2018_2019学年高考物理主题三电磁感应及其应用3.2交变电流3.2.4电能的输送学案新人教版.docx

3.2.4电能的输送学习目标核心提炼1.知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。3个输电基本要求可靠、保质、经济2个降低电损的途径3个输电回路2.知道远距离输电时输电线的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理。3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算。一、降低输电损耗的两个途径1.输送电能的基本要求2.降低输电损耗的两个途径(1)输电线上的功率损失：PI2r，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，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积。减小输电导线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。思考判断(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成正比。()(2)由P可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小。()(3)由PI2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失。()(4)高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的。()二、电网供电1.远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。2.电网：通过网状的输电线、变电站，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网络。3.电网输电的优点降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。减小断电的风险，调节不同地区电力供求的平衡，保障供电的质量。合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。思考判断(1)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。()(2)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。()(3)电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率比电厂发出的交流电的频率小得越多。()(4)远距离输电时，输送电压越高越好。()降低输电损耗的两个途径要点归纳减小输电线路上功率损失的方法主要有两种(1)减小输电线的电阻R。根据R可知：减小输电线长度l：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小l来减小R。减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。增大导线的横截面积S：这要耗费更多金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难。(2)减小输电电流I。根据I可知：减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。提高输电电压U：在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，据P损R知，输电线上的功率损耗将降为原来的。故采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。易错提醒(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压UIR。(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率。(3)无论从减少输电线路上的功率损失，还是减小电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流。精典示例例1 中国已投产运行的1 000 kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响。则()A.输电电流变为原来的2倍B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍C.输电线上降落的电压将变为原来的D.输电线上损耗的电功率将变为原来的解析根据输送电功率P输U输I输及P输不变，可知，输电电流I输，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的，选项A错误；输电线上降落的电压U降I输R线I输，所以，当输电电流变为原来的时，输电线上降落的电压也变为原来的，选项B错误，C正确；输电线上损耗的电功率P损IR线I，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的，选项D错误。答案C输电线上电压和功率损失的计算方法(1)U损IR线R线UU用户。(2)P损I2R线R线PP用户。针对训练1 (多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是()A. B.C.I2R线 D.I(U1U2)解析输电线功率损耗P损I2R线IU线，其中U线U1U2，故选项B、C、D正确。答案BCD远距离输电要点归纳1.输电过程示意图2.高压输电过程的几个电压的区别(1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。(2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。(3)损失电压表示形式：输电线始端电压与末端电压的差值即UU2U3I2R。形成原因：输电线上的电压损失原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低。高压输电过程示意图3.输电过程的几个基本关系(1)功率关系：P1P2，P2P线P3，P3P4。(2)电压关系：，U2U线U3，I2I3I线，。(3)电流关系：，I2I线I3，。(4)输电电流：I线。(5)输电导线上损耗的电功率：P线I线U线IR线R线。精典示例例2 发电机两端的电压为220 V，输出功率44 kW，输电导线的总电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路示意图；(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，求用户得到的电压和功率。解析(1)线路示意图如图所示。(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2U12 200 V。据理想变压器P入P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2 A20 A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损IR线2020.2 W80 W。U损I2R线200.2 V4 V。所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3U2U损2 200 V4 V2 196 V，I3I220 A。降压变压器副线圈的输出电压和电流为U4U32 196 V219.6 V，I4I31020 A200 A。用户得到的功率为P4U4I4219.6200 W4.392104 W。(3)若直接用220 V低压供电，线圈示意图如图所示，则输电电流I A200 A。输电线路上的电压损失UIR线2000.2 V40 V。所以用户得到的电压U2U1U220 V40 V180 V，用户得到的功率为PU2I180200 W3.6104 W。答案(1)见解析图(2)219.6 V4.392104 W(3)180 V3.6104 W远距离输电问题的四个关键(1)画出一个模型远距离输电模型图。(2)抓住输电的两端电源和用电器。(3)分析两条导线输电导线。(4)研究两次电压变换升压和降压。 针对训练2 如图1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uUmsin t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()图1A.() B.()C.4()2()2r D.4()2()2r解析T的输入电压U1，则PU1I1，I1，又因为，所以I2I1，则输电线上损失的电功率P损I2r4r，选项C正确。答案C1.(输电线上的电能损失)在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是()A.使输电线粗一些 B.减小输电线长度C.减少通电时间 D.采用高压输电解析从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻、减小输电电流，减小电阻已达到目前技术的极限了，因此，应当采用高压输电，减小输电电流。故选项D正确。答案D2.(输电线上的损耗)(多选)某发电厂原来用11 kV的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220 kV输电，输送的电功率都是P。若输电线路的电阻为R，则下列说法正确的是()A.根据公式I，提高电压后输电线上的电流降为原来的B.根据公式I，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C.根据公式P损I2RR，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的D.根据公式P，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍解析输电线上电流为I，也可以用I来表示，其中U为输电线上电阻R两端的电压，而不是输送电压，选项A正确，B错误；输电线上的功率损失为P损I2RR，选项C正确；如果用P损，则U应为R上的分压U，选项D错误。答案AC3.(远距离输电)如图2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()图2A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为IrD.输电线路上损失的电功率为I1U解析理想变压器的输入功率等于输出功率，则有I1U1I2U2，得出U2，故选项A正确；发电厂的输出电压是U，由欧姆定律可知，输电线上的电压降为I1r，故选项B错误；输电线上损失的电功率为Ir，故选项C、D错误。答案A4.(远距离输电)如图3甲是远距离输电线路示意图，图乙是用户端电压随时间变化的图象，则()图3A.发电机产生的交流电的频率是100 HzB.降压变压器输出的电压有效值是340 VC.输电线的电流仅由输送功率决定D.仅增加升压变压器的副线圈匝数，其他条件不变，输电线损失的功率减小解析由乙图可知交流电的周期T0.02 s，则频率f50 Hz，变压器不改变交流电的周期与频率，则选项A错误；由乙图可知Um340 V，有效值U340 V，则选项B错误；输电线的电流由输送功率和输送电压共同决定，则选项C错误；当仅增加升压变压器的副线圈匝数时，则输电电压增大，由PUI可知，输电电流减小，再由PI2R可知输电线上损失的功率减小，则选项D正确。答案D基础过关1.输电导线的电阻为R，输送电功率为P。现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为()A.U1U2 B.UUC.UU D.U2U1解析由PUI，P损I2R可得P损，所以输电线上损失的功率与输送电压的二次方成反比，选项C正确。答案C2.以下关于电能输送的分析，正确的是()A.由公式P知，输电电压越高，输电线上功率损失越少B.由公式P知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少C.由公式PI2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大D.由公式PUI知，输电导线上的功率损失与电流成正比解析输电线损失的功率PI2R，故选项C正确；A中的U不能用输电电压，因UUU3，U为输电线损失的电压，U3为用户端电压或降压变压器的初级电压，故选项A、B、D错误。答案C3.夏天由于用电器的增多，每年夏天都会出现“用电荒”，只好拉闸限电。若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的2倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是()A.若输送电压不变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的2倍B.若输送电压不变，则用电高峰时输电线上损失的功率为正常供电时的2倍C.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电电流为正常供电时的4倍D.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4倍解析高压输电时PUI，I是输送电路上的电流。用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常时的2倍，选项A正确；输电线上的热耗功率PI2R线，则热耗功率变为正常时的4倍，选项B错误；用电高峰时，若输送电压加倍，则I不变，与正常时相同，选项C错误；由PI2R线知，热耗功率不变，选项D错误。答案A4.(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的功率为P，用户得到的功率为P，则下列关系式正确的是()A.P B.PC.PP D.PP解析输电线电阻为R线，输电电流为I，故输电线上损失的电功率为PI2R线，用户得到的电功率为PPPP。答案BD5.(多选)远距离输送一定功率的交变电流，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失的说法正确的是()A.输电线上的功率损失是原来的B.输电线上的功率损失是原来的C.输电线上的电压损失是原来的D.输电线上的电压损失是原来的n倍解析由PUI知，当输送的功率P一定，电压升高为原来的n倍时，输电电流II；又P损I2R线，所以输电线上的功率损失P损I2R线P损，即选项B正确，A错误；输电线上的电压损失U损IR线IR线U损，选项C正确，D错误。答案BC6.(多选)发电机的路端电压为U，经电阻为r的输电线向远处的用户供电，发电机的输出功率为P，则()A.输电线上的电流为B.输电线上的功率损失为C.用户得到的功率为PrD.用户得到的电压为解析由题知，其供电原理如图所示，由PUI得输电线上的电流为，选项A正确；输电线上的功率损失为PI2rr，选项B错误；用户得到的功率P用PI2rPr，选项C正确，D错误。答案AC7.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图1所示，发电机的输出电压为200 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()图1A.B.C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率解析由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D正确；，因为U1200 VU4220 V，U2U3U2U线，故，选项A正确。答案AD能力提升8.(多选)如图2为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3。当用户用电器的总电阻减少时()图2A.U1U2U4U3B.用户的电压U4增加C.输电线上的损失功率增大D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率解析根据，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故选项A正确；用户用电器总电阻减小，则电流增大，所以输电线上的电流增大，根据P损I2R知，输电线上损耗的功率增大，根据UIR知，输电线上的电压损失变大，发电机的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，降压变压器的输入电压变小，用户的电压U4减小，故选项C正确，B错误；用户消耗的功率等于发电机的输出功率与输电线上损失的功率之差，故选项D错误。答案AC9.随着社会发展，人类对能源的需求日益增加，节能变得愈加重要。甲、乙两地采用电压U进行远距离输电，输电线上损耗的电功率为输入总功率的k(0k1)倍。在保持输入总功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用5U的电压输电，若不考虑其他因素的影响，输电线上损耗的电功率将变为输入总功率的()A. B. C.5k D.25k解析输入总功率为P0，输电线电阻为R，电压为U时，输电线电流I1，输电线上损耗的电功率P1IRRkP0；电压为5U时，输电线电流I2，输电线上损耗的电功率P2IRRP0，即输电线上损耗的电功率变为输入总功率的倍。答案A10.(多选)如图3所示是远距离输电示意图，电站的原输出电压U1250 kV，输出功率P11105 kW，输电线电阻R8 。则进行远距离输电时，下列说法中正确的是()图3A.若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小B.若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大C.输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数比D.用800 kV高压输电，输电线损耗功率为8 000 W解析由知U1不变时，U2也不变，选项B错误；由U3U2R知，电站的输出功率突然增大，U3