人教版高中物理选修3-2知识点整理及重点题型梳理]电能的输送及应用基础

1、精品文档用心整理人教版高中物理选修3-2知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习电能的输送及应用【学习目标】1知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。2远距离输电过程负载发生变化时引起各个物理量变化的动态分析，尤其是能量传递 和转化的动态分析。3分析论证：为什么在电能的输送过程中要采用高压输电。4会计算电能输送的有关问题。5了解科学技术与社会的关系。【要点梳理】要点一、输电导线上的电功率损失1损失电能的分析任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方时，电阻发热而损失电功率。2设输电电流为I ，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失为P损I2R 。设输送电功率为P ， 输电电压为U ， 输电

2、线的总长度为L ， 横截面积为S， 电阻率为，PL则输电电流I ，输电线电阻为R 。输电线上的功率损失可表示为P P L 。US2输送电能的基本要求（ 1）可靠：保证供电线路正常工作。（ 2）保质：保证供电质量电压、频率要稳定。（ 3，经济：线路建设和运行的费用低能耗少、电价低。3减小输电线上功率损失的方法（ 1）减小输电线的电阻R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 ： 这要多耗费金属材料，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，减小输送功率P ：由于电

3、站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定的，即在实际中不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率损失。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1到原来的n 倍，输电线上的功率损失降为原来的2 倍。n采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施。要点二、输电线上的电压损失1 电压损失U ：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在导线上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U 比起始端电压U 低，差值U U U 称为输电线路上的电压损失。2造成电压损失的因素（ 1）输电线有电阻造成电压损失。（ 2）输电线的感抗和容抗造成电压损失。要点诠释：高中

4、阶段在计算中只考虑输电线电阻所造成的电压损失。3减少输电线路上电压损失的方法（ 1）减小输电线路电阻用增大输电导线横截面积来减小电阻，对低压照明电路有效，在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大，故这种方法对高压输电效果不佳。（ 2）减小输电电流IP因为 I ，在输送电功率P 一定的前提下，提高输电电压U 是有效措施。高压输电既能减小功率损失，也能减小电压损失，但在实际输送电能时，还需综合考虑各种因素，依照不同的情况，选择合适的输电电压。要点三、远距离输电的基本电路由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电站内还需用升压变压器将电压升高到几百千伏后再向远方

5、送电，到达用电区再用降压变压器降到所需的电压，基本电路如图所示。要点四、远距离高压输电问题的处理方法1有关远距离输电问题，应首先画出远距离输电的电路图，并将已知量和待求量写在2 以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路，每个回路都可以用欧姆定律、电功率的公式等进行计算，联系各回路的桥梁是原、副线圈电压、3高压输电的几个基本关系式1）功率关系P1P2P3P4P2P线P32）电压、电流关系U 1n1I 2 U 3n3I 4U 2n2I 1 U 4n4I 3U2 U线 U3 I2 I3 I线3）输电电流P2P3U2 U3I线U 2 U 3R线4）输电导线上损耗的电功率P线I 线 U 线 I 线

6、 2 R线要点五、电能输送中线路上电能损失的计算2U线由焦耳定律可知P耗I 线 R线 ，由于输电线路的纯电阻性，P耗或 P耗U 线 I 线 ，R线2PU线2但常用P耗I 线 R线 ，因为 I 线 较易求出且不易出错，I 线 I 输 ，而P耗 或U 输R线P耗U 线 I 线 则不常用，因为一般情况下，U 线 不易求出，并且要注意U 输 和 U 线 不是同一个量， U 线 指输电线上的电压降，U 输 是指提供输电线上与用户的总电压，切记不可混淆。2PP2根据P耗I 线 R线 和 I 输 两式可推得P耗R线 ， 由上式可以看出，当输送电功U 输U 输21率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电导线

7、上损失的功率就减少到原来的12 。n思考： 用高压送电，电压是否越高越好并不是电压越高越好，因为电压升高，导线会对空气放电，这就对导线的绝缘性能提出了更高的要求，另外高压送电对变压器也提出了更高的要求，因此输电电压也不是越高越好。在实际输电过程中输电电压要根据输送功率的大小、距离的远近、技术和经济各方面因素综合考虑。【典型例题】类型一、远距离输电的定性问题分析例 1 在电能输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一定，则在输电线上损耗的电功率（）A 和输送电线上电压的平方成反比B 和输送电流的平方成反比C和输送电线上的电压降的平方成正比D 和输送电流的平方成正比【答案】ACD【解析】此题考查

8、了输电线上的功率损失和导线电阻、输电电压、导线上的电压损失、输电电流的关系。输电线上的功率损失P I 2 R，电压损失U U U IR ，输电电流I P/U ，所以2 U2 P 2P I 2RR，RU可见在输送功率P 一定时，P 随 R的增大而增大；P 与 I2成正比；P 与 U2成正比； P 与 U 2 成反比。P【点评】 当输送功率P 一定时， 输电电流I 输 与输电电压U 输 成反比， 即 I 输 P ，提U输高输送电压可以大幅度减少电能在输送过程中的损失。举一反三:【电能的输送及应用例 1】【变式】远距离输送交变电流都是采用高压输电，我国正在研究用比330kV 高得多的电压进行输电，采

9、用高压输电的优点是（）A . 可节省电线的铜材料。B. 可根据需要调节交变电流的频率C. 可减少输电线上的能量损失D. 可加快输电的速度【答案】AC类型二、输电过程的功率损失例2 （ 2015 福建卷）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 U m sin t的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r ，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率为（A.(nn12)U42rmB.(nn21)U42rmC.4(n1)2( P )2rn2 UmD.4( n2)2( P )2rn1U mU1Um

10、U12 ，由U 2n2 Um可得： U2n1 2输电线上电流I，导线上损耗的电功率2P I 2 2r 4rn1n2资料来源于网络仅供免费交流使用举一反三:例 3】【电能的输送及应用【变式】某水电站给远处山村送电的输出功率是100kW，用 2000V电压输送，线路上损失功率为2.5 104W，如果改用20000V高压输电，线路上损失功率是 W【答案】250W例 3在远距离输电时，如果升压变压器输出电压是2000V，输出功率是10 kW ，输电线电阻是20 ，求：（ 1）输电线上损失的功率和损失的电压；（ 2）用户能得到的功率和电压。【答案】 （ 1） P损500 W U损 1 00 V（ 2）

11、P用9500 W U用 1 900 V【解析】本题考查高压输电线路中电压损失和功率损失，关键是先利用输送功率损失，通过公式P I 2R ，求出输送电流。1） 由P出I 线 U 出 ，得I线P出U出10 1032000A 5A。则输电线上损失的功率22P损I线2r 52 20W 500W。损失的电压U损 I线 r 5 20 V 100 V。2）用户得到的电压和功率分别为：U 用 U 出 U 损（2000 100） V 1900 V ，P U 高 I 线 ，求出输送P用P出 P损（10 103 500） W 9500 W 。【点评】题目中输电线路电阻是定值，输送功率是定值，则利用U I 线 R 求

12、出 U ，然后求其它量。举一反三:【电能的输送及应用例 2】【变式】用10kV 的高压输送100kW的电功率，在输电线上损失2% 的电功率，（ 1）则输电线的电阻是多少？（2）如果把输送电压降到原来的一半，则输送电线上损失的电功率占输送功率的几分之几？【答案】 （ 1） 20（ 2） 8%【解析】 （ 1）在输电线上损失的电功率P损2%P 2kW用 10kV的高压输送100kW的电流I P/U 10A则输电线的电阻是R P损 / I 2 20（ 2）把输送电压降到原来的一半，则输送电线上的电流I P/U 20A这时在输电线上损失的电功率P损 I 2 R 8kW送电线上损失的电功率占输送功率的比

13、例P损 / P 8%例 4分别用3.3 kV和 110 kV的电压输电，输送的电功率相同，导线的材料和送电的距离也都相同，并且要求损失的功率相等，求所用导线的横截面积之比。若用110 kV 电压输电时，导线横截面积为4 mm2，则用3.3 kV电压输电的导线横截面积为多大？【答案】见解析【解析】 本题考查了高压输电中的热功率损失问题，解题的关键是找到横截面积S 和谁有关。设输送的电功率为P ，输电电压为U ，送电距离为l ，导线的横截面积为S ，电阻率为 。则导线上损失的电功率P 2I 2r （ r 为一根导线的电阻）。由于P UI 、 r l ，S所以P 2P l。US1现在 P 、 l 相

14、同，且要求P 相等，则S ，所以U222S1U 21101111。S2U13.3即用 3.3 kV 电压输电的导线的横截面积是用110 kV电压输电导线横截面积的1111倍。2当 S2 4 mm 时，22S1 1111 S2 4444 mm 44.44 cm 。相当于直径约为7.5 cm的导线横截面积，这是一根很粗的金属棒，用这样粗的金属棒输电显然是不合理的，所以远距离输电要用高压电。1【点评】先推导横截面积S的表达式，发现 S 2 ，再用比例式求比值和S，这样快U2捷有效。举一反三:【电能的输送及应用例4】【变式】某电站给用户输送电功率为P ，输电导线的总电阻为R ，输电线上损失的功率是 P

15、 ，则输电线上的电压降为，电源的端电压为。RP、 P R类型三、远距离输电的应用例5我国农村电网低压改造已基本结束，由于低压改造我国广大农民获得了实惠。农村电网改造之前，某村庄经常会出现以下现象（离变压器较远的用户）：电灯不亮（达不到额定功率）；日光灯不能启动；洗衣机转速低等，尤其过节时现象更明显，为什么？【答案】见解析【解析】低压输电线较细，电阻较大，另外当输电功率一定时，由于电压低，故输电电P流 I 较大。 因此输电线上的电压损失U IR线 较大， 致使末端用户得到的电压远低于额定电压（有时才160 V ） 。到了过节的时候，各家用电器增多，线路电流又会增大，导线上分压更多，用户电压更低，

16、以上现象更加明显。经过低压改造以后，以上现象不明显了。【点评】 本题创新之处在于理论联系实际，将刚刚学过的输电的理论知识应用到实际生活中去， 解决实际问题。解决本题必须分析用户端电压不足的原因，从输电线上损失的电压、功率，用户实际得到的电压、功率展开分析，即可解决问题。例 6有一台内阻为1 的发电机，供给一个学校照明用电，如图所示，升压变压器的匝数比为1 4 ，降压变压器的匝数比为4 1，输电线的总电阻R 4 。全校共22个班，每班有 220V40W 的灯 6 盏，若保证全部电灯正常发光，则：1）发电机输出功率多大？2）发电机的电动势多大？3）输出效率是多少？4）若使用灯数减半并正常发光，发电

17、机输出功率是否减半？、电功率计算和闭合电路欧姆定律等内容。题中未加特别说明，变压器即视为理想变压器。由于发电机到升压变压器及降压变压器到学校距离较短，不必考虑该两部分输电导线上的功率损耗。发电机的电动势为E ，一部分降在电源内阻上，即I1r ，另一部分为发电机的路端电压U 1 ；升压变压器副线圈电压以的一部分降在输电线上，即 I2R， 其余的就是降压变压器原线圈电压U3， 而 U4应为灯的额定电压U 额 ，具体计算由用户向前递推即可。（ 1）降压变压器输出的功率为：P4=22 6 40 W=5280 W，且44U3 U4220V 880V，11所以P45280I 2 I 3A 6A 。23 U

18、 3880对升压变压器，初级输入功率：P1P2U2I2U3I2R I2U3I2I22R5424 W。1222322322故发电机输出功率为5424W。（ 2）因为U2 U3 I2R 880 V 6 4 V 904 V，所以1U1 U2226V。1 42而U1I1 U2I2，所以U2I2I 14I 2 24A 。U1所以E U 1 I1r 226 V 24 1 V 250 V 。（ 3）P有用100% 5280 100% 97% 。P总5424（ 4）电灯减少一半时，n P灯2640 W 。所以I2n P灯2640U2880A 3A 。2P出 n P灯I 2 R 2640W 32 4W 2676

19、W 。发电机的输出功率减少一半还要多，因输电线上的电流减少一半，输电线上电功率的损1失减少到原来的1 。4【点评】解决多次变压输电时应先画输电电路草图，并在草图上标出各量，然后逐级计算。对理想变压器来说P入P出 是常用方程。举一反三【变式 1 】 （2015）如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器。升压变压器原副线圈匝数比为l： 100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1 为一定值电阻，R2 为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表V 显示加在报警器上的电压 （ 报警器未画出）。未出现火警时，升压变压器的输入功率为750kW。下列说法中正确的有）A降压变压器副线圈输出的交流电频率为50HzB 远距离输电线路损耗功率为180kWC当传感器R2 所在处出现火警时，电压表V的示数变大D 当传感器R2 所在处出现火警时，输电线上的电流变大【答案】CD【解析】A、由于发电厂的输出电压不变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，故A错误；B 、由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的