電線上的電流為
C．輸電線上損失的電壓為U D．輸電線上損失的功率為
5．某電站向遠(yuǎn)處輸電，輸電線的總電阻為，輸送功率為，若采用500kV的高壓輸電，下列說法正確的是（　?。?br /> A．采用高壓輸電，是為了增加輸電線上的電流
B．輸電線上的電流為
C．輸電線上電阻造成的電壓損失為1kV
D．輸電線上電阻造成的功率損失為
6．如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，下列說法正確的是（　?。?br />
A．
B．
C．隨著夏季空調(diào)等大功率電器使用增多，降壓變壓器的輸出電壓增大，且
D．如果發(fā)電機(jī)輸出電壓為，則輸電線上損失的電功率為
7．某電站的電能輸送示意圖如圖所示，升壓變壓器與降壓變壓器間輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)之比，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)之比。變壓器均為理想變壓器，如果發(fā)電機(jī)的輸出電壓為，用戶輸入端電壓為，用戶消耗電功率為P。下列說法正確的是（　?。?br />
A．通過升壓變壓器原線圈的電流為 B．電路的輸電效率為
C．輸電線上損失的電壓為 D．輸電線上消耗的電功率為
8．如圖所示，高壓輸電線是遠(yuǎn)距離傳輸電能的重要組成部分，下列關(guān)于高壓輸電線的說法正確的是（　?。?br />
A．輸電線應(yīng)選用電阻率大的金屬材料制作
B．高壓輸電線比普通導(dǎo)線粗，目的是增大導(dǎo)線電阻
C．輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，其作用是把高壓線屏蔽起來免遭雷擊
D．在輸送功率一定時(shí)，輸電線上損失的功率跟輸送電壓平方成正比
二、多選題
9．如圖所示為某小型電站高壓輸電示意圖。發(fā)電機(jī)輸出功率恒定，升、降壓變壓器均為理想變壓器。在輸電線路的起始端接入A、B兩個(gè)理想互感器，互感器原、副線圈的匝數(shù)比分別為100：1和1：10，電壓表的示數(shù)為220V，電流表的示數(shù)為5A，線路總電阻r=10，則下列說法正確的是（　?。?br />
A．線路上損耗的功率25000W
B．發(fā)電機(jī)輸出的電功率110kW
C．互感器A是電壓互感器，互感器B是電流互感器
D．用戶使用的用電設(shè)備變多，降壓變壓器輸出電壓U4大小不會(huì)改變
10．如圖1所示，我國(guó)西部山區(qū)建有許多水電站，極大改善了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活，如圖2所示為某水電站遠(yuǎn)距離輸電的原理圖。T1為升壓變壓器，其原、副線圈匝數(shù)比為，輸電線總電阻為R，T2為降壓變壓器，其原、副線圈匝數(shù)比為，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒為U，若由于用戶端用戶數(shù)量變化，使得輸電線輸送電流增加。則下列說法正確的是（??）

A．輸電線損失的功率增加
B．用戶端電壓減少了
C．發(fā)電機(jī)輸送功率增加
D．用戶端電壓減少量與用戶端電流增加量的比值不隨的變化而變化
11．如圖所示，為了減少電能損失，一小型水電站用變壓比的理想升壓變壓器向距離較遠(yuǎn)的用戶供電，已知發(fā)電機(jī)的輸出功率為46kW，輸電線路導(dǎo)線總電阻為，最后用戶得到220V、44kW的電力，則下列說法正確的是（　?。?br />
A．發(fā)電機(jī)的輸出電壓是460V
B．輸電線上的電流是40A
C．輸電線上損失的電壓是200V
D．用戶降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比
三、解答題
12．為特種設(shè)備設(shè)計(jì)的供電系統(tǒng)以及輸電電路如圖所示，發(fā)電機(jī)的矩形線框處于水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，線框面積、匝數(shù)，繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線框輸出端通過電刷、與升壓變壓器的原線圈相連，降壓變壓器的副線圈接入特種設(shè)備，兩變壓器間的輸電線等效電阻，已知特種設(shè)備的工作電壓，消耗的功率，兩變壓器均為理想變壓器，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，線框電阻不計(jì)，取。
（1）若線框以50r/s的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求圖中電壓表（視為理想電表）的示數(shù)；
（2）若圖中電壓表的示數(shù)，求升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比。

13．人們利用發(fā)電機(jī)把天然存在的各種形式的能（水能、風(fēng)能、煤的化學(xué)能……）轉(zhuǎn)化為電能。為了合理利用這些能源，發(fā)電站要修建在靠近這些天然資源的地方。但是，用電的地方往往很遠(yuǎn)。因此，需要高壓輸送線路把電能輸送到遠(yuǎn)方。如果某發(fā)電站將U=6 000 V的電壓直接加在高壓輸送線路的入端向遠(yuǎn)方供電，且輸送的電功率為P=800 kW。則此時(shí)安裝在高壓輸送線路的入端和終端的電能表一晝夜讀數(shù)就相差ΔE=9 600 kW·h。
（1）求此種情況下，高壓線路的輸電效率。
（2）若要使此高壓輸電線路的輸電效率為98%，則需要在發(fā)電站處安裝一個(gè)變壓比是多少的變壓器？

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