【物理】2018届一轮复习人教版11-4远距离输电学案

【物理】2018届一轮复习人教版11-4远距离输电学案

专题11.4 远距离输电 课前预习 ● 自我检测 ‎1. 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”‎ ‎ (1)高压输电的目的是增大输电的电流。(　×　)‎ ‎(2)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输送过程中损失的功率越小。(　×　)‎ ‎(3)变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定。(　√　)‎ ‎2．(多选)如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有(　　)‎ A．U2减小，U4变大 B．U2不变，U3变小 C．P1变小，P2变小 D．P2变大，P3变大 ‎【答案】　BD ‎3．‎2013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 课堂讲练 ● 典例分析 ‎【典例1】图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)‎ A.　　　　　　　　 B. C．422r D．422r ‎【答案】　C ‎【解析】　原线圈电压的有效值：U1＝，根据＝可求；U2＝，又因为是理想变压器，所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P，所以输电线上的电流I＝，输电线上损失的电功率为P′＝I22r＝4r22，所以C正确，A、B、D错误。‎ ‎【典例2】如图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．输电线上的电压降为U C．理想变压器的输入功率为Ir D．输电线路上损失的电功率为I1U ‎【答案】　A ‎【反思总结】‎ ‎1. 解远距离输电问题必备技巧 ‎(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量。‎ ‎(2)抓住变压器变压前后各物理量间的关系，求出输电线上的电流。‎ ‎(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损＝IR线，注意输电线上的功率损失和电压损失。‎ ‎(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定 ‎2. 远距离输电模型 ‎(1) 输电过程的电压关系：U2＝U3＋Ur，即升压变压器副线圈两端电压U2等于降压变压器原线圈两端电压U3与输电线上的电压Ur之和。‎ ‎(2) 输电过程功率的关系：P1＝P2＋Pr，即升压变压器原、副线圈功率P1等于降压变压器原、副线圈功率P2与输电线损失功率Pr之和；输电线上损失功率Pr＝Ir，其中输电电流I2＝。‎ ‎(3) 解题过程中应注意变压器原副线圈之间电流、电压、功率的制约关系。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎1. 如图所示为远距离输电的示意图，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。闭合开关S后(　　)‎ A．升压变压器的输出电压增大 B．降压变压器的输出电流减小 C．输电线上损耗的功率增大 D．输电线上交流电的频率减小 ‎【答案】　C ‎2．如图所示，匝数为n＝100、面积为S＝‎0.448 m2‎的导线框ABCD所在处的磁感应强度大小B＝ T。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100π rad/s匀速转动，并与理想升压变压器相连进行远距离输电，升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5，理想降压变压器副线圈接入一只“220 V　1 100 W”的灯泡，且灯泡正常发光，输电线路总电阻r＝20 Ω，导线框及其余导线电阻不计，电表均为理想电表。则下列说法中正确的是(　　)‎ A．电压表的读数为448 V B．输电线路的电流为‎0.98 A C．电流表的读数为‎2.5 A D．降压变压器的原、副线圈匝数比为5∶1‎ ‎【答案】　ACD 设降压变压器的匝数比是n∶1，则降压变压器中的输入电流 I3＝·I4＝②‎ 该电流即为输电线中的输电电流，则输电线上损失的电压 ΔU3＝I3·r③‎ 降压变压器的输入电压U3＝U送－I3·r④‎ ＝⑤‎ 联立①②③④⑤得n＝5，U3＝1 100 V，I3＝‎1 A，故B错误，D正确；升压变压器副线圈的电流与输送的电流是相等的，I2＝I3＝‎1 A，由于电流与匝数成反比，所以升压变压器原、副线圈电流之比为＝，所以I1＝I2＝×‎1 A＝‎2.5 A，故C正确。‎ ‎ 课后巩固 ● 课时作业 ‎1．一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为(　　)‎ A．200　　　　　　　　　　 B．400‎ C．1 600 D．3 200‎ ‎【答案】　B ‎【解析】　根据变压器的变压规律＝得，n2＝n1＝×800＝400匝，选项B正确。‎ ‎2. 图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了‎0.2 A，电流表A2的示数增大了‎0.8 A，则下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表V1示数增大 B．电压表V2、V3示数均增大 C．该变压器起升压作用 D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 ‎【答案】　D ‎3．一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则(　　)‎ A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ ‎【答案】　A ‎【解析】　原、副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U，可知副线圈电压为U，原线圈电压为3U，副线圈电流I2＝，根据＝得原线圈电流I1＝，那么原线圈输入电压220 V＝3U＋×R，整理可得U＝66 V；原、副线圈电阻消耗的功率根据P＝I2R，电阻相等，I1∶I2＝1∶3，可得功率之比为P1∶P2＝1∶9，即k＝。根据以上分析可知选项A正确。‎ ‎4．一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是5∶1，原线圈接入电压为220 V的正弦交流电，各元件正常工作，一只理想二极管和一个滑动变阻器R串联接在副线圈上，如图所示，电压表和电流表均为理想交流电表。则下列说法正确的是(　　)‎ A．原、副线圈中的电流之比为5∶1‎ B．电压表的读数约为44 V C．若滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω，则1分钟内产生的热量为2 904 J D．若将滑动变阻器的滑片向上滑动，则两电表读数均增大 ‎【答案】　C ‎5. 如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝1∶10，在T1的原线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为2r＝2Ω，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4＝10∶1，若T2的“用电设备”两端的电压为U4＝200V且“用电设备”消耗的电功率为10kW，不考虑其他因素的影响，则(　 　)‎ A．T1的副线圈两端电压的最大值为2010V B．T2的原线圈两端的电压为2000V C．输电线上损失的电功率为50W D．T1的原线圈输入的电功率为10.1kW ‎【答案】 ABC ‎【解析】　＝，解得U3＝2000V，“用电设备”中的电流I4＝＝＝‎50A，输电线上的电流I2＝I3＝＝‎5A，输电线上损失的电压为ΔU＝I2·2r＝10V，升压变压器副线圈两端的电压U2＝U3＋ΔU＝2010V，T1的副线圈两端电压的最大值为2010V，A、B正确；输电线上损失的电功率ΔP＝I·2r＝50W，C正确；T1的原线圈输入的电功率为P′＝P＋ΔP＝10000W＋50W＝10050W，D错误。‎ ‎6、如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)‎ A. B. ‎ C. 422r D. 422r ‎【答案】 C ‎7. 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R0＝11 Ω的纯电阻用电器供电。已知输电线的总电阻R＝10 Ω，T2的原、副线圈匝数比为4∶1，用电器两端的电压为u＝220sin 100πt(V)，将T1、T2均视为理想变压器。下列说法正确的是(　　)‎ A．降压变压器的输入功率为4 400 W B．升压变压器中电流的频率为100 Hz C．输电线消耗的功率为500 W D．当用电器的电阻减小时，输电线消耗的功率减小 ‎【答案】 A ‎ ‎【解析】 由题可知，用电器两端电压有效值为220 V，交流电频率f＝＝ Hz＝50 Hz，由电功率公式可知，降压变压器输出功率P＝＝4 400 W，理想变压器输入功率与输出功率相等，故A项正确；理想变压器不改变交变电流的频率，B项错；由变压规律＝可知，降压变压器输入电压为880 V，由电功率定义式P＝UI可知，降压变压器输入电流为I＝‎5 A，由焦耳定律可知，输电线电阻消耗的功率P＝I2R＝250 W，C项错；当用电器的电阻减小时，输出功率增大，故降压变压器输入功率增大，从而输入电流增大，再由P＝I2R可知，输电线消耗的功率增大，D项错。‎ ‎8．在远距离输电时，要尽量考虑减少输电线上的功率损失。有一个电站，输送的电功率P ‎＝500kW，当使用U＝5kV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能表一昼夜表示数相差4800kW·h。求：‎ ‎(1) 输电效率η和输电线总电阻r。‎ ‎(2) 若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电。‎ ‎【答案】(1)60%　20Ω　(2)22.4kV ‎9．发电机的端电压为220 V，输出电功率为44 kW，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用初、次级线圈匝数之比为1︰10的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为10︰1的降压变压器降压供给用户。‎ ‎(1)画出全过程的线路图；‎ ‎(2)求用户得到的电压和功率；‎ ‎(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压。‎ ‎【答案】 (1)略　(2)219.6 V　43.92 kW (3)36 kW　180 V ‎【解析】 (1)线路图如图所示：‎ ‎(2)升压变压器次级的输出电压 U2＝U1＝2200 V 升压变压器次级输出电流I2＝I1‎ 升压变压器初级输入电流，由P＝U1I1得 I1＝＝ A＝‎‎200 A 所以I2＝＝ A＝‎‎20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR＝I2R＝4 V PR＝IR＝0.08 kW ‎(3)若不采用高压输电，线路损失电压为 U′R＝I1R＝40 V 用户得到的电压 U′＝U1－U′R＝180 V 用户得到的功率为P′＝U′I1＝36 kW。‎