【物理】2018届一轮复习人教版电能的输送学案

【物理】2018届一轮复习人教版电能的输送学案

第65课时　电能的输送(重点突破课)‎ ‎[必备知识]‎ 一、高压输电的原理 ‎1．电能损失 设电源提供的电功率P0恒定，输出电压为U，输电线总电阻为R，则输电线上损耗的电能为P损＝I2R＝。‎ ‎2．高压输电 提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这就是远距离输电需采用高电压的根本原因。‎ 二、远距离输电 ‎1．输电线路简图 ‎2．输送电流 I＝＝ ‎3．电压损失 ΔU＝U－U′＝IR ‎4．功率损失 ΔP＝P－P′＝I2R＝2R＝ ‎[小题热身]‎ ‎1．发电厂给某工厂的功率限额为500 kW，用100 kV高压输送，当该工厂由于休假，只使用50 kW的电功率时，发电厂和工厂间的高压线路电流为(　　)‎ A．‎0.5 A　　　　　　　　 　B．‎‎5 A C．‎50 A D．不知电阻，无法求出 解析：选A　由P＝IU知I＝＝ A＝‎0.5 A。选项A正确，B、C、D错误。‎ ‎2．“西电东送”工程中为了减少输电损耗，必须提高输电电压。从西部某电站向华东某地区输送的电功率为1×106 kW，输电电压为1 000 kV，输电线电阻为100 Ω。若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为(　　)‎ A．1×105 kW B．1×104 kW C．1×106 kW D．1×103 kW 解析：选A　输电电流I＝，输电线路损失的电功率P损＝I2R＝2R＝1×105 kW，当改用超导材料输电时，就不损失电能，因此减少的输电损耗就等于P损，A正确。‎ ‎3．如图是远距离输电的示意图，下列说法正确的是(　　)‎ A．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失的电压 解析：选A　远距离输电需要升高电压，故a是升压变压器，b是降压变压器，A正确，B错误，由于电压损失，a的输出电压大于b的输入电压，C、D错误。‎ ‎4．(2017·河南八市质检)如图为某发电站电能输送示意图。已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压、降压变压器匝数均不变，若用户电阻R0减小，下列说法正确的是(　　)‎ A．发电机的输出功率减小 B．输电线上的功率损失减小 C．用户得到的电压减小 D．输电线输送电压减小 解析：选C　若用户电阻减小，则降压变压器输出功率增大，导致发电机的输出功率增大，选项A错误。若用户电阻减小，降压变压器输出功率增大，导致输电线上电流增大，输电线上损失电压增大，输电线上的功率损失增大，选项B错误。输电线上损失电压增大，降压变压器原线圈输入电压减小，由于降压变压器的原、副线圈匝数比不变，降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小，选项C正确。根据题给发电机的输出电压不变，升压变压器的原线圈输入电压不变。由于升压变压器的原、副线圈匝数比不变，则输电线上输送电压不变，选项D错误。‎ 提能点(一)　高压输电的原理 ‎[典例]　(2017·襄阳模拟)一般发电机组输出的电压在10 kV左右，不符合远距离输电的要求。因此，要在发电站内用升压变压器，升压到几百千伏后再向远距离输电。到达几百千米甚至几千千米之外的用电区之后，先经“一次高压变电站”、“二次变电站”降到10‎ ‎ kV左右，再经低压变电站的降压变压器(可视为理想变压器)降压后供给某小区居民，已知供给居民的交流电u＝220 sin 100πt(V)，该变压器原、副线圈匝数比为50∶1，则(　　)‎ A．原线圈上的电压为11 000 V B．原线圈中电流的频率是100 Hz C．原线圈使用的导线应该比副线圈的粗 D．高压输电有利于减少输电线路中的损耗 ‎[解析]　供给某小区居民的交流电u＝220sin 100πt(V)，最大值为220 V，故输出电压有效值为220 V，根据变压公式＝，解得输入电压U1＝50×200 V＝11 000 V，选项A错误；由u＝220sin 100πt(V)，解得频率f＝50 Hz，选项B错误；根据变压器输入功率等于输出功率，变压器原、副线圈中的电流与匝数成反比，即＝＝，副线圈中的电流大于原线圈中的电流，所以副线圈的导线要比原线圈的导线粗，选项C错误；在输送电功率一定的情况下，根据公式P＝UI，高压输电有利于减小输电电流，输电线上电功率损耗ΔP＝I2r也会减少，选项D正确。‎ ‎[答案]　D 高压输电的分析方法 ‎(1)输电线上的功率损失ΔP＝I2r，其中I为输电电流，r为输电线上电阻。‎ ‎(2)输电线路需要输送的功率一定，根据P总＝UI提高输电电压，可以减小输电电流，这样就减小了输电线上的功率损失。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1．高压输电电压为U，输电线电阻为r，则下列说法正确的是(　　)‎ A．若发电机输出功率不变，使输出电压变大，则输电线损失功率变小 B．输电线上损失的功率为ΔP＝，故导线电阻越大，损失的功率越小 C．通过输电线的电流为I＝，故输电电压越高，电流越大，损失的功率越大 D．以上说法都不对 解析：选A　ΔP＝I2r＝2r，ΔP与U2成反比，故A正确；选项B、C混淆了输送电压U和损失电压ΔU，故B、C、D错误。‎ ‎2．用一台型号为AED6500S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 AED6 500S 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 解析：选C　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错误；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错误；在输电线路上损失的电功率为P损＝I2R＝8 kW，C正确；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错误。‎ 提能点(二)　远距离输电问题 ‎[典例]　(多选)(2017·武汉武昌区调研)如图所示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＝2 Ω，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＝200 V且用电设备消耗的电功率为10 kW，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2 010 V B．T2的原线圈两端的电压为2 000 V C．输电线上损失的电功率为50 W D．T1的原线圈输入的电功率为10.1 kW ‎[解析]　因为用电设备消耗的电功率为10 kW，T2副线圈两端的电压为U4＝200 V，则流过T2副线圈的电流为I4＝＝A＝‎50 A，由变压器原、副线圈的电流与匝数的关系＝，则I3＝‎5 A；由＝，所以T2原线圈两端的电压为U3＝2 000 V，选项B正确；输电线的电阻分得的电压为U线＝I3·2r＝5×2 V＝10 V，所以T1副线圈两端的电压为U2＝U3＋U线＝(2 000＋10)V＝2 010 V，其最大值为U‎2m＝2 010 V，选项A正确；输电线上消耗的功率为 P损＝I32·2r＝50 W，选项C正确；由能量守恒定律可知T1副线圈的输出功率为P出＝(10 000＋50)W＝10 050 W，因此T1原线圈的输入功率为10 050 W，选项D错误。‎ ‎[答案]　ABC 远距离输电问题的“三二一”‎ ‎(1)理清三个回路。‎ ‎(2)抓住两个联系。‎ ‎①理想的升压变压器联系了回路1和回路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回路2和回路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)掌握一个守恒：能量守恒关系式P2＝P损＋P3。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1.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I12r D．输电线路上损失的电功率为I1U 解析：选A　因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝，所以选项A正确；输电线上的电压U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，线路上损失的电功率P损＝I12r，选项C、D均错误。‎ ‎2．(2015·福建高考)‎ 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 解析：选C　升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1＝；由变压关系可得＝，则U2＝；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2＝＝，则输电线上损失的电功率为ΔP＝I22(2r)＝，故选项C正确。‎ 一、单项选择题 ‎1．如图所示为远距离输电的电路原理图，下列判断正确的是(　　)‎ A．U1>U2　　　　　　　 　B．U2＝U3‎ C．I4I2‎ 解析：选D　在远距离输电的过程中，第一级为升压过程，故U1I2，A错误，D正确；由部分电路欧姆定律可得U3＝U2－I2R线，B错误；由于第二级为降压过程，故U3>U4，由U3I2＝U4I4，可知I2 C．当用户用电器的负载增加时，输电线上损耗的功率增大 D．升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率 解析：选C　题图乙中电压最大值Um＝220 V，T＝0.02 s，所以ω＝＝100 π，题图乙中的电压瞬时值表达式u＝220sin 100πt (V)，A错误。因为U1＝U4＝220 V，＝，＝，U2>U3，所以<，B错误。当用户用电器的负载增加时，用电器的总功率增大，则I4增大，则I3增大，又P损＝I32r，可得输电线上损耗的功率增大，C正确。由于输电线上的功率损耗，所以升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，D错误。‎ 二、多项选择题 ‎6．某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为1∶50的升压变压器将电压升高后输电，输送的电功率保持不变。若输电线路的电阻为R，则提高电压后(　　)‎ A．输电线上的电流减小为原来的 B．输电线上的电流增大为原来的50倍 C．输电线上的功率损耗减小为原来的 D．输电线上的功率损耗增大为原来的2 500倍 解析：选AC　根据公式＝ 可得，输送电压变为原来的50倍，而输送功率不变，所以由I2＝可得，提高电压后输电线上的电流减小为原来的，A正确，B错误；电流变为原来的，而输电线电阻不变，所以根据公式P＝I2R可得提高电压后输电线上的功率损耗减小为原来的，C正确，D错误。‎ ‎7．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线电阻为R，通过导线的电流为I，输入学校的电压为U2，下列计算线路损耗功率的式子中正确的是(　　)‎ A.　　　　　　　　 　B. C．I2R D．I(U1－U2)‎ 解析：选BCD　线路的损耗功率ΔP＝I2R，如果ΔU表示输电线上的电压损失，则ΔP＝或ΔP＝ΔUI，不难看出本题中ΔU＝U1－U2，所以，正确选项为B、C、D，错误选项为A。‎ ‎8．某小型水电站的电能输送示意图如图所示。发电机的输出电压为220 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，变压器均为理想变压器。要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则(　　)‎ A.> B.< C．要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比，同时减小降压变压器的匝数比 D．要减小线路的损耗，应减小升压变压器的匝数比，同时增大降压变压器的匝数比 解析：选AD　根据变压器工作原理可知＝，＝，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，即U2>U3，所以>，选项A正确，B错误；要减小线路的损耗，应减小升压变压器的匝数比 ‎，使输电线上电流减小，由于用户获得的电压不变，所以应同时增大降压变压器的匝数比，选项C错误，D正确。‎