（浙江新高考专用）2019_2020学年高中物理第五章交变电流5电能的输送讲义新人教版选修.docx

5电能的输送知识内容选考要求课时要求电能的输送c1.了解输电导线电能损失的主要原因，知道减少电能损失的两条途径.2.理解采用高压输电的原因，认识高压输电的局限性.3.认识电网的重要作用，认识电网安全对社会的重要性.4.会求解输电导线上的功率损失等问题.一、降低输电损耗的两个途径1.输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障.(2)保质：保证电能的质量电压和频率稳定.(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少.2.输电线上的功率损失：PI2r，I为输电电流，r为输电线的电阻.3.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积.(2)减小输电线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压.二、电网供电1.远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压.2.电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络.3.电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益.(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量.(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高.1.判断下列说法的正误.(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比.()(2)由P可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小.()(3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压.()(4)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等.()2.输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为_.答案U22U12一、降低输电损耗的两个途径如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r).那么：(1)用户两端的电压是多大？(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？(3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？答案(1)UUUUrUIr.(2)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和.(3)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因.功率损失表达式：PI2rr，所以降低功率损耗的两个途径为：减小输电线的电阻r；减小输电电流I，即提高输送电压U.1.输电线上的电压损失：如图1所示，UUUIrr.图12.输电线上的功率损失(1)PI2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻.(2)PUI或P，其中U为输电线上的电压损失.3.减少电压损失和功率损失的方法(1)减小输电线的电阻r，根据r，可减小电阻率，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难.(2)减小输电电流I，根据I，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的.例1(2017湖州市高二检测)某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U1，输电线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是()A.输电线上损耗的功率为B.输电线上损耗的功率为C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D.采用更高的电压输电会降低输电的效率答案C解析设发电厂输出功率为P，则输电线上损耗的功率PPP0，PI2R，A、B项错误；采用更高的电压输电，可以减小输电线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，C项正确；采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，则发电厂输出的总功率减少，故可提高输电的效率，D项错误.例2三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦.(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？答案(1)2500A(2)1.25108W(3)1000A2107W解析(1)由PUI得IA2500A(2)输电线上损失的功率PI22r25002210W1.25108W损失功率与输出功率之比为(3)将电压升高至50万伏时，IA1000A输电线上损失的功率PI22r10002210W2107W损失功率与输出功率之比为.二、远距离高压输电电路中的各种关系某发电站向远处送电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路.(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计).(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案(1)第一个回路：P1U1I1第二个回路：U2UU3，P2PP3I22RP3第三个回路：P4U4I4(2)、P1P2；、P3P4.解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律.1.画图、理清三个回路(如图2所示)图2回路1：P1U1I1回路2：U2UU3，P2PP3I22R线P3，I2I3回路3：P4U4I42.抓住两个联系(1)理想升压变压器联系回路1和回路2即，P1P2.(2)理想降压变压器联系回路2和回路3即，P3P4.3.掌握一个定律根据能量守恒定律得P2PP3.例3如图3所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I2.则()图3A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I12rD.输电线路上损失的电功率为I1U答案A解析根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U2，选项A正确；输电线上的电压降UI1rUU1，选项B错误；理想变压器的输入功率P1I1UIrI1U1，选项C错误；输电线路上损失的电功率PI12rI1(UU1)，选项D错误.针对训练如图4所示是远距离输电的示意图，下列说法正确的是()图4A.a是升压变压器，b是降压变压器B.a是降压变压器，b是升压变压器C.a的输出电压等于b的输入电压D.a的输出电压等于输电线上损耗的电压答案A解析远距离输电先升压，后降压，选项A正确，B错误；由于输电线上有电压损耗，故a的输出电压等于b的输入电压与输电线上损耗的电压之和，选项C、D错误.1.(输电线上功率损失的计算)(2017诸暨市校级期中)用高压输电技术远距离输电，如果发电厂输出功率为P，输电电压为U，输电线的总电阻为R，则输电线上损失的功率为()A.B.C.D.答案C解析因为输送功率为P，输电电压为U，所以输电电流为I，根据公式PI2R得输电线上损失的功率为PI2R，故C正确，A、B、D错误.2.(输电线上功率损失的计算)(多选)某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为150的升压变压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变.若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是 ()A.由公式I可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的B.由公式I可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C.由公式PI2R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的D.由公式P可知，提高电压后输电线上的功率损耗增为原来的2500倍答案AC解析由可知，U250U1，输送功率不变，由公式I可知，输电线中的电流降为原来的，选项A正确，B错误；由PI2R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的，选项C正确，D错误.3.(远距离输电线路的分析与计算)远距离输电中，发电厂输送的电功率相同，如果分别采用输电电压为U1110kV和输电电压为U2330kV输电.则两种情况中，输电线上通过的电流之比I1I2等于()A.11B.31C.13D.91答案B解析输送功率相同，根据PUI得，输电电流与输电电压成反比，所以，故B正确.4.(远距离输电线路的分析与计算)(多选)(2017宁波市十校联考)象山是浙江风力发电的前沿重地，已投资建成多个风电场，其中珠山风电场的输送功率为70MW，发电机的输出电压为u700sin100t (V).通过如图5所示的电路向县城输电，其中输送电压为70kV，输电线总电阻为4，在用户端用降压变压器把电压降为220V.以下说法正确的是()图5A.用户端交流电频率为50HzB.在输电线上的损耗功率小于输送功率的5%C.降压变压器原、副线圈匝数比为3001D.若输送电压为7kV，则输电线上损失的功率为4108W答案ACD解析变压器不改变交变电流的频率，由2f100rad/s知，用户端交流电频率f50Hz，选项A正确；输电线的输送电压，即升压变压器副线圈两端的电压U270kV，则输送电流I103A，故输电线上的损耗功率PI2r4106W，则100%5.7%，选项B错误；输电线上的损耗电压UIr4kV，则降压变压器原线圈两端的电压U3U2U66kV，由得，降压变压器原、副线圈匝数比3001，选项C正确；若输送电压为7kV，则输送电流变为原来的10倍，由损耗功率PI2r知，输电线上损失的功率变为原来的100倍，即4108W，选项D正确.一、选择题考点一输电线上功率损失的计算1.农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有()A.提高输送功率B.增大输送电流C.提高输电电压D.减小输电导线的横截面积答案C解析减少输电损耗的途径：减小输电导线中的电流，即提高输电电压；减小输电线的电阻，即增大输电导线的横截面积，故C正确.2.(多选)(2018东阳中学高二上学期期中)远距离输电时，当输送的功率相同时，输送导线上的电阻损失的功率应是()A.与输送的电压的平方成正比B.与输送的电流的平方成正比C.与输送的电压的平方成反比D.与输电导线上的电压降的平方成正比答案BCD3.(2018温州十五校联合体高二第一学期期末)发电站输出功率为4400kW，现采用110kV的高压输电，若要使输电效率不低于90%.则输电线的电阻不得大于()A.68.75B.275C.137.5D.550答案B4.(多选)(2018宁波市高二第一学期期末)某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106kW，现用500kV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2.0105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108kWD.输电线上损失的功率为P，U为输电电压，r为输电线的电阻答案BC解析由PIU得输电线上输送的电流为：IA6103A，由UIr得输电线路上的电压损失为：U61032.5V15kV，故A错误，B正确；若改用5kV电压输电，输电线上损失的功率为：Pr()22.5 W91011 W9108 kW，C正确；输电线上损失的功率为P，计算时，U为输电线上的电压，而不是输电电压，故D错误.5.(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的功率为P，用户得到的功率为P，则下列关系式正确的是()A.PB.PC.PPD.PP答案BD解析输电线电阻为R线，输电电流为I，故输电线上损失的电功率为PI2R线2，用户得到的电功率为PPPP，故B、D正确.6.(2018牌头中学高二上学期期中)为清除高压电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰.若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热损耗功率为P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)()A.输电电流为3IB.输电电流为9IC.输电电压为3UD.输电电压为9U答案A解析高压线上的热耗功率为：PI2R线；又9PI2R线，由两式得I3I，所以A正确，B错误.又输送功率不变，由PUIUI得U，所以C、D错误.考点二远距离输电线路的分析与计算7.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的.可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些.这是因为此时()A.总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就减小B.总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小C.总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大D.干路电流一定，支路比深夜时多，分去了一部分电压答案C解析此时用电器多，总电阻比深夜时小(因为用电器都是并联的)，而变压器输出电压U不变，由I可知，干路电流大，输电线上损失电压大，电灯两端电压小，故比深夜时要显得暗，故C正确.8.(多选)如图1为发电厂向远处用户输电的电路示意图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变.若输送功率增大，下列说法中正确的有()图1A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电压增大C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大答案CD解析已知发电厂的输出电压不变，升压变压器的原、副线圈匝数比不变，升压变压器的输出电压不变，A错；若输送功率增大，升压变压器的输出电压不变，则输电线上电流增大，又输电线的电阻不变，故输电线上损失的电压增大，降压变压器的输入电压减小，则降压变压器输出电压减小，B错；因输电线上电流增大，输电线的电阻不变，则输电线上损失的功率增大，由，知损耗的功率占总功率的比例增大，C、D对.9.夏天由于用电器的增多，每年夏天都会出现“用电荒”，只好拉闸限电.若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的2倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是()A.若输送电压不变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的2倍B.若输送电压不变，则用电高峰时输电线上损失的功率为正常供电时的2倍C.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电电流为正常供电时的4倍D.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4倍答案A解析高压输电时PUI，I是输送电路上的电流.用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常供电时的2倍，A正确；输电线上损失的功率PI2R线，则损失功率变为正常供电时的4倍，B错误；用电高峰时，若输送电压加倍，则I不变，与正常供电时相同，C错误；由PI2R线，知损失的功率不变，D错误.10.(多选)(2018慈溪中学高二上学期期末)550kV句章变电站已顺利投产，该项目的投产将大大填补余姚、慈溪及杭州湾新区的用电缺口，缓解用电紧张局面.相比原来的275kV输电，下列说法正确的是()A.输电线上的频率将减少一半B.输电线上的电流将减少一半C.输电线上损失的电功率将减少一半D.输电线上损失的电功率将减少为原来的四分之一答案BD二、非选择题11.发电机输出功率为40kW，输出电压为400V，用变压比(