专题37 远距离输电（精讲）-2019年高考物理双基突破（二）

专题37 远距离输电（精讲）-2019年高考物理双基突破（二）

一、远距离输电 ‎1．输电过程，如图所示。‎ ‎2．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q＝I2Rt。‎ ‎（1）减少输电电能损失的两种方法 ‎①理论依据：P损＝I2R.‎ ‎②减小输电线的电阻：根据电阻定律R＝ρ，要减小输电线的电阻R，在保证输电距离情况下，可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法。‎ ‎③减小输电导线中电流：在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高电压。‎ ‎（2）输电线路功率损失的计算方法 ‎① P损＝P－P′，P为输送的功率，P′为用户所得功率。‎ ‎ ②P损＝IR线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻。‎ ‎③P损＝，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻。‎ ‎④P损＝ΔUI线，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为输电线路上的电流。‎ ‎3．电压损失：‎ ‎（1）ΔU＝U－U′；‎ ‎（2）ΔU＝IR。‎ ‎4．功率损失：‎ ‎（1）ΔP＝P－P′；‎ ‎（2）ΔP＝I2R＝（）2R。‎ ‎5．输送电流：‎ ‎（1）I＝；‎ ‎（2）I＝。‎ ‎【题1】2013年4月20日8时2分在四川省雅安市芦山县发生7.0‎ 级地震后，常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机，该发电机说明书的部分内容如下表所示，现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示。发电机到安置区的距离是400 m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10－4Ω，安置区家用电器的总功率为44 kW，当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时 型号 AED6500S 输出电压范围 ‎220～300 V 最大输出功率 ‎60 kW A．输电线路中的电流为20 A ‎ B．发电机的实际输出电压为300 V ‎ C．在输电线路上损失的电功率为8 kW D．如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300 V ‎【答案】C ‎【题2】随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益增大，节能变得越来越重要．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，输电导线总电阻为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为ΔP＝P－P0，ΔP＝I2R＝，A、B选项错误；采用更高的电压输电，可以减小导线上电流，故可以减小输电导线上损耗的功率，C 项正确；采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减小，则发电厂输出的总功率减小，故可提高输电的效率，D项错误。‎ ‎【题3】（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＝220sin （100πt） 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 A ‎ B．降压变压器T2原、副线圈的电压比为4∶1‎ C．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的输出功率大于降压变压器T2的输入功率 ‎【答案】ABD ‎【题4】（多选）在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么 A．输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大 C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 ‎【答案】AC ‎ 【解析】输电线路上损失电压ΔU＝IR，在R一定时，ΔU和I成正比．若U越高，I＝，I越小，那么ΔU越小。输电线路上损失的功率ΔP＝I2R，当P一定时，I＝，所以ΔP＝（）2R，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故A、C正确。 间的基本结构，如图所示。输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路。在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。‎ ‎2．抓住两个联系 ‎（1）理想的升压变压器联系了电源回路1和输送回路2，由变压器原理可得：线圈1（匝数为n1）和线圈2（匝数为n2）中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2。‎ ‎（2）理想的降压变压器联系了输送回路2和用户回路3，由变压器原理可得：线圈3（匝数为n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4。‎ ‎3．掌握一个能量守恒定律 发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户。‎ ‎4．远距离高压输电的几个基本关系（以图为例）‎ ‎（1）功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3。‎ ‎（2）电压、电流关系：＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线。‎ ‎（3）输电电流：I线＝＝＝。‎ ‎（4）输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝IR线＝（）2R线。‎ 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的。‎ ‎5．远距离输电问题的分析思路及常见的“三个误区”‎ ‎（1）分析思路：对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。‎ ‎（2）三个误区：‎ ‎①不能正确地利用公式P损＝（）2R计算输电线上的损耗功率导致错误；‎ ‎②不能正确理解升压变压器的输出电压U2、降压变压器的输入电压U3和输电线上损失的电压ΔU的关系导致错误，三者关系是U2＝ΔU＋U3；‎ ‎③不能正确理解升压变压器的输入功率P1、降压变压器的输出功率P4和输电线上损失的功率P损的关系导致错误，三者关系是P1＝P损＋P4。‎ ‎【题5】（多选）一台发电机最大输出功率为4000 kW，电压为4000 V，经变压器T1升压后向远方输电．输电线路总电阻为R＝1 kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（220 V、60 W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则 A．T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1‎ D．有6×104盏灯泡（220 V、60 W）正常发光 ‎【答案】ABD ‎【题6】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象，则 A．用户用电器上交流电的频率是100 Hz ‎ B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V C．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D．当用户用电器总电阻增大时，输电线上损失的功率减小 ‎【答案】D ‎【题7】（多选）某发电机输出的交流电如图，经理想变压器升压后向远处输送，最后经理想变压器降压后输送给用户。则下列说法正确的是 A．发电机输出交流电的有效值为500 V B．用户获得的交流电频率为50 Hz C．若增加用户用电负载数量，输电线上损失的功率将增加 D．若增加升压变压器原线圈的匝数，输电线上损失的功率将减小 ‎【答案】BC ‎【解析】由题图图象可知交流电的最大值为Um＝500 V，因此其有效值为U＝＝250 V，故A错误；由题图可知，T＝2×10－2 s，故f＝＝50 Hz，故B正确；若增加用户用电负载的数量，总电阻减小，电流增大，由ΔP＝I2R知损失功率增大，故C正确；增大升压变压器原线圈匝数，输出电压减小，损失的功率为ΔP＝（）2R，损失功率增大，故D错误。 的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。两条输电线总电阻用R0表示。当负载增加时，则 A．电压表V1、V2的读数几乎不变 B．电流表A2的读数增大，电流表A1的读数减小 C．电压表V3的读数增大，电流表A2的读数增大 ‎ D．电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变 ‎【答案】AD ‎【题9】2013年4月20日8时2分在四川省雅安市芦山县发生7.0级地震后，常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机，该发电机说明书的部分内容如下表所示。现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示。发电机到安置区的距离是400‎ ‎ m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10－4 Ω，安置区家用电器的总功率为44 kW，当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时。‎ 型号 AED6500S 输出电压范围 ‎220～300 V 最大输出功率 ‎60 kW ‎　 A．输电线路中的电流为20 A B．发电机的实际输出电压为300 V C．在输电线路上损失的电功率为8 kW D．如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300 V ‎【答案】C ‎【解析】当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时，输电线路中的电流为I＝＝200 A，A错；导线电阻为R＝2.5×10－4×400×2 Ω＝0.2 Ω，则发电机的实际输出电压为U输＝U＋IR＝260 V，B错；在输电线路上损失的电功率为P损＝I2R＝8 kW，C对；如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压的最大值是Um＝U输＝368 V，D错。 ‎ ‎【题10】如图所示为重庆某中学教学区供电示意图，供电部门通过理想变压器原线圈A、B端送电，虚线框内表示教学区内各教室的照明电路。已知变压器副线圈C、D两端距教学区输入端E、F距离较远，电路之间输电线电阻不能忽略，设定A、B端输入电压一定，则以下说法正确的是 ‎ ‎ A．如果教学区同时使用的电灯减少，A、B端输入功率仍不变 B．C、D端电压一定为220 V C．E、F端电压一定为220 V ‎ D．教学区内同时使用的电灯越多，E、F端输入电压越低 ‎【答案】D ‎【题11】某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104 W，电厂输出电压仅为350 V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输出。已知输电线路的总电阻为4 Ω，允许损失的功率为输送功率的5%，所需电压为220 V，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？‎ ‎【答案】1∶8　133∶11‎