模塊一 知識掌握
知識點一 輸電線上的電壓和功率損失
【情境導(dǎo)入】假定輸電線路中的電流是I，用戶端的電壓是U，兩條導(dǎo)線的總電阻是r.在圖中，輸電線的電阻集中畫為一個電阻r.
(1)怎樣計算輸電線路損失的功率？
(2)在輸電電流一定的情況下，如果線路的電阻減為原來的一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一？在線路電阻一定的情況下，如果輸電電流減為原來的一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一？
(3)通過對第(2)問的兩項計算，你認為哪個途徑對于降低輸電線路的損耗更為有效？
(4)怎樣計算用戶消耗的功率P？
(5)在保證用戶的電功率的前提下，怎樣才能減小輸電電流？
【知識梳理】
一、輸送電能的基本要求
1．可靠：指保證 可靠地工作，故障少．
2．保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量—— 和 穩(wěn)定．
3．經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用 ，電能損耗 ．
二、降低輸電損耗的兩個途徑
1．輸電線上的功率損失：P＝ ，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 的金屬材料，還要盡可能 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 輸電電壓．
【重難詮釋】
1．輸電線路的電壓損失
輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝eq \f(P,U)r，其中I為輸電線上的電流，r為輸電線的電阻．
2．輸電線路的功率損失
(1)遠距離輸電時，輸電線有電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損失，損失的電功率ΔP＝I2r.
(2)若輸電線上損失的電壓為ΔU，則功率損失還可以表示為ΔP＝eq \f(?ΔU?2,r)，ΔP＝ΔU·I.
3．減小電壓、功率損失的方法
(1)減小輸電線的電阻
由R＝ρeq \f(l,S)可知，距離l一定時，使用電阻率小的材料，增大導(dǎo)體橫截面積可減小電阻．
(2)減小輸電電流I
根據(jù)I＝eq \f(P,U)，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eq \f(1,n)，輸電線上的功率損耗將降為原來的eq \f(1,n2).
（2023春?阿勒泰地區(qū)期末）節(jié)約能源是當今世界的一種重要社會意識。原來采用110kV高壓向遠方的城市輸電，在輸電線路上損耗的功率為△P。為減小輸電線上損耗的功率。在輸送功率一定、輸電線路不變的同時輸電電壓變?yōu)?40kV。則在輸電線路上損耗的功率變?yōu)椋? ）
A．△P2B．△P4C．△P8D．△P16
（2023春?荔灣區(qū)期末）我國遠距離輸送交流電用的電壓有110kV、220kV和330kV，輸電干線已經(jīng)采用500kV的超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達到750kV，遠距離輸電線路的示意圖如圖所示，若輸送的總功率P，輸電電壓為U，輸電線的總電阻為R，則正確的是?（ ）
A．采用高壓輸電是為了加快輸電的速度
B．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
C．輸電線上的電流I=UR
D．輸電線上損失的功率P線＝（PU）2R
（2023春?蘇州期末）如圖所示為某水電站遠距離輸電的原理圖．升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為k，輸電線的總電阻為R，發(fā)電機輸出的電壓恒為U，若由于用戶端負載變化，使發(fā)電機輸出功率增加了ΔP，升壓變壓器和降壓變壓器均視為理想變壓器。下列說法正確的是（ ）
A．電壓表V1的示數(shù)與電流表A1的示數(shù)之比不變
B．電壓表V2的示數(shù)與電流表A2的示數(shù)之比變大
C．輸電線上損失的電壓增加了RkΔPU
D．輸電線上損失的功率增加了R(kΔP)2U2
（2023春?松江區(qū)校級期末）“張北的風點亮北京的燈”，中國外交部發(fā)言人趙立堅這一經(jīng)典語言深刻體現(xiàn)了2022年北京冬奧會的“綠色奧運”理念。張北可再生能源示范項目，把張北的風轉(zhuǎn)化為清潔電力，并入冀北電網(wǎng)，再輸向北京、延慶、張家口三個賽區(qū)。遠距離輸電過程，我們常常采用高壓輸電。某風力發(fā)電站，通過遠距離輸送一定功率的交流電，若將輸送電壓升高為原來的n倍，則輸電線上的電功率損失為（ ）
A．原來的1nB．原來的1n2C．原來的n倍D．原來的n2倍
知識點二 遠距離高壓輸電過程的分析與計算
【情境導(dǎo)入】
某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖所示，其中各部分的物理量已在圖上標注，在這個電路中包括三個回路。
(1)結(jié)合閉合電路的知識，分別分析三個回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機內(nèi)阻，n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計)。
(2)若兩個變壓器均為理想變壓器，則每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？
【知識梳理】
電網(wǎng)供電
1．遠距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用 變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過 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，形成全國性或地區(qū)性的輸電 ．
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 ．
(2)減小斷電的風險，調(diào)劑不同地區(qū) 的平衡．
(3)合理調(diào)度電力，使 的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高．
【重難詮釋】
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(如圖)，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：
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：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4).
(3)電流關(guān)系：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，I2＝I線＝I3，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3).
(4)輸電電流：I線＝eq \f(P2,U2)＝eq \f(P3,U3)＝eq \f(ΔU,R線).
(5)輸電線上損耗的電功率：
ΔP＝P2－P3＝I線2 R線＝eq \f(?ΔU?2,R線)＝ΔU·I線．
(6)輸電線上的電壓損失：
ΔU＝I線R線＝U2－U3.
(7)輸電效率η＝eq \f(P3,P2)×100%.
（2023春?昌平區(qū)期末）遠距離輸電線路的示意圖如圖所示。若發(fā)電機的輸出電壓不變，升壓變壓器和降壓變壓器都是理想變壓器，輸電導(dǎo)線有一定的電阻，下列說法正確的是（ ）
?
A．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
B．升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率
C．當用戶用電器總電阻減少時，升壓變壓器原線圈中電流變小
D．當用戶用電器總電阻減少時，降壓變壓器原線圈中電壓變小
（2023?天津）如圖為輸電線為用戶輸電的情景，電路中升壓變壓器T1和降壓變壓器T2都認為是理想變壓器，中間輸電電路電阻為R，下列說法正確的有（ ）
A．T1輸出電壓與T2輸入電壓相等
B．T1輸出功率大于T2輸入功率
C．若用戶接入的用電器增多，則R功率降低
D．若用戶接入的用電器增多，則T2輸出功率降低
（2023春?荔灣區(qū)校級月考）如圖所示為遠距離輸電示意圖，線路總電阻為r，發(fā)電廠輸出電壓不變，三個回路的電流依次為I1、I2、I3，兩變壓器均為理想變壓器，左側(cè)變壓器輸入電壓為U1，輸出電壓為U2；右側(cè)變壓器輸入電壓為U3，輸出電壓為U4，以下選項錯誤的是（ ）
A．若用戶消耗的功率增大，I2隨之增大
B．若用戶消耗的功率增大，U4隨之增大
C．U2＝U3+I2r
D．U1I1=I22r+U4I3
（2023?重慶模擬）如圖所示是遠距離輸電的示意圖，遠距離輸電要采用高壓輸電，輸電電壓330kV、550kV乃至750kV的線路，稱為超高壓輸電線路，輸電交流電壓為1000kV（直流電壓為±800kV）及以上的線路，稱為特高壓輸電線路．我國已實現(xiàn)大功率的遠距離輸電，構(gòu)建了大規(guī)?！拔麟姈|送”“北電南送”的能源配置格局，2018年，我國開始建造世界上容量最大的特高壓多端直流輸電工程．下列說法正確的是（ ）
A．遠距離輸電的輸送電壓指升壓變壓器原線圈端電壓
B．遠距離輸電的輸送電壓可以無限制地提高
C．遠距離輸電的輸送電流指一次高壓變電站副線圈的電流
D．特高壓遠距離輸電可以采用交、直流結(jié)合的方式輸電
模塊二 鞏固提高
（2023?山東）某節(jié)能儲能輸電網(wǎng)絡(luò)如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓U1＝250V，輸出功率500kW。降壓變壓器的匝數(shù)比n3：n4＝50：1，輸電線總電阻R＝62.5Ω，其余線路電阻不計，用戶端電壓U4＝220V，功率88kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是（ ）
A．發(fā)電機的輸出電流為368A
B．輸電線上損失的功率為4.8kW
C．輸送給儲能站的功率為408kW
D．升壓變壓器的匝數(shù)比n1：n2＝1：44
（2023?浙江）我國1100kV特高壓直流輸電工程的送電端用“整流”設(shè)備將交流變換成直流，用戶端用“逆變”設(shè)備再將直流變換成交流。下列說法正確的是（ ）
A．送電端先升壓再整流
B．用戶端先降壓再變交流
C．1100kV是指交流電的最大值
D．輸電功率由送電端電壓決定
（2023?肇慶模擬）我國是全球唯一掌握超特高壓直流輸電技術(shù)的國家。下圖是特高壓直流輸電系統(tǒng)的模擬圖（只顯示變壓與傳輸部分），則以下說法正確的是（ ）
A．題中描述的“特高壓直流輸電”，說明變壓器可以直接對直流電進行變壓作用
B．變壓器在升壓過程中頻率隨著電壓的增大而升高
C．在輸電功率一定條件下，輸電電壓提高十倍，線路損耗功率將降低為原來的一百分之一
D．在上圖中，用戶接入電路的用電器越多，流過n4的電流越大，由匝數(shù)比等于電流的反比可知，流過電阻r的電流變小
（2023?通州區(qū)校級三模）如圖為遠距離輸電的電路原理圖，變壓器為理想變壓器并標示了電壓和電流，其中輸電線總電阻為R，U1恒定，則（ ）
A．I2=U2R
B．輸電效率為U4U1×100%
C．用戶的用電器數(shù)量增多時，U4將減小
D．用戶得到的電功率可能等于電廠輸出的電功率
（2023春?思明區(qū)校級期中）為建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，某興建的小型水電站交流發(fā)電機輸出功率恒為P，輸電線總電阻為R線；升壓變壓器、降壓變壓器均為理想變壓器。如圖為發(fā)電站為用戶供電的電路圖及相關(guān)物理量。則輸電線上的電流大小為（ ）
A．I線=PR線 B．I線=U2R線 C．I線=n1n4I1I4n2n3 D．I線=PU3
（2023?廣州三模）圖乙是降壓變壓器（圖甲）給用戶供電的電路示意圖，R0表示輸電線的總電阻，假設(shè)用戶端的用電器均為純電阻器件，總電阻為R，若變壓器視為理想變壓器，輸入電壓恒定，電表可視為理想電表，當用戶使用的用電器減少時，則（ ）
A．電壓表V2示數(shù)增大B．電流表A2示數(shù)保持不變
C．用電器R兩端電壓升高D．電流表A1示數(shù)保持不變
（2023春?房山區(qū)期中）特高壓交流輸電是指100kV及以上的交流輸電，具有輸電容量大、距離遠、損耗低等突出優(yōu)勢。遠距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓提高到原來的3倍，則（ ）
A．輸電線上的電流增大為原來的3倍
B．輸電線上損失的電壓降低為原來的13
C．輸電線上的電能損失增大為原來的9倍
D．用戶得到的電功率增大為原來的3倍
（2023春?秦淮區(qū)校級期中）如圖所示為某小型電站高壓輸電示意圖。發(fā)電機輸出功率恒定，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＝10Ω，則下列說法正確的是（ ）
A．發(fā)電機輸出的電功率1100kW
B．線路上損耗的功率2500W
C．互感器A是電流互感器，互感器B是電壓互感器
D．用戶使用的用電設(shè)備變多，降壓變壓器輸出電壓U4大小不會改變
（2023?遼寧模擬）圖（a）是目前世界上在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程——白鶴灘水電站，是我國實施“西電東送”的大國重器，其發(fā)電量位居全世界第二，僅次于三峽水電站。白鶴灘水電站遠距離輸電電路示意圖如圖（b）所示，如果升壓變壓器與降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機輸出電壓恒定，R表示輸電線電阻，則當用戶功率增大時（ ）
A．A2示數(shù)增大，A1示數(shù)減小
B．V1、V2示數(shù)都減小
C．輸電線上的功率損失增大
D．V1、A1示數(shù)的乘積等于V2、A2示數(shù)的乘積
（2023?溫州模擬）我國已投產(chǎn)運行的1100kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術(shù)水平最先進的輸電工程，輸送電功率最大可達1200萬千瓦。輸電線路流程和數(shù)據(jù)可簡化為如圖所示，若直流線路的輸電線總電阻為10Ω，變壓與整流等造成的能量損失均不計，直流和交流逆變時有效值不發(fā)生改變。當直流線路輸電電流為4×103A時，下列說法正確的是（ ）
A．輸送電功率為1.2×1010W
B．降壓變壓器匝數(shù)比為11：5
C．直流輸電線上損失的功率為1.6×107W，損失的電壓為40kV
D．若保持輸送電功率不變，改用550kV輸電，直流輸電線上損失的功率為6.4×108W
（2023?徐州模擬）隨著經(jīng)濟發(fā)展，加之寒冬來臨，用電需求增加，當火力發(fā)電供應(yīng)緊張時，通過遠距離調(diào)度方式，會及時將其他地區(qū)的風力發(fā)電、太陽能發(fā)電并入電網(wǎng)保障電力供應(yīng)。如圖是遠距離輸電的原理圖，假設(shè)發(fā)電廠輸出電壓恒定不變，兩個變壓器均為理想變壓器。當用戶用電器增加（假設(shè)所有用電器均可視為純電阻），電網(wǎng)中數(shù)據(jù)發(fā)生變化，下列說法正確的是（ ）
A．降壓變壓器的輸出電流I4減小
B．輸電線上損失的功率減小
C．升壓變壓器的輸出電壓U2增大
D．發(fā)電廠輸出的總功率增大
（2022秋?洛陽期末）如圖所示為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，下列說法正確的是（ ）
A．I2=U2r
B．I2=U2-U3r
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U4增大，且U4＞U3
D．如果發(fā)電機輸出電壓為u＝Umsinωt，則輸電線上損失的電功率為(n1n2)Um24r
（2023春?道里區(qū)校級期中）某發(fā)電機輸電電路的簡圖如圖所示，發(fā)電機的矩形線框ABCD處于磁感應(yīng)強度大小為B=210πT的水平勻強磁場中，線框面積為S＝0.5m2，匝數(shù)為100匝，電阻不計。線框繞垂直于磁場的軸OO'以角速度ω＝100πrad/s勻速轉(zhuǎn)動，并與升壓變壓器的原線圈相連，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比1：10，降壓變壓器的副線圈接入若干“220V，100W”的燈泡，兩變壓器間的輸電線等效電阻R＝10Ω，變壓器均為理想變壓器。當發(fā)電機輸出功率為5×104W時，燈泡正常發(fā)光。求：
（1）電壓表讀數(shù)；
（2）輸電線上損失的功率；
（3）降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比。

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