高中物理选修2步步高同步讲义 第三章 4 电能的输送

4电能的输送第三章交变电流【学习目标】1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行

定量计算.3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程.【内容索引】梳理教材夯实基础探究重点提升素养随堂演练逐点落实课时对点练SHULIJIAOCAI

HANGSHIJICHU梳理教材夯实基础1一、输送电能的基本要求1.可靠：指保证

可靠地工作，故障少.2.保质：保证电能的质量——

和

稳定.3.经济：指输电线路建造和运行的费用

，电能损耗

.供电线路电压频率低少二、降低输电损耗的两个途径1.输电线上的功率损失：P＝

，I为输电电流，r为输电线的电阻.2.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

的金属材料，还要尽可能

导线的横截面积.(2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要

输电电压.I2r小增加提高三、电网供电1.远距离输电的基本原理：在发电站内用

变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过

变压器降到所需的电压.2.电网：通过网状的输电线、

，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

.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

.(2)减小断电的风险，调剂不同地区

的平衡.(3)合理调度电力，使

的供应更加可靠，质量更高.升压降压变电站网络经济效益电力供需电力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1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等.(

)即学即用×√√×2.输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现用电压U来输电，输电线上的电流为_____，输电线上损失的功率为_______.如果用2U电压来输电，则输电线上的电流为_____，输电线上损失的功率为______.两次损失的功率之比为_____.返回4∶1TANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重点提升素养2一、输电线上的电压和功率损失导学探究如图1所示，假定发电站输出的电压为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？图1(2)用户得到的电能与发电站输出的电能相等吗？答案不相等，由能量守恒知，发电站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)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.知识深化1.输电电路的电压损失2.输电电路的功率损失(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r.3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻例1三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？答案2500A

(2)在(1)情况下，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？它与输出功率的比值是多少？解析输电线上损失的功率ΔP＝I2·2r＝25002×2×10W＝1.25×108W(3)若将输出电压升高至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？它与输出功率的比值是多少？输电线上损失的功率ΔP′＝I′2·2r＝10002×2×10W＝2×107W针对训练1

(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低.我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术.假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电.输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则√√二、远距离高压输电过程的分析与计算导学探究某发电站向远处输电的示意图如图2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.图2(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).答案第一个回路：P1＝U1I1第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3第三个回路：P4＝U4I4(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？知识深化解决远距离高压输电问题的基本方法1.首先应画出远距离输电的电路图(如图3)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.图32.理清三个回路：回路1：P1＝U1I1回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3回路3：P4＝U4I4.3.常用关系(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.(6)输电线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3.例2

发电机两端的电压为220V，输出功率为44kW，输电导线的总电阻为0.2Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器.(1)画出全过程的线路示意图；答案见解析图解析线路示意图如图所示：(2)求用户得到的电压和功率；答案219.6V

4.392×104W

P损＝I22R线＝202×0.2W＝80W，U损＝I2R线＝20×0.2V＝4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为U3＝U2－U损＝2200V－4V＝2196V，I3＝I2＝20A.用户得到的功率为P4＝U4I4＝219.6×200W＝4.392×104W.降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为(3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率.答案180V

3.6×104W解析若直接给用户供电，线路示意图如图所示输电线路上的电压损失ΔU′＝I′R线＝200×0.2V＝40V.所以用户得到的电压U2′＝U1－ΔU′＝220V－40V＝180V.用户得到的功率为P′＝U2′I′＝180×200W＝3.6×104W.针对训练2

(多选)如图4所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500V，输出的电功率为50kW，用总电阻为3Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220V供用户使用(两个变压器均为理想变压器).对整个送电过程，下列说法正确的是A.输电线上的损失功率为300WB.升压变压器的匝数比为1∶100C.降压变压器的输入电压为4970VD.降压变压器的匝数比为100∶1图4√√解析输电线上的损失功率为P损＝P×0.6%＝50kW×0.6%＝300W，A项正确；输电线上损失的电压为U损＝I2R＝10×3V＝30V，降压变压器输入电压为U3＝5000V－30V＝4970V，C项正确；返回SUITANGYANLIAN

ZHUDIANLUOSHI随堂演练逐点落实31.(输电线路的功率损失)(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所有输电导线的电阻率均为ρ，横截面积均为S，两地的距离为L，输电线上损耗的电功率为P1，用户得到的电功率为P2.下列关于P1和P2的表达式中正确的是123√√1232.(输电线路的电压损失和功率损失)(2020·安徽省怀宁县第二中学高二期中)某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW，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2×105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.输电线上损失的功率为ΔP＝

，U为输电电压，r为输电线的电阻D.输电线上损失的功率为9×107kW123√由ΔU＝Ir得输电线上的电压损失ΔU＝6×103×2.5V＝15×103V＝15kV，故B正确；123输电线上损失的功率ΔP＝I2r＝(6×103)2×2.5W＝9×107W，故D错误.3.(远距离高压输电的分析与计算)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500kW，升压变压器原线圈两端的电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω，降压变压器的输出电压为220V，不计变压器能量损耗，求：(1)升压变压器副线圈两端的电压；123答案2500V

123解析输电线路原理图如图所示(2)输电导线上的功率损失及用户得到的功率；123答案60kW

440kW

解析输电导线上的电流输电导线上的功率损失P损＝I22r线＝60kW用户得到的功率P用＝P1－P损＝440kW(3)降压变压器原、副线圈的匝数比.123答案10∶1解析输电导线上损失的电压ΔU＝I2r线＝300V降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－ΔU＝2200V返回KESHIDUIDIANLIAN课时对点练4考点一输电线路的电压损失和功率损失1.远距离输送一定功率的交流电，若输电电压提高到原来的n(n>1)倍，则A.输电线上的电压损失增大B.输电线上的功率损失增大C.输电线上的电压损失不变D.输电线上的功率损失减少到原来的基础对点练123456789101112√1234567891011122.(多选)(2021·湖北沙市中学月考)供电电路电源的输出电压为U1，线路导线上的电压为U2，用电器得到的电压为U3，导线中电流为I，线路导线的总电阻为R，若要计算线路上的损失功率，可用的公式有123456789101112√√√解析U1不等于线路导线上的电压，A错误；线路导线上的电压为U2＝U1－U3，导线中电流为I，线路上的损失功率P＝U2I＝I(U1－U3)，B正确；导线中电流为I，线路导线的总电阻为R，线路上的损失功率P＝I2R，C正确；1234567891011123.(2020·湖南衡阳高二期中)输电线的电阻为r，输送的电功率为P，用电压U输送电能，则用户得到的功率为123456789101112√4.用户与发电厂相距L，输电线上的电流为I，为使输电线上的电压损失不超过U，已知输电线的电阻率为ρ，那么输电线的横截面积最小值应是123456789101112√5.降雪很大时，高压线上冻起厚厚的冰霜，导致部分电线负重增大而断裂，有人想出了通过增大输电线上损耗功率来融冰的方案.假设输电电压是220kV，当输送功率保持不变时，为使输电线上损耗的功率增大为原来的4倍，输电电压应变为A.55kV B.110kV C.440kV D.880kV√123456789101112考点二电网输电6.(多选)如图1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，流入用户端的电流为I2.则A.用户端的电压为B.理想变压器的输入功率为I12rC.输电线路上损失的电功率为I1UD.当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降123456789101112图1√√123456789101112理想变压器的输入功率为U1I1＝UI1－I12r；输电线路上损失的电功率为I12r，B、C错误；7.(多选)如图2所示为远距离输电示意图，线路总电阻为r，发电厂输出电压不变，三个回路的电流依次为I1、I2、I3，两变压器均为理想变压器，左侧变压器输入电压为U1，输出电压为U2；右侧变压器输入电压为U3，输出电压为U4，以下选项正确的是A.若用户消耗的功率增大，I2随之增大B.若用户消耗的功率增大，U4随之增大C.U2＝U3＋I2rD.U1I1＝I22r＋U4I3√123456789101112图2√√123456789101112解析若用户消耗的功率增大，则I3会变大，由变压器匝数比等于电流比的倒数可知，I2随之增大，输电线电阻r上的电压变大，则U3减小，U4减小，选项A正确，B错误；由串联电路的特点可知：U2＝U3＋I2r，选项C正确；由能量关系可知：U1I1＝I22r＋U3I2＝I22r＋U4I3，选项D正确.8.(多选)图3为某小型电站高压输电示意图.发电机输出功率恒定，升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2.下列说法正确的是A.采用高压输电可以增大输电线中的电流B.升压变压器原、副线圈匝

数比＝C.输电线损耗的功率为D.将P上移，用户获得的电

压将增大√123456789101112图3√123456789101112解析发电机输出功率恒定，根据P＝UI可知，采用高压输电可以减小输电线中的电流，故A错误；U2等于输电线路上损耗的电压与降压变压器输入电压之和，故C错误；将P上移，降压变压器的原线圈匝数减少，由变压器的电压与匝数的关系可知，用户获得的电压将增大，故D正确.9.(多选)如图4为远距离输电的示意图，若电厂的输出电压u1＝220sin100πt(V)，则下列表述正确的是A.U1<U2，U3>U4B.U1＝220VC.若U2提高为原来的10倍，输电

线上损失的功率为原来的D.用户得到的交变电流频率为25Hz图4123456789101112√能力综合练√√123456789101112解析电厂发出的电，经过升压变压器升压，后经过降压变压器降压输送给用户，所以U1<U2，U3>U4，选项A正确；123456789101112输电过程中交变电流的频率不变，所以用户得到的交变电流的频率仍为50Hz，选项D错误.10.(2020·湖北荆州中学高二期末)如图5所示为远距离输电示意图，电厂的发电机输出功率为100kW，输出电压U1＝500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶20，输电线电阻为40Ω，用户需要的电压U4＝220V，变压器均为理想变压器.则A.输电线上的输送电流为250AB.输电线上损失的电压为280VC.输电线上损失的电功率为4kWD.降压变压器的原、副线圈的匝数比为n3∶n4＝48∶11123456789101112图5√123456789101112输电线上的电压损失U′＝I2r＝400V，选项B错误；输电线上损失的电功率为P′＝I22r＝4kW，选项C正确；12345678910111211.(2020·安徽亳州高二上期中)如图6所示，某学校有一台应急备用发电设备，内阻不计.升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶4，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4＝4∶1，输电线总电阻为r＝4Ω，其他导线电阻可忽略不计.全校有22间教室，每间教室安装“220V

40W”123456789101112图6答案6A

的