2021-2022物理教科版3-2学案 第二章 7 电能的输送

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE19-版权所有@高考资源网学必求其心得，业必贵于专精7。电能的输送必备知识·自主学习一、电能输送中的电压损失和电能损耗1。电压损失：(1）损失原因:导线自身存在电阻r。（2）电压损失大小：U损=Ir。2.输电线上的功率损耗:（1）输电线上的功率损失:P损=I2r,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。①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.②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。二、远距离输电系统远距离输电系统的优点有哪些?提示：(1)经济——便于使用大容量发电机组,降低运输成本；（2)保质——减少断电风险,调剂供需平衡;（3)可靠-—根据不同“电源”的特点,合理调度电力。1。基本环节：2。电路原理图（如图)：3.线路分类:（1）低压线路:家庭用户电压为220V。

（2）高压线路:输电电压为35kV。（3)超高压线路:输电电压超过220kV.三、直流输电1.直流输电的优点:(1)节约线材。（2)不存在感抗和容抗引起的损耗。（3)不需要考虑电网中各台交流发电机的同步运行问题。2。直流输电的基本过程：在发电站区域经变压器升压，由整流设备将交流电变成直流电，用高压直流电进行远距离传输,在用户区域由逆变器将直流电变为交流电,经变压器降压送给用户.关键能力·合作学习知识点一输电线上的电压和能量损失1。输电线上的电压损失:（1)电压损失：输电导线有电阻,电流通过输电导线时,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，这就是输电线上的电压损失。（2）减少输电线路电压损失的两种方法。①减小输电线路电阻:由R=ρQUOTE可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻。②减小输电电流:由I=QUOTE可知,当输送功率一定时，升高电压可以减小电流。2.输电线上的电功率损失：（1)电功率损失。①原因：任何输电导线都有电阻,因此当电流通过输电导线向远方输送时,输电线因有电阻而发热。②功率损失的计算：ΔP=I2R,I为输电线路上的电流,R为线路电阻。（2）减少功率损失的方法。①减小输电线的电阻R：根据R=ρQUOTE,减小电阻率ρ,目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；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I：根据I=QUOTE,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，根据P损=(QUOTE）2R知，输电线上的功率损耗将降为原来的QUOTE。远距离输电时,输电线可看作纯电阻,可用哪些公式求功率损失？提示：若输电线电阻为r，输电电流为I,输电线上的损失电压为ΔU,则常用的公式有:(1）ΔP=I2r(2）ΔP=I·ΔU（3）ΔP=QUOTE【典例】中国已投产运行的1000kV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500kV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1000kV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QUOTEC。输电线上降落的电压将变为原来的2倍D.输电线上损耗的电功率将变为原来的QUOTE【解析】选B。根据输送电功率P输=U输I输,因P输不变，故当U输变为原来的2倍时,I输变为原来的QUOTE，选项A错误；输电线上降落的电压U降=I输R,所以当输电电流变为原来的QUOTE时，输电线上降落的电压也变为原来的QUOTE，选项B正确,选项C错误；输电线上损耗的电功率P损=QUOTER,所以当输电电流变为原来的QUOTE时，输电线上损耗的电功率将变为原来的QUOTE，选项D错误。1.当远距离高压输送一定电功率时，输电线上损耗的功率与电路中的 (）A。输送电压成正比B。输送电压的平方成正比C.输电线中的电流成正比 D。输电线中电流的平方成正比【解析】选D。根据电功率P=IU ①输电线上损耗的功率ΔP=I2R ②由①②式解得ΔP=QUOTE输电线上损耗的功率与输送电压的平方成反比,故A、B错误;根据输电线上损耗的功率ΔP=I2R，可知输电线上损耗的功率与输电线中电流的平方成正比,故D正确，C错误。故选D。2.某电站向某地输送一定功率的电能，若将输送电压提高到原来的10倍,其他不变,则输电线电能损失为 (）A。减为原来的QUOTE B.增为原来的10倍C。减为原来的QUOTE D.增为原来的100倍【解析】选C。输电线输送功率为P=UI功率损耗为ΔP=I2r联立解得ΔP=（QUOTE）2r现在电压增加为原来的10倍，其他不变,故输电线上损失的电功率变为原来的QUOTE。故选C。3.（多选）（2020·宝鸡高二检测)高压输电是减小输电电能损耗和电压损失的有效途径,中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原采用500kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为ΔP=100kW,损失的电压为ΔU=40V。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1000kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响，输电线上损耗的电功率变为ΔP′,损失的电压变为ΔU′,则 （）A。ΔP′=25kW B。ΔP′=50kWC。ΔU′=10V D.ΔU′=20V【解析】选A、D.输电的电流为I=QUOTE,则输电的损失功率为ΔP=I2R=（QUOTE)2R,损失的电压为ΔU=IR=QUOTER；保持输送功率P和输电线上的电阻R不变，而把总电压从500kV提高为1000kV，即变为原来的2倍,则输电电流变为原来的QUOTE,有ΔP′=QUOTEΔP=25kW,ΔU′=QUOTEΔU=20V；故B、C错误;A、D正确。【加固训练】通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2，则P1和QUOTE分别为 ()A.QUOTE，QUOTEB.(QUOTE）2R，QUOTEC。QUOTE,QUOTED。（QUOTE）2R，QUOTE【解析】选D。根据变压器的变压规律,得QUOTE=k,QUOTE=nk，所以U1=kU，U2=nkU。根据P=UI，知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1=QUOTE=QUOTE,I2=QUOTE=QUOTE.根据P=I2R知，输电线路损耗的电功率分别为P1=QUOTER=(QUOTE）2R,P2=QUOTER=(QUOTE）2R，所以QUOTE=QUOTE。选项D正确,选项A、B、C错误。知识点二高压输电过程的分析与计算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。①表示形式：输电线始端电压与末端电压的差值即ΔU=U2-U3=I2R。②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.3.输电过程的几个基本关系：（1）功率关系:P1=P2，P2=P线+P3，P3=P4.(2）电压、电流关系:QUOTE=QUOTE=QUOTE,QUOTE=QUOTE=QUOTE，U2=U线+U3，I2=I3=I线。（3）输电电流:I线=QUOTE=QUOTE=QUOTE.(4)输电导线上损耗的电功率:P线=I线U线=QUOTER线=（QUOTE）2R线。【典例】如图所示，发电机输出功率P1=100kW，输出电压U1=250V，用户需要的电压U4=220V，输电线总电阻为10Ω。若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%,试求:（1)发电机的输送电流I1是多少?（2)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比？(3)用户得到的电功率P4是多少?【解析】（1)根据P1=U1I1得发电机的输出电流I1=QUOTE=QUOTEA=400A（2）输电线上损失的功率P损=QUOTER=4％P1解得I2=QUOTEA=20A则QUOTE=QUOTE=QUOTE=QUOTE输电线上的电压损失ΔU=I2R=20×10V=200V升压变压器的输出电压U2=U1×20=5000V降压变压器的输入电压U3=U2-ΔU=(5000—200)V=4800V则QUOTE=QUOTE=QUOTE=QUOTE（3）用户得到的电功率P4=96%P1=96kW答案：(1)400A(2)QUOTEQUOTE(3）96kW分析输电类问题时要注意的三点（1）在高压输电中，一般是通过电流来计算相关的电压、功率或热量等。(2)结合欧姆定律、焦耳定律和变压器的相关知识来解出正确答案。（3)若已知输送电压和输送功率,一般是根据要求从前向后逐步进行;若已知用户得到的电压和功率，则一般是根据题目要求从后向前逐步进行。1。(多选)(2020·石嘴山高二检测）如图所示是一远距离输电示意图，图中均为理想变压器，输电导线总电阻为R。则下列关系式正确的是 (）A。输电导线中的电流强度I2=QUOTEB.热损失的功率ΔP=（U2—U3）I3C。两变压器线圈匝数比满足QUOTE〈QUOTED。变压器①的输出电流I2和变压器②的输入电流I3的关系满足I2〉I3【解析】选A、B。因该变压器为理想变压器，则P1=P2,根据I=QUOTE可知,输电导线中的电流强度I2=QUOTE，故A正确;因输送电路不是纯电阻电路，输送的功率为P损=P2—P3=(U2—U3)I3，故B正确;①是升压变压器,则n1〈n2,②是降压变压器,则n3〉n4，所以QUOTE〉QUOTE,故C错误；变压器①的输出电流I2和变压器②的输入电流I3相等，故D错误。2.(多选)(2020·盐城高二检测)为了减少电能损失,某小型水电站用变压比n1∶n2=1∶5的升压变压器向距离较远的用户供电，如图所示，已知发电机的输出功率为46kW，输电线路导线电阻为5Ω,最后用户得到220V、44kW的电力，则下列数据正确的是 (）A。发电机的输出电压是2300VB.输送的电流是100AC.输电线上损失的电压是100VD。用户降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4=10∶1【解析】选C、D。对于升压变压器,输入功率等于输出功率,所以升压变压器的输出功率为P2=46kW降压变压器的输入功率为P3=44kW所以输电线损耗的功率为ΔP=2kW则输电线损失的电压为ΔU=QUOTE=100V输电线电流为ΔI=I2=QUOTE=20A对于理想变压器，电流与匝数成反比,则升压变压器中原线圈的电流为I1=QUOTEI2=100A则发电机的输出电压为U1=QUOTE=460V其中P1=P2所以C正确,A、B错误;对于升压变压器的输出电压为U2=QUOTEU1=2300V则降压变压器的输入电压为U3=U2—ΔU=2200V由题意可知，降压变压器的输出电压为U4=220V则降压变压器的匝数比为QUOTE=QUOTE=QUOTE所以D正确。故选C、D。3。（2020·浙江7月选考）如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100kW,发电机的电压U1=250V,经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线=8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V.已知输电线上损失的功率P线=5kW，假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是 （)A。发电机输出的电流I1=40AB。输电线上的电流I线=625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D。用户得到的电流I4=455A【解析】选C。发电机的输出电流I1=QUOTE=QUOTEA=400A,选项A错误.输电线上的电流I线=QUOTE=QUOTEA=25A，选项B错误。升压变压器的副线圈输出电压U2=QUOTE=QUOTEV=4×103V,输电线损耗电压ΔU=I线R=25×8V=200V，降压变压器的原线圈电压U3=U2—ΔU=3800V，故降压变压器的匝数比QUOTE=QUOTE=QUOTE=QUOTE,选项C正确。降压变压器的功率P4=P3=P—P线=95kW,故用户得到的电流I4=QUOTE=QUOTEA=431.8A，选项D错误.【拓展例题】考查内容：输电电压和输电线上的损失【典例】输电线的电阻共计1。0Ω,输送的电功率是100kW，用400V的低压输电，输电线上发热损失的功率是多少?改用10kV的高压输电，输电线上的功率损失又为多少？【解析】由P=UI知，输电线的电流I=QUOTE，式中P是输送的电功率，U是输电电压。当用400V的低压输电时,输电线上发热损失的功率P1=QUOTER=(QUOTE)2R=(QUOTE)2×1。0W=6。25×104W当用10kV的高压输电时，输电线上发热损失的功率P2=QUOTER=(QUOTE）2R=（QUOTE）2×1。0W=1。0×102W答案:6。25×104W1。0×102W课堂检测·素养达标1.党的十九大以来，习近平总书记多次强调,要精准扶贫。某些边远落后农村电价过高,农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化,供电部门要进行农村电网改造。为了减少远距离输电线路上的电能损耗而降低电费价格,以下措施中切实可行的是 （）A.提高输电电压B.用超导材料做输电线C.提高输送功率D.减小输电线的横截面【解析】选A.提高输电电压，根据I=QUOTE知输送电流较小,根据P损=I2R知损失的功率较小，故A正确;应用超导材料做输电线,根据P损=I2R知损失的功率为0，但成本太高,故B错误;提高输送功率,根据I=QUOTE知输送电流较大,根据P损=I2R知损失的功率较大，故C错误；减小输电线的横截面积,根据电阻定律R=ρQUOTE可知电阻增大了,根据P损=I2R知损失的功率较大,故D错误。故选A。2。某高压变电所通过变压器向一工厂送电,输送电压为U,输送功率为P，导线电阻为R，下列说法正确的是 ()A.如果输送功率与导线电阻不变,输送电压变为原来的2倍，则损失功率变为原来的四倍B.如果输送功率与输送电压不变，导线电阻变为原来的2倍,则损失功率变为原来的二分之一C.输送功率为P的具体数值由工厂的用电情况决定D.输送功率为P的具体数值由变电所决定,与工厂的用电情况无关【解析】选C.如果输送功率与导线电阻不变,输送电压变为原来的2倍,则输送电流变为原来的二分之一,据P损=I2R可知，损失功率变为原来的四分之一，选项A错误;同理,如果输送功率与输送电压不变，导线电阻变为原来的2倍,则损失功率变为原来的二倍，选项B错误；输送功率为P的具体数值由工厂的用电情况决定，如果机器不工作，变电所将输不出电来，选项C正确,D错误.故选C。3.(多选)(2020·重庆高二检测）我国“西电东送”采用高压直流输电，继三峡至常州500kV直流输电工程后，又实现了三峡至广东的500kV直流输电工程.这种输电方式是在高压交流远距离输电的基础上，增加了把交流变为直流的“整流"设备,用户端用专用的“逆变”设备把直流变为交流。关于高压近距离直流输电，下列说法正确的有 （）A.“整流”设备应放在升压变压器后，而“逆变”设备放在降压变压器前B。有利于消除输电线路中感抗和容抗的影响C.可以实现不同频率的交流电网络之间的电力传输D。高压远距离直流输电对输电线路绝缘性能无要求【解析】选A、B、C.变压器只对交流电起到变压的作用，故“整流”设备应放在升压变压器后,而“逆变”设备放在降压变压器前,故A正确；高压恒定的直流输电消除了输电线中感抗和容抗的影响，故B正确;直流电无频率，所以可实现不同频率的交流电网络之间的电力传输,故C正确;高压直流输电没有降低输电线路绝缘性能的要求，故D错误。4。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=Umsinωt的交流电源，若输电功率为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。(QUOTE）QUOTE B.（QUOTE)QUOTEC。(QUOTE)2(QUOTE）2r D.4(QUOTE）2(QUOTE）2r【解析】选D。升压变压器原线圈电压的有效值为U1=QUOTE原线圈的电流为I1=Q