初中物理电学专题强化训练：专题45 高压输电问题（学生版+解析版）

专题45高压输电问题

高压输电问题概述

因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方（焦耳定律。二尸放）。根据所以在远距离

输电时就要利用大型电力变压器升高电压以减小电流，使导线减小发热，方能有效地减少电

能在输电线路上的损失。由发电厂发出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力，

根据P=UL发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U那么线路中电流I一定会减

小，输电线损失的功率Q=/2放一定会相应减小，如果线路中电流降低到原来的1/2那么线路

中损失的功率就减少为远损耗的1/4,因此说提高电压可以很有效的降低线路中的功率损失。

减小发热量的方法

由焦耳定律。=/2R,，减小发热Q有以下三种方法：①减小输电时间t,二是减小输电线

电阻R,三是减小输电电流I。可以看出，第三种办法是很有效的：电流减小一半，损失的电

能就降为原来的四分之一。要减小电能的损失，必须减小输电电流，另一方面，输电就是要

输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义。根据公式P=UI,要使输电电流I减小，

而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。

显然，高压输送经济。当用高电压把电能输送到用电区后，需要逐次把电压降低，恢复

到正常电压。

对点训练

1.“西电东送”是将我国西部发电车发出的电输送到我国东部，由发电厂输出的电功率是一定

的，它决定于发电机组的发电能力.根据P二UI中发电机的功率不变效应，若提高输电线路中

的电压U,那么线路中的电流I一定会减小，反之亦然.输电线路的电能损耗主要是输电线电

流热效应，输电线损失的热功率P=12R,所以采用输电线的电阻要尽量小.如果线路中电流降

低到原来的(那么线路中损失的热功率就减少为原来的%因此提高电压可以很有效地降低

输电线路中的热功率损失.

设发电厂的输出电功率Po=Llxl()8w,输电线路上的总电阻为10Q<

(1)若采用110kV的超高压输送电能，输电线路的电流I尸,输电线路损失的热功率

Pi=W,其与发电厂输出电功率Po之比Pi：Po=.

(2)若采用llOOkV超高压输送电能，输电线路损失的热功率Pz=W,其与高压输送

电能损失的热功率H之比Pz；P尸.所以采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路

的的损失.

(3)若想使输电线路中的热功率损耗为零，还可以采用做为输电线材料.

2.如图是供电设备向居民楼用户输电的示意图，为保证居民楼内的用户所有用电器都能正常

工作，居民楼的输入导线间电压必须保证为220V,当居民楼内消耗的功率为44kW时，

«7______j7

I供电I।居民|

；设备；____________；用户；

JJMM

(1)通过输电线的电流为多少安？

(2)若输电线的总电阻为0.1Q,供电设备的输出电压是多少伏？

(3)居民楼内由于家用电器的增加，将向供电部分申请“增容”，即增加用电功率.在不改变

输电线情况下，当居民的用电器的额定功率由44kW增加到88kW,所有用电器均在正常工作

时，输电线路损失的功率比“增容”前增加了多少？

(4)若要求减小输电线损失的功率，用学过的公式及知识说明应采取的措施.

3.有一根两端电压为22()kV的高压输电线，是用普通的铝绞线制成的，允许通过的最大电

流为300A,但弱小的鸟儿踩在裸露的高压线上却安然无恙.如图，如果小鸟两爪间的距离是

5cm,这段5cm长的铝导线的电阻是15x10求：

(1)如果通过鸟儿两爪间输电导线的电流为300A,则这段5cm长的铝导线两端的电压为多

少V?

(2)如果小鸟的电阻为1000Q,此时通过小鸟身体的电流为多少A?

4.南阳市南召县回龙抽水蓄能电站，是我省第一座抽水蓄能电站。在深夜用电低谷，它用电

网过剩的电能把山下水库的水抽到山顶水库内，白天用电高峰时放水发电，补充电网电能不

足，为缓解我省电网的调峰压力做出了贡献。

（1）蓄能电站放水发电时，能转化为能。

（2）该蓄能电站的发电总功率为110MW,采用220kV高压进行输电，求高压输电线中的电流。

⑶该蓄能电站每天可发电5小时，如果一天的发电量由热电转换效座为30%的热电厂来提供,

需要消耗多少煤？（煤的热值q=3.OxiO7J/kg）

5.中国95后的天才科学家曹原，在2018年3月5日，成功实现了石墨烯的“超导电实验”，

破解了困扰全球物理学界107年的难题，为超导研究打开了一扇新的大门，可能成为常温超

导体研究的里程碑，超导应用即将走进我们的生活.现有一个小型水电站，如图所示，发电

机提供的电压U=250V,保持恒定，通过输电线向较远处用户输电，输电线的总电阻/?0=

0.15C.闭合开关S,若发电机提供给电路的总功率尸=50kW,求：

I-----------------1!R。用

水IU-1—P

电用

电U=250V：输电线

器

站L>_T!----

（1）通过输电线的电流和输电线上损耗的热功率凡;

（2）用户得到的功率P］和输电效率小

（3）若将输电线改为超导输电线，在保证用户得到以上功率不变的情况下（此时可在用电器

前端加一调压装置，以保证用电器能正常工作），与原来相比，每天节省的电能可供一个额

定功率尸2=lkW的电饭煲正常工作多少天？（假设电饭煲每天工作2小时）

6.抗“疫”就是号令，时间就是生命。7000人10天建成火神山医院，中国速度再次惊艳世界!

如图所示，火神山医院用电是通过设立在附近的“变电站''提供的，正常供电时，为保证医院

的用电器能正常工作，医院的输入电压应为Uo,已知医院用电器的总功率为打、输电线的总

电阻为后请完成以下问题：

（特别提示：当导线比较短的时候，其电阻通常忽略不计。但长距离输电时，输电线的电阻

则不能忽略不计。）

（1）正常供电时，输电线中的电流及变电站的输出电压;

(2)假如医院需要“增容”，即增加医院的用电功率，为保证医院的用电器仍能正常工作，变电

站的输出电压应相应的增加。若变电站的输出电压增加了则医院用电器的总功率在Po

的基础上增加了多少？输电线上消耗的功率比“增容”前增加多少？

7.如图所示是某医院的应急供电线路示意图。柴油发电机到用电区的输电线路所用导

线单位长度的电阻为5xlO-4Q/m,柴油发电机的输出电压为260V。用电区内每个用电

器的额定电压均为220V,总功率为44kW,当这些用电器都正常工作时，求：

⑴输电线路中的电流多大？

⑵输电线路损失的电功率是多少？

⑶发电机与用电区间的距离？

⑷若应急供电1小时，发电机效率为30%,医院最少需要准替多少柴油？(柴油的

热值为4.0x107J/kg)

专题45高压输电问题

高压输电问题概述

因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方（焦耳定律。二尸放）。根据所以在远距离

输电时就要利用大型电力变压器升高电压以减小电流，使导线减小发热，方能有效地减少电

能在输电线路上的损失。由发电厂发出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力，

根据P=UL发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U那么线路中电流I一定会减

小，输电线损失的功率Q=/2放一定会相应减小，如果线路中电流降低到原来的1/2那么线路

中损失的功率就减少为远损耗的1/4,因此说提高电压可以很有效的降低线路中的功率损失。

减小发热量的方法

由焦耳定律。=/2R,，减小发热Q有以下三种方法：①减小输电时间t,二是减小输电线

电阻R,三是减小输电电流I。可以看出，第三种办法是很有效的：电流减小一半，损失的电

能就降为原来的四分之一。要减小电能的损失，必须减小输电电流，另一方面，输电就是要

输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义。根据公式P=UI,要使输电电流I减小，

而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。

显然，高压输送经济。当用高电压把电能输送到用电区后，需要逐次把电压降低，恢复

到正常电压。

对点训练

1.“西电东送”是将我国西部发电车发出的电输送到我国东部，由发电厂输出的电功率是一定

的，它决定于发电机组的发电能力.根据P二UI中发电机的功率不变效应，若提高输电线路中

的电压U,那么线路中的电流I一定会减小，反之亦然.输电线路的电能损耗主要是输电线电

流热效应，输电线损失的热功率P=12R,所以采用输电线的电阻要尽量小.如果线路中电流降

低到原来的(那么线路中损失的热功率就减少为原来的%因此提高电压可以很有效地降低

输电线路中的热功率损失.

设发电厂的输出电功率Po=Llxl()8w,输电线路上的总电阻为10Q<

(1)若采用110kV的超高压输送电能，输电线路的电流I尸,输电线路损失的热功率

Pi=W,其与发电厂输出电功率Po之比Pi：Po=.

(2)若采用llOOkV超高压输送电能，输电线路损失的热功率Pz=W,其与高压输送

电能损失的热功率H之比Pz；P尸.所以采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路

的的损失.

(3)若想使输电线路中的热功率损耗为零，还可以采用做为输电线材料.

【答案】1000IxlO71：11IxIO51：100热功率超导材料

【解析】(1)采用HOkV的超高压输送电能，即Ui=110kV=1.1x105V；

由尸得输电线路的电流为：

此时输电线路的热功率:

Pi=线=61000A；X10/2=1.0x107W

此功率与输出电功率P。之比为:

1.OX1O7W

8

Po-1.1X1OW

(2)若采用HOOkV超高压输送电能，即%=llOOkV=1.1x106V；

此时输电线路的电流为

则输电线路的热功率为

2

5

P2==nooA；xion=1.0xiow

该功率与高压输送电能损失的热功率Pi之比为

5

P2_1.0x10W_1

~p1=l.ox107W=100

可见采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路的热功率损失；

（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，根据P=/2R可知，只能是导线的电阻为零，所

以还可以采用超导体做为输电线材料。

2.如图是供电设备向居民楼用户输电的示意图，为保证居民楼内的用户所有用电器都能正常

工作，居民楼的输入导线间电压必须保证为220V,当居民楼内消耗的功率为44kW时，

।供电!!居民；

；设备；____________；用户;

JMMJMM

（1）通过输电线的电流为多少安？

（2）若输电线的总电阻为0.1Q,供电设备的输出电压是多少伏？

（3）居民楼内由于家用电器的增加，将向供电部分申请“增容”，即增加用电功率.在不改变

输电线情况下，当居民的用电器的额定功率由44kW增加到88kW,所有用电器均在正常工作

时，输电线路损失的功率比“增容”前增加了多少？

（4）若要求减小输电线损失的功率，用学过的公式及知识说明应采取的措施.

【答案】（1）200A（2）240V（3）12000w（4）由P损=『R践可知，导线上损失的功率与电

流的平方和导线的电阻有关.减小输电线损失的电功率时，为保障用户的用电器正常工作，I

不能减小，只能减小R线.R纹随导线长度的变短而变小，随横截面积变大而变小，还跟材料

有关.因居民楼到供电设备间距离不能变短，所以导线的长度不能变小，减小输电线的电阻

应换用较粗的导线或改变输电线的材料

【解析】①通过输电线的电流为：I尸Pi/Ui=44kw/220V=200A

②输电线分担的电压：U2=IR=200AX0.1Q=20V

供电设备的输出电压：U=UI+U2=220V+20V=240V

③增容后输电线中电流：I-2=P2/U1=88kw/220V=400A

增容后输电线损失的功率：P报2=bR=(400A)2X0.1Q=16000W

增容前输电线损失的功率：P投产I/R=(200A)2X0.1Q=4000W

输电线损失的功率比“增容”前增加了：△P损二16000-4000w=12000w

④由P损=『R设可知，导线上损失的功率与电流的平方和导线的电阻有关.减小输电线损失的

电功率时，为保障用户的用电器正常工作，I不能减小，只能减小R筏.R线随导线长度的变

短而变小，随横截面积变大而变小，还跟材料有关.因居民楼到供电设备间距离不能变短，

所以导线的长度不能变小，减小输电线的电阻应换用较粗的导线或改变输电线的材料•(例如:

铝线换成铜线)，从而达到减小输电线损失的功率的目的.

3.有一根两端电压为220kV的高压输电线，是用普通的铝绞线制成的，允许通过的最大电

流为300A,但弱小的鸟儿踩在裸露的高压线上却安然无恙.如图，如果小鸟两爪间的距离是

5cm,这段5cm长的铝导线的电阻是15x10求：

(1)如果通过鸟儿两爪间输电导线的电流为3OOA,则这段5cm长的铝导线两端的电压为多

少V?

(2)如果小鸟的电阻为1000C,此时通过小鸟身体的电流为多少A?

【答案】(1)4.5X10-2V；(2)4.5x105A

【解析】(1)这段导线两端的电压：U=IR=300Ax15x105Q=4.5x102V；

(2)小鸟与这段导线并联，则小鸟两爪间的电压U=4.5xl(y2v,通过小鸟的电流：V=—

、鸟

=4.5x1。"=430%.

1000Q

4.南阳市南召县回龙抽水蓄能电站，是我省第一座抽水蓄能电站。在深夜用电低谷，它用电

网过剩的电能把山下水库的水抽到山顶水库内，白天用电高峰时放水发电，补充电网电能不

足，为缓解我省电网的调峰压力做出了贡献。

⑴蓄能电站放水发电时，能转化为能。

（2）该蓄能电站的发电总功率为110MW,采用220kV高压进行输电，求高压输电线中的电流。

⑶该蓄能电站每天可发电5小时，如果一天的发电量由热电转换效座为30%的热电厂来提供,

需要消耗多少煤？（煤的热值q=3.OxKfj/kg）

【答案】（1）机械电（2）500A（3）2.2x1炉依

【解析】（1）蓄能电站也是电站，电站的核心就是发电机，所以发电时是将水的机械能转化

为电能：

（2）根据电功率计算式P=UI可得高压输电线的电流为：/=£Jl°xl°：W=500A；

U220x103V

（3）5小时发电量为：

|V=P/=110xl0?/:Wx5/i=5.5xl05fcW/?=5.5xl05x3.6xl06J=1.98xl012J,

需要的热量为：吃=6.6x10。,

〃30%

66X1O,2J

所以需要的煤的质量为：加=0=7=2.2X-

q3.0xl07J/ilg

5.中国95后的天才科学家曹原，在2018年3月5日，成功实现了石墨烯的“超导电实验”，

破解了困扰全球物理学界107年的难题，为超导研究打开了一扇新的大门，可能成为常温超

导体研究的里程碑，超导应用即将走进我们的生活.现有一个小型水电站，如图所示，发电

机提供的电压U=250V,保持恒定，通过输电线向较远处用户输电，输电线的总电阻&二

0.15Q.闭合开关S,若发电机提供给电路的总功率P=50kW,求：

R

。用

水

电用

电U=250V输电线

器

站

（1）通过输电线的电流和输电线上损耗的热功率Po;

（2）用户得到的功率Pi和输电效率中

（3）若将输电线改为超导输电线，在保证用户得到以上功率不变的情况下（此时可在用电器

前端加一调压装置，以保证用电器能正常工作），与原来相比，每天节省的电能可供一个额

定功率P2=lkW的电饭煲正常工作多少天？（假设电饭煲每天工作2小时）

【答案】（1）200A6kW（2）88%（3）72天

【解析】（1）通过输电线的电流/=?二丝会兽=200A,

输电线上损耗的热功率PO=FRO=（2OOA尸xO.15C=6xl（）3w=6kW；

（2）用户得到的功率P\=PA-Po=5OkW-6kW=44kW,

R44kW

输电效率=硒而=88%；

（3）根据能量关系得到Wo=卬2，PM尸p2f2M6000Wx24x3600s=1000Wx2x3600sx/V,N=72

天.

答：（1）通过输电线的电流是200A,输电线上损耗的热功率是6kW；

（2）用户得到的功率是44kW,输电效率是88%；

（3）每天节省的电能可供一个额定功率Pi=lkW的电饭煲正常工作72天.

6.抗"疫''就是号令，时间就是生命。7000人10天建成火神山医院，中国速度再次惊艳世界!

如图所示，火神山医院用电是通过设立在附近的“变电站''提供的，正常供电时，为保证医院

的用电器能正常工作，医院的输入电压应为伉，已知医院用电器的总功率为打、输电线的总

电阻为r,请完成以下问题：

(特别提示：当导线比较短的时候，其电阻通常忽略不计。但长距离输电时，输电线的电阻

则不能忽略不计。)

⑴正常供电时，输电线中的电流及变电站的输出电压；

(2)假如医院需要“增容”，即增加医院的用电功率，为保证医院的用电器仍能正常工作，变电

站的输出电压应相应的增加。若变电站的输出电压增加了AU,则医院用电器的总功率在R)

的基础上增加了多少？输电线上消耗的功率比“增容”前增加多少？

【答案】⑴落*4;(2)t/0—；八衅十名

rUor

【解析】

⑴正常供电时，输电线中的电流

U。

变电站的输出电压

(2)增容后电路中电流增加

一

A/b=U---

医院用电器总功率增加

△U

△%=UoA/=Uo—

增容前导线损失的功率

增容后导线损失的功率

以=(1+4)2〃=(券+于)2〃

增容后导线损失的功率增加

△心二a'a=(J+—')2r~

答：