资源简介 考点1:输电线上电压和功率损失的计算1.输电线上的电功率损失(1)原因:输电导线有电阻R线,电流流过输电线时,电流的热效应引起电功率的损失。(2)计算式:①P线=I2R线;②P线=IU线;③P线=。2.输电线上的电压损失若用U表示输电线始端电压,U′表示输电线末端电压,则U线=U-U′或U线=IR线。3.电压损失与输电电压的关系如果远距离输电的电功率P不变,输电电压为U,输电导线电阻为R线,则输电导线上发热损失的功率P损=I2R线=R线,因此输电电压若提高到nU,则P损将减为原来的。4.注意:交流输电时,导线不但有电阻,还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗,但高中阶段计算中,可将输电线看作纯电阻电路,不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响。【例1】 中国已投产运行的1 000 kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响。则( )A.输电电流变为原来的2倍B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍C.输电线上降落的电压将变为原来的D.输电线上损耗的电功率将变为原来的【例2】 某变电站用220 V的电压输电,导线上损失的功率为输送功率的20%。若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%,则输电电压应为多少?【变式训练】上例中,若输电电压不变,输电线的电阻应变为原来的多少倍?计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时,要注意区分两个电压:输电电压(输电线始端的电压)U和输电线上的损失电压ΔU。(1)P损=ΔUI=,ΔU是输电线两端的电压,即输电线上损失的电压。(2)P损=R线,U是指输送电压,即从发电站发出后,经过变压器升高后的电压。1.远距离输电,输电功率一定,当输电电压为U0时,输电线上的电流为I0,损失的电功率为P0。则当输电电压提高为2U0时( )A.由I=得,输电线上的电流变为2I0B.由I=得,输电线上的电流变为C.由P=得,输电线上损失的电功率为4P0D.由P=IU得,输电线上损失的电功率为2P0考点2:远距离输电1.远距离输电的几个基本关系式(1)功率关系:P1=P2,P2=P损+P3,P3=P4。(2)电压关系:=,U2=U线+U3,=。(3)电流关系:=,I2=I线=I3,=。(4)输电电流:I线====。(5)输电导线上损耗的电功率 P损=P2-P3=IR线==U线I线。(6)输电导线上的电压损失 U线=I线R线=U2-U3。2.两个联系(1)线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是:=,I1n1=I2n2,P1=P2。(2)线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是:=,I3n3=I4n4,P3=P4。【例3】 风力发电作为新型环保新能源,近几年来得到了快速发展,如图所示风车阵中发电机输出功率为100 kW,输出电压是250 V,用户需要的电压是220 V,输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%,试求:(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比;(2)用户得到的电功率是多少。处理远距离输电的方法技巧(1)画好一张图——远距离输电示意图(2)抓住电两端——发电站和用户(3)分析一条线——输电线(4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压(5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)2.输送4.0×106 W的电能,若发电机输出电压为2 000 V,选用变压器升压后应用横截面积为4.25 cm2的铜导线,把电能送到400 km远处,线路损耗的功率为5.0×105 W。若已知铜的电阻率ρ=1.7×10-8 Ω·m,求:(1)应选用匝数比为多少的升压变压器;(2)在用户方使用降压变压器,其原线圈两端的电压为多大。考点一 输电线上电压和功率损失的计算1.“西电东输”工程中,为了减少输电损耗,必须提高输电电压。从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106 kW,输电电压为1 000 kV,输电线电阻为100 Ω。若改用超导材料作为输电线,则可减少输电损耗的功率为( )A.105 kW B.104 kWC.106 kW D.103 kW2.用电压U和KU分别输送相同的电功率,且在输电线上损耗的功率相同,导线长度和材料也相同,此两种情况下导线的横截面积之比为( )A.K∶1 B.1∶KC.K2∶1 D.1∶K23.高压输电过程中,输电电压为U,输电功率为P,输电导线上电阻为R,则下列说法中错误的是( )A.损耗功率为 B.输电导线上的电流为C.电压损失为R D.用户得到的功率为P-R4.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )A.= B.I2=C.I1U1=IR D.I1U1=I2U25.在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损耗。有一个小型发电站,输送的电功率P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。求:(1)输电效率η和输电线的总电阻r;(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么发电站应使用多高的电压向外输电?考点二 远距离输电6.远距离输电时,在输送功率不变的条件下( )A.只有增大导线的电阻,才能减小输电电流,提高输电效率B.提高输电电压,能减小输电电流,提高输电效率C.提高输电电压,势必增大输电导线上能量的损耗D.提高输电电压,势必增大输电导线上的电流7.如图为远距离输电线路的示意图。若发电机的输出电压不变,则下列叙述中正确的是( )A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C.当用户用电器的总电阻减小时,输电线上损失的功率增大D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压8.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压u=220 sin 100 πt(V),降压变压器的副线圈与阻值R0=11 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是( )A.通过R0电流的有效值是20 AB.降压变压器T2原、副线圈的电压之比为4∶1C.升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D.升压变压器T1的输出功率等于降压变压器T2的输入功率9.如图甲所示,一个小型水力发电站,发电机输出电压U0=250 V,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为Pm=30 kW,它通过总电阻r线=2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电,设居民区所有用电器都是额定电压U用=220 V的白炽灯,总功率为P用=22 kW,不计灯丝电阻随温度的变化。甲 乙(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗,已知用户变压器的降压比为40∶1,如图乙所示。当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率多大?巩固提升10.某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )A.输电线上输送的电流大小为2×105 AB.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kVC.若改用5 kV电压输电,则输电线上损耗的功率为9×108 kWD.输电线上损耗的功率为ΔP=, U为输电电压,r为输电线的电阻11.如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图像,则( )甲 乙A.用户用电器上交流电的频率是100 HzB.发电机输出交流电的电压有效值是500 VC.输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损耗的功率减小12.如图所示,某小型水电站发电机的输出功率为10 kW,输出电压为400 V,向距离较远的用户供电,为了减少电能损耗,使用2 kV高压输电,最后用户得到“220 V 9.5 kW”的电能,求:(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比;(2)输电线路导线电阻R;(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比。13.某学校为加强校园安全,备有一台应急发电机,输电线路如图所示,在发电机和升压变压器的线路上串接有一盏r=0.5 Ω的照明灯。升压变压器的匝数比为 1∶6,降压变压器的匝数比为 6∶1,两变压器间输电线的总电阻为R=2 Ω。全校共启用了33间教室,每间教室有6盏相互并联的“220 V 40 W”灯泡,要求所有灯都正常发光,求:(1)两个变压器之间输电线上损失的电压;(2)发电机的输出功率。考点1:输电线上电压和功率损失的计算1.输电线上的电功率损失(1)原因:输电导线有电阻R线,电流流过输电线时,电流的热效应引起电功率的损失。(2)计算式:①P线=I2R线;②P线=IU线;③P线=。2.输电线上的电压损失若用U表示输电线始端电压,U′表示输电线末端电压,则U线=U-U′或U线=IR线。3.电压损失与输电电压的关系如果远距离输电的电功率P不变,输电电压为U,输电导线电阻为R线,则输电导线上发热损失的功率P损=I2R线=R线,因此输电电压若提高到nU,则P损将减为原来的。4.注意:交流输电时,导线不但有电阻,还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗,但高中阶段计算中,可将输电线看作纯电阻电路,不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响。【例1】 中国已投产运行的1 000 kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响。则( )A.输电电流变为原来的2倍B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍C.输电线上降落的电压将变为原来的D.输电线上损耗的电功率将变为原来的【解析】C 根据输送电功率P输=U输I输及P输不变,可知,输电电流I输=∝,当U输变为原来的2倍时,I输变为原来的,选项A错误;输电线上降落的电压U降=I输R线∝I输,所以,当输电电流变为原来的时,输电线上降落的电压也变为原来的,选项B错误,C正确;输电线上损耗的电功率P损=IR线∝I,所以输电线上损耗的电功率将变为原来的,选项D错误。【例2】 某变电站用220 V的电压输电,导线上损失的功率为输送功率的20%。若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%,则输电电压应为多少?【解析】设输送功率为P,输电电压U1=220 V时,损失功率ΔP1=20%P又因为ΔP1=IR线,I1=解得ΔP1=R线现要求ΔP2=5%P,同理ΔP2=R线因此可得==所以U2=2U1=440 V。【变式训练】上例中,若输电电压不变,输电线的电阻应变为原来的多少倍?【解析】ΔP=I2R线则===输电线的电阻应变为原来的。计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时,要注意区分两个电压:输电电压(输电线始端的电压)U和输电线上的损失电压ΔU。(1)P损=ΔUI=,ΔU是输电线两端的电压,即输电线上损失的电压。(2)P损=R线,U是指输送电压,即从发电站发出后,经过变压器升高后的电压。1.远距离输电,输电功率一定,当输电电压为U0时,输电线上的电流为I0,损失的电功率为P0。则当输电电压提高为2U0时( )A.由I=得,输电线上的电流变为2I0B.由I=得,输电线上的电流变为C.由P=得,输电线上损失的电功率为4P0D.由P=IU得,输电线上损失的电功率为2P0【解析】B 设输电线的电阻为R,当输电线上的电流为I0时,损失的电功率为P0=IR。当输电电压提高为2U0时,由I=可知输电线上的电流变为,输电线上损失的电功率为P损=R=,故选项B正确。考点2:远距离输电1.远距离输电的几个基本关系式(1)功率关系:P1=P2,P2=P损+P3,P3=P4。(2)电压关系:=,U2=U线+U3,=。(3)电流关系:=,I2=I线=I3,=。(4)输电电流:I线====。(5)输电导线上损耗的电功率 P损=P2-P3=IR线==U线I线。(6)输电导线上的电压损失 U线=I线R线=U2-U3。2.两个联系(1)线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是:=,I1n1=I2n2,P1=P2。(2)线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是:=,I3n3=I4n4,P3=P4。【例3】 风力发电作为新型环保新能源,近几年来得到了快速发展,如图所示风车阵中发电机输出功率为100 kW,输出电压是250 V,用户需要的电压是220 V,输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%,试求:(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比;(2)用户得到的电功率是多少。【解析】 (1)输电线损失的功率P损=P×4%=100 kW×4%=4 kW输电线电流I2== A=20 A升压变电器输出电压U2== V=5×103 V升压变压器原、副线圈匝数比:===电压损失U损=I2R线=20×10 V=200 V降压变压器原线圈端电压U3=U2-U损=4 800 V降压变压器原、副线圈匝数比==。(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为P用=P-P损=P(1-4%)=100×96% kW=96 kW。处理远距离输电的方法技巧(1)画好一张图——远距离输电示意图(2)抓住电两端——发电站和用户(3)分析一条线——输电线(4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压(5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)2.输送4.0×106 W的电能,若发电机输出电压为2 000 V,选用变压器升压后应用横截面积为4.25 cm2的铜导线,把电能送到400 km远处,线路损耗的功率为5.0×105 W。若已知铜的电阻率ρ=1.7×10-8 Ω·m,求:(1)应选用匝数比为多少的升压变压器;(2)在用户方使用降压变压器,其原线圈两端的电压为多大。【解析】 (1)由P=I2R得I=,式中P为线路损耗功率,R为线路总电阻,两条导线总电阻R=ρ=ρ,则R=1.7×10-8× Ω=32 Ω所以I==125 A因为P输入=P输出,所以在升压变压器副线圈两端的电压为U2==3.2×104 V故==。(2)设U2′为降压变压器原线圈两端的电压,则U2′=U2-IR=2.8×104 V。考点一 输电线上电压和功率损失的计算1.“西电东输”工程中,为了减少输电损耗,必须提高输电电压。从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106 kW,输电电压为1 000 kV,输电线电阻为100 Ω。若改用超导材料作为输电线,则可减少输电损耗的功率为( )A.105 kW B.104 kWC.106 kW D.103 kW【解析】A 输电电流I=,输电线路损耗的电功率P损=I2r=r=1×105 kW;当改用超导输电时,无电能损失,因此减少的输电损耗就等于P损,A正确。2.用电压U和KU分别输送相同的电功率,且在输电线上损耗的功率相同,导线长度和材料也相同,此两种情况下导线的横截面积之比为( )A.K∶1 B.1∶KC.K2∶1 D.1∶K2【解析】C 由R=ρ、P=UI、ΔP=I2R得ΔP=,可见在其他物理量一定时,S与U2成反比,故C正确。3.高压输电过程中,输电电压为U,输电功率为P,输电导线上电阻为R,则下列说法中错误的是( )A.损耗功率为B.输电导线上的电流为C.电压损失为RD.用户得到的功率为P-R【解析】A 根据P=UI得,输电线路上的电流为:I=,则输电线上损耗的功率为:P损=I2R=R,故A错误,B正确;根据部分电路欧姆定律得到:U损=IR=R,故C正确;根据能量守恒得到,用户得到的功率为:P′=P-R,故D正确。4.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )A.= B.I2=C.I1U1=IR D.I1U1=I2U2【解析】D 根据理想变压器的工作原理得I1U1=I2U2、=。U2不是加在R两端的电压,故I2≠。而I1U1等于R上消耗的功率IR与下一级变压器的输入功率之和,选项D正确。5.在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损耗。有一个小型发电站,输送的电功率P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。求:(1)输电效率η和输电线的总电阻r;(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么发电站应使用多高的电压向外输电?【解析】 (1)输送功率P=500 kW,一昼夜输送电能E=Pt=12 000 kW·h输电线上损耗的电能ΔE=4 800 kW·h终点得到的电能E′=E-ΔE=7 200 kW·h所以输电效率η==60%输电线上的电流I==100 A输电线上损耗的功率Pr==200 kW输电线的电阻r==20 Ω。(2)Pr=r要求输电线上损耗的功率Pr′=2%P=10 kW输电电压应调节为U′=P=22.4 kV。考点二 远距离输电6.远距离输电时,在输送功率不变的条件下( )A.只有增大导线的电阻,才能减小输电电流,提高输电效率B.提高输电电压,能减小输电电流,提高输电效率C.提高输电电压,势必增大输电导线上能量的损耗D.提高输电电压,势必增大输电导线上的电流【解析】B 在输送功率一定的前提下,P输=U输I输,P损=IR线,η=×100%,B正确。7.如图为远距离输电线路的示意图。若发电机的输出电压不变,则下列叙述中正确的是( )A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C.当用户用电器的总电阻减小时,输电线上损失的功率增大D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压【解析】C 变压器输入功率、输入电流的大小分别由次级负载消耗的功率大小及输出电流的大小决定,选项A、B错误;用户的总电阻减小,根据I=,用户端电流变大,输电线电流增大,线路损耗功率增大,C项正确;升压变压器的输出电压等于输电线路电阻损失的电压加上降压变压器输入电压,D项错误。8.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压u=220 sin 100 πt(V),降压变压器的副线圈与阻值R0=11 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是( )A.通过R0电流的有效值是20 AB.降压变压器T2原、副线圈的电压之比为4∶1C.升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D.升压变压器T1的输出功率等于降压变压器T2的输入功率【解析】AB T2副线圈两端交流电压u=220sin 100πt(V),电压有效值为220 V,则通过R0的电流有效值I= A=20 A,A项正确;由原、副线圈电压与匝数的关系知B项正确;由于输电线有电阻,所以升压变压器T1的输出电压和输出功率大于降压变压器T2的输入电压和输入功率,C、D错误。9.如图甲所示,一个小型水力发电站,发电机输出电压U0=250 V,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为Pm=30 kW,它通过总电阻r线=2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电,设居民区所有用电器都是额定电压U用=220 V的白炽灯,总功率为P用=22 kW,不计灯丝电阻随温度的变化。甲 乙(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗,已知用户变压器的降压比为40∶1,如图乙所示。当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率多大?【解析】(1)由P用=求得用户总的电阻R用=2.2 Ω,电路中的电流为I===59.5 AU灯=IR用=130.9 V=131 VP输=U0I=14 875 W=14.9 kW。(2)P用=U4I4,U4=220 V,I4==100 A=,I3==2.5 AP损=Ir线=12.5 W。巩固提升10.某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )A.输电线上输送的电流大小为2×105 AB.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kVC.若改用5 kV电压输电,则输电线上损耗的功率为9×108 kWD.输电线上损耗的功率为ΔP=, U为输电电压,r为输电线的电阻【解析】B 输出电功率P=3×106 kW,输电电压U=500 kV,则输电线上输送的电流大小为I==6×103 A,所以A错误;输电线上由电阻造成的损耗电压ΔU=Ir=15 kV,所以B正确;输电线上损耗的功率ΔP损=ΔU·I=r,所以D错误;若改用5 kV电压输电,其损耗的功率不可能高于输出功率,否则违反能量守恒定律,故C错误。11.如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图像,则( )甲 乙A.用户用电器上交流电的频率是100 HzB.发电机输出交流电的电压有效值是500 VC.输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损耗的功率减小【解析】D 由u t图像知,发电机的频率f=50 Hz,选项 A错误;其电压有效值为U= V=250 V,选项B错误;输电线的电流由输送功率和输送电压共同决定,选项C错误;当用户用电器的总电阻增大时,其电流将减小,输电线损耗功率也减小,选项D正确。12.如图所示,某小型水电站发电机的输出功率为10 kW,输出电压为400 V,向距离较远的用户供电,为了减少电能损耗,使用2 kV高压输电,最后用户得到“220 V 9.5 kW”的电能,求:(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比;(2)输电线路导线电阻R;(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比。【解析】 (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比===。(2)由P损=IR,输送电流取决于输出电压及输送功率,有I2=所以R=== Ω=20 Ω。(3)设降压变压器原线圈上电压为U3,U3=U2-I2R=(2 000-5×20) V=1 900 V所以降压变压器原、副线圈匝数比===。13.某学校为加强校园安全,备有一台应急发电机,输电线路如图所示,在发电机和升压变压器的线路上串接有一盏r=0.5 Ω的照明灯。升压变压器的匝数比为 1∶6,降压变压器的匝数比为 6∶1,两变压器间输电线的总电阻为R=2 Ω。全校共启用了33间教室,每间教室有6盏相互并联的“220 V 40 W”灯泡,要求所有灯都正常发光,求:(1)两个变压器之间输电线上损失的电压;(2)发电机的输出功率。【解析】 (1)设降压变压器原线圈电流I3,副线圈电流I4,则I4===36 A=,解得I3=6 A损失的电压ΔU=I3R=12 V。(2)输电线路上损耗的功率ΔP=IR=72 W升压变压器原线圈中的电流为I1,副线圈电流为I2,则I1=I2=36 A原线圈中灯泡功率P0=Ir=648 W发电机输出功率P=P′+ΔP+P0=8 640 W。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 3.4 电能的输送 (原卷版).docx 3.4 电能的输送 (解析版).docx