資源簡介

第三章　第4節(jié)　電能的傳輸
(分值：100分)
選擇題1～9題，每小題8分，共72分。
對點題組練
題組一　電能輸送中的電壓損失和電能損耗
1.供電站向遠方輸送正弦交變電流，輸送的電功率恒定，若將輸電電壓提高到原來的2倍，則(　　)
輸電電流變?yōu)樵瓉淼?倍
輸電導線上損失的電壓變?yōu)樵瓉淼?倍
輸電導線上損失的電功率變?yōu)樵瓉淼?br/>輸電導線上損失的電功率變?yōu)樵瓉淼?br/>2.(多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓是U1，發(fā)電廠至學校的輸電導線總電阻為R，導線中的電流為I，學校得到的電壓為U2。關于輸電線上損耗的功率，下列表達式正確的是(　　)
I2R I(U1－U2)
題組二　遠距離輸電
3.(多選)如圖甲所示為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原線圈匝數為150匝，副線圈匝數為1 500匝，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為20 Ω。降壓變壓器右側電路中R1為一定值電阻，R2為滑動變阻器，電壓表V為理想電壓表，升壓變壓器的輸入功率為75 kW。則(　　)
降壓變壓器副線圈輸出的交流電頻率為50 Hz
遠距離輸電線路損耗功率為9 kW
當滑片P向a端滑動時，電壓表V的示數變大
當滑片P向a端滑動時，輸電線上的電流變大
4.(多選)(2023·天津卷，6)如圖是輸電線為用戶輸電的示意圖，電路中升壓變壓器T1和降壓變壓器T2都認為是理想變壓器，中間輸電線上的總電阻為R，下列說法正確的是(　　)
T1的輸出電壓與T2的輸入電壓相等
T1的輸出功率大于T2的輸入功率
若用戶接入的用電器增多，則R消耗的電功率減小
若用戶接入的用電器減少，則T2的輸出功率減小
5.某小型發(fā)電站發(fā)電機輸出的交流電壓為500 V，輸出的電功率為50 kW，用電阻為3 Ω的輸電線向遠處輸電，要求輸電線上損耗功率為輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器，到達用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用(兩個變壓器均為理想變壓器)。對整個輸電過程，下列說法正確的是(　　)
輸電線上損耗的功率為300 W
升壓變壓器的匝數之比為1∶100
輸電線上的電流為100 A
降壓變壓器的輸入電壓為4 700 V
6.我國已投產運行的1 100 kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送距離最遠、技術水平最先進的輸電工程，輸電容量可達1 200萬千瓦。輸電的簡化流程可用下圖表示。若直流輸電的線路電阻為10 Ω，變壓、整流過程中的電能損失忽略不計，直流和交流逆變時有效值不發(fā)生改變。當直流線路輸電的電流為5×103 A時，下列說法正確的是(　　)
輸電功率為1.2×1010 W
輸電導線上損耗的功率為2.5×108 W，損失的電壓為50 kV
降壓變壓器匝數比應等于2∶1
若保持輸送功率不變，用550 kV輸電，用戶得到的功率比1 100 kV輸電時減少1×109 W
7.(多選)(2024·陜西西安高二期中)如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P＝100 kW，發(fā)電機的電壓U1＝250 V，經變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線總電阻R線＝8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220 V。已知輸電線上損失的功率P線＝5 kW，假設兩個變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是(　　)
發(fā)電機輸出的電流I1＝40 A
輸電線上的電流I線＝25 A
降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝190∶11
升壓變壓器匝數比n1∶n2＝1∶160
綜合提升練
8.如圖所示為遠距離輸電示意圖，發(fā)電機的輸出電壓U1、輸電線的電阻及理想變壓器的匝數均不變，當用戶開啟的用電器越來越多時，下列表述正確的是(　　)
升壓變壓器副線圈兩端的電壓U2降低
降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3升高
輸電線損耗的功率增大
發(fā)電機的輸出功率不變
9.如圖所示為額定電壓為250 V的用戶供電的遠距離輸電的示意圖，已知輸入原線圈n1兩端的電壓U1＝500 V，發(fā)電機的輸出功率為P＝500 kW，輸電線的電阻R＝12.5 Ω，如果輸電線上損失的功率為輸送功率的1%。如果圖中的升壓變壓器以及降壓變壓器均為理想的變壓器。則下列結論正確的是(　　)
n1∶n2＝1∶49
n3∶n4＝99∶1
流過輸電線的電流為40 A
降壓變壓器原線圈兩端的電壓為2 475 V
10.(12分)為響應國家“精準扶貧，產業(yè)扶貧”的戰(zhàn)略，進一步優(yōu)化能源消費結構，光伏發(fā)電成為精準扶貧的新途徑，貧困戶家庭多了一份固定收益的綠色環(huán)保存折，光伏發(fā)電將照亮“脫貧路”。如圖是所建光伏發(fā)電項目。若光伏發(fā)電機產生的直流電已經過逆變器轉換成了正弦交流電向外輸出，已知總輸出功率為36 kW，輸出電壓為500 V，先后經過升壓變壓器和降壓變壓器傳輸到用戶。設輸電線的總電阻為10 Ω，要求輸電線中因發(fā)熱而損耗的功率為輸送功率的4%，用戶需要的電壓為220 V，不計變壓器的能量損耗。求：
(1)(6分)升壓變壓器的輸出電壓；
(2)(6分)升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的匝數比。
培優(yōu)加強練
11.(16分)某學校有一臺應急備用發(fā)電機，內阻R＝1 Ω，升壓變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶4，降壓變壓器原、副線圈的匝數之比為4∶1，都可看作理想變壓器，輸電線的總電阻r＝4 Ω。全校22個教室，每個教室用“220 V　40 W”的燈泡6盞，要求所有燈泡都正常發(fā)光，求：
(1)(5分)輸電線上損耗的電功率；
(2)(5分)發(fā)電機的輸出功率；
(3)(6分)發(fā)電機的電動勢。
第4節(jié)　電能的傳輸
1.D　[輸送的電功率恒定，根據P＝UI可知，若將輸電電壓提高到原來的2倍，則輸電電流變?yōu)樵瓉淼模蔄錯誤；根據歐姆定律有U損＝Ir損，可知輸電導線上損失的電壓變?yōu)樵瓉淼模蔅錯誤；根據P損＝I2r損可知，輸電導線上損失的電功率變?yōu)樵瓉淼模蔆錯誤，D正確。]
2.BCD　[輸電線上損失的電壓ΔU＝U1－U2，則輸電線上損耗的功率P損＝，故A錯誤，B正確；輸電線上的電流為I，則輸電線上損耗的功率P損＝I2R，故C正確；輸電線上損耗的功率P損＝ΔUI＝(U1－U2)I，故D正確。]
3.AD　[由題圖乙知交流電的周期為0.02 s，所以頻率為50 Hz，故A正確；由題圖乙知升壓變壓器輸入端電壓有效值為250 V，根據電壓與匝數成正比知副線圈電壓為2 500 V，所以輸電線中的電流為I＝＝30 A，輸電線損失的電壓為ΔU＝IR＝30×20 V＝600 V，輸電線路損耗功率為ΔP＝ΔUI＝18 kW，故B錯誤；當滑片P向a端滑動時，滑動變阻器阻值減小，則降壓變壓器副線圈中電流增大，定值電阻的分壓增大，根據電流與匝數成反比知輸電線上的電流變大，輸電線上損失的電壓變大，降壓變壓器輸入電壓減小，根據電壓與匝數或正比可知降壓變壓器線圈輸出電壓減小，所以電壓表V的示數變小，故C錯誤，D正確。]
4.BD　[設輸電線中的電流為I2，T1的輸出電壓與T2的輸入電壓分別為U2、U3，則有U2＝I2R＋U3，即T1的輸出電壓大于T2的輸入電壓，A錯誤；T1的輸出功率為P2＝U2I2，輸電線上損耗的功率為ΔP＝IR，T2的輸入功率為P3＝U3I2，則P2＝ΔP＋P3，即T1的輸出功率大于T2的輸入功率，B正確；若用戶接入電路的用電器增多，則T2副線圈中的電流增大，由變壓器的工作原理可知，T2原線圈中的電流增大，即輸電線上的電流增大，輸電線上損耗的功率增大，即R消耗的電功率增大，C錯誤；若用戶接入電路的用電器減少，則用電器消耗的功率減小，即T2的輸出功率減小，D正確。]
5.A　[輸電線上損耗的功率P損＝P×0.6%＝300 W，A項正確；由P損＝IR得I2＝10 A，C項錯誤；升壓變壓器輸入電流I1＝＝ A＝100 A，由＝得＝，B項錯誤；根據＝得U2＝U1＝5 000 V，輸電線上損失的電壓U線＝I2R＝10×3 V＝30 V，所以降壓變壓器輸入電壓U3＝U2－U線＝4 970 V，D項錯誤。]
6.B　[由題意可得輸電功率為P＝UI＝1 100×103×5×103 W＝5.5×109 W，A錯誤；輸電導線上損耗的功率為ΔP＝I2R＝2.5×108 W，損失的電壓為ΔU＝IR＝50 kV，B正確；逆變成交流電的有效值為U1＝U－ΔU＝1 050 kV，受端換流站的電壓為550 kV，則降壓變壓器匝數比n1∶n2＝21∶11，C錯誤；若保持輸送功率不變，用550 kV輸電，則輸送電流為I′＝＝104 A，用戶得到的功率P′＝P－I′2R＝4.5×109 W，比1 100 kV輸電時減少ΔP′＝(P－ΔP)－P′＝7.5×108 W，D錯誤。]
7.BC　[由功率P＝U1I1得發(fā)電機輸出的電流I1＝＝400 A，故A錯誤；由輸電線上損失的功率P線＝IR線得I線＝25 A，故B正確；由升壓變壓器的電流關系＝，I2＝I線，升壓變壓器匝數比n1∶n2＝1∶16，故D錯誤；升壓變壓器電壓關系＝，解得U2＝4 000 V，輸電線上損失的電壓U線＝I線R線＝200 V，降壓變壓器的輸入電壓U3＝U2－U線，由電壓關系＝，解得＝，故C正確。]
8.C　[發(fā)電機的輸出電壓U1不變，升壓變壓器匝數比不變，則副線圈兩端的電壓U2不變，A錯誤；當用戶開啟的用電器增多時，功率增大，降壓變壓器的輸出電流增大，則降壓變壓器原線圈中電流增大，輸電線上的電流增大，可知輸電線上的功率損耗增大、輸電線上的電壓損失升高，導致降壓變壓器的輸入電壓U3降低，B錯誤，C正確；用戶開啟的用電器增多，消耗的功率增大，發(fā)電機輸出功率隨之增大，D錯誤。]
9.B　[輸電線上損失的功率P損＝1%P＝5 kW，輸電線上的電流為I2＝＝20 A，故C錯誤；升壓變壓器副線圈兩端的電壓為U2，有U2＝＝ V＝25 000 V，則＝＝，故A錯誤；降壓變壓器原線圈兩端的電壓為U3＝U2－I2R＝25 000 V－20×12.5 V＝24 750 V，則＝＝，故B正確，D錯誤。]
10.(1)3 000 V　(2)1∶6　144∶11
解析　(1)輸電線中因發(fā)熱而損耗的功率
ΔP＝P×4%＝1 440 W
設輸電線上的電流為I2，根據ΔP＝Ir
解得I2＝12 A
升壓變壓器的輸出電壓為U2＝＝3 000 V。
(2)升壓變壓器原、副線圈的匝數比為
＝＝
輸電線上損失的電壓為ΔU＝I2r＝120 V
降壓變壓器原線圈兩端的電壓為
U3＝U2－ΔU＝2 880 V
降壓變壓器原、副線圈的匝數比為
＝＝。
11.(1)144 W　(2)5 424 W　(3)250 V
解析　(1)根據題意，畫出從發(fā)電機到教室燈泡之間的輸電過程，如圖所示。
所有燈泡都正常工作的總功率
P4＝22×6×40 W＝5 280 W
所有燈泡都正常工作時的總電流
I4＝＝ A＝24 A
兩個變壓器之間輸電線上的電流
I線＝I3＝＝6 A
故輸電線上損耗的電功率
P損＝Ir＝144 W。
(2)升壓變壓器的輸出功率
P2＝P損＋P4＝5 424 W
而發(fā)電機輸出功率即為升壓變壓器的輸入功率，也為升壓變壓器的輸出功率，即
P出＝P1＝P2＝5 424 W。
(3)降壓變壓器上的輸入電壓
U3＝4U4＝880 V
輸電線上的電壓損失U損＝I線r＝24 V
因此升壓變壓器的輸出電壓
U2＝U損＋U3＝904 V
升壓變壓器的輸入電壓
U1＝＝226 V
升壓變壓器的輸入電流
I1＝4I線＝24 A
發(fā)電機的電動勢
E＝U1＋I1R＝226 V＋24×1 V＝250 V。第4節(jié)　電能的傳輸
學習目標　1.知道遠距離輸電時輸電線上電能的損耗與哪些因素有關，理解減小電能損耗的兩個途徑以及高壓輸電的原理。2.知道遠距離輸電的典型電路，能利用變壓器和電路的規(guī)律解決遠距離輸電問題。3.知道傳輸電能的基本要求及電網供電的優(yōu)點，了解直流輸電。
知識點一　電能輸送中的電壓損失和電能損耗
為了減少輸電線上的電功率損失，通常需要提高輸電電壓和減小輸電線的電阻。但有同學從下列論證中得出了相反的結論：“設輸電電壓為U，輸電線電阻為r，功率損耗P損＝。因此，要減少P損值，就應降低輸電電壓和增加輸電線的電阻。”請判斷這位同學的論證是否正確。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.輸送電能的基本要求
(1)可靠：保證供電線路可靠地工作，故障少。
(2)保質：保證電能的質量——電壓和頻率穩(wěn)定。
(3)經濟：輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少。
2.輸電線上的電壓損失：U損＝________，其中I為輸電電流，r為輸電線的電阻。
3.輸電線上的功率損耗：P損＝________。
4.降低輸電損耗的兩個途徑
(1)減小輸電線的電阻r：在輸電距離一定的情況下，導線長度l是確定的，導線一般選用鋁材料，電阻率ρ是確定的，只能________橫截面積S來減小電阻r。
(2)減小輸電線中的電流I：在輸送功率一定的情況下，減小電流I可以通過________輸電電壓U來實現。
【思考】
1.如何計算輸電線上的電壓損失U損？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如何計算輸電線上的功率損耗P損？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.高壓輸電減少電壓損失和功率損耗的理論依據是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 (多選)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實際應用了特高壓輸電技術。假設從A處采用550 kV的超高壓向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP，到達B處時電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1 100 kV特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣′，到達B處時電壓下降了ΔU′。不考慮其他因素的影響，則(　　)
A.ΔP′＝ΔP 　 B.ΔP′＝ΔP
C.ΔU′＝ΔU 　 D.ΔU′＝ΔU
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
計算功率損耗和電壓損失的三點提醒
(1)輸電電壓是指加在高壓輸電線起始端的電壓U，電壓損失是指在輸電線路上損失的電壓ΔU＝I輸R線。
(2)輸送功率是指高壓輸電線起始端輸出的功率，功率損耗是輸電線上損耗的功率。
(3)輸電線上的電流由I輸＝計算，而不能由I輸＝計算。　　　　
訓練1 (多選)在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導線的電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損耗的電功率為P損，用戶得到的電功率為P用。P損和P用的關系式正確的是(　　)
A.P損＝ B.P損＝
C.P用＝P－ D.P用＝P
知識點二　遠距離輸電系統(tǒng)　直流輸電
　　　　　　　　　　　　　　　　
某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖所示。
發(fā)電站一端和用戶一端的變壓器作用各是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.遠距離輸電
(1)大型交流發(fā)電機輸出的電壓經____________把電壓升高到220 kV或更高的超高壓(或特高壓)，用輸電線送到遠方。
(2)在用電集中的地方，將電壓先在一次高壓變電所降到110 kV，再由二次高壓變電所降至10 kV，其中一部分送到需要高壓的地方，另一部分送到低壓變電所，經配電變壓器降至低壓(380 V/________ V)，分送給不同的用戶使用。
2.低壓線路、高壓線路、超高壓線路和特高壓線路
(1)我國家庭用戶電壓為220 V，稱為低壓線路，一般輸電距離都控制在幾百米范圍內，輸送功率在100 kW以內。
(2)輸電距離在20 km以內的輸電電壓一般用35 kV，這就是高壓線路。
(3)輸送功率在10萬kW以上，輸電距離超過500 km時，輸電電壓往往超過220 kV，這稱為超高壓線路。1 000 kV以上電壓等級，稱為特高壓。
3.遠距離輸電示意圖
4.遠距離輸電中的6個基本關系
(1)功率關系：P1＝P2，P2＝P損＋P3，P3＝P4。
(2)電壓關系：＝，U2＝U線＋U3，＝。
(3)電流關系：＝，I2＝I線＝I3，＝。
(4)輸電電流：I線＝＝＝。
(5)功率損耗：P損＝P2－P3＝IR線＝
＝U線I線。
(6)電壓損失：U損＝U線＝U2－U3＝I線R線。
5.輸電效率η
(1)η＝×100%＝×100%。
(2)η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%。
6.直流輸電
(1)隨著電力工業(yè)的發(fā)展，交流輸電呈現出一定的局限性。如當交流輸電功率很大時，________、電容引起的電壓及電能損失很大；同一電網供電的發(fā)電機同步運行，技術上存在困難等。所以現在有些大功率輸電線路已經開始采用直流輸電。
(2)發(fā)電機發(fā)出的交流電，通過變壓器升高電壓，然后使用________設備使它成為直流電，用輸電線把高壓直流電輸送到用電地點附近，再使用________把直流電變回到交流電，并通過變壓器降壓后供用戶使用(整流和逆變統(tǒng)稱為換流)。
【思考】
1.遠距離輸電最基本的模式是怎樣的？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.遠距離輸電時，若升壓變壓器的匝數比為1∶n，降壓變壓器的匝數比為n∶1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓是否相等？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 發(fā)電機的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，每條輸電線的電阻為0.2 Ω。
(1)此時用戶得到的電壓和電功率各為多少？
(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高，經同樣的輸電線路后經10∶1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶使用，則用戶得到的電壓和電功率各是多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
處理遠距離輸電的方法
(1)畫好一幅圖——遠距離輸電示意圖。
(2)抓住兩端點——發(fā)電站和用戶。
(3)分析一條線——輸電線。
(4)研究兩次變——升壓變壓器升壓和降壓變壓器降壓。
(5)區(qū)分三個量——輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)。　　　　
訓練2 (2023·6月浙江選考，7)我國1 100 kV特高壓直流輸電工程的送電端用“整流”設備將交流變換成直流，用戶端用“逆變”設備再將直流變換成交流。下列說法正確的是(　　)
A.送電端先升壓再整流
B.用戶端先降壓再變交流
C.1 100 kV是指交流電的最大值
D.輸電功率由送電端電壓決定
訓練3 (2023·山東卷，7)某節(jié)能儲能輸電網絡如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓U1＝250 V，輸出功率500 kW。降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝50∶1，輸電線總電阻R＝62.5 Ω，其余線路電阻不計，用戶端電壓U4＝220 V，功率88 kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(　　)
A.發(fā)電機的輸出電流為368 A
B.輸電線上損失的功率為4.8 kW
C.輸送給儲能站的功率為408 kW
D.升壓變壓器的匝數比n1∶n2＝1∶44
隨堂對點自測
1.(電能輸送中的電能損耗)“西電東送”是實現經濟跨地區(qū)可持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，它將西部豐富的能源轉化為電能輸送到電力供應緊張的沿海地區(qū)。為了減少遠距離輸電線路中電阻損耗的能量，需要采用高壓輸電，在保持輸送功率及輸電線路電阻不變的情況下，將輸送電壓提高到原來的10倍，則輸電線路中電阻損耗的能量將減少到原來的(　　)
A. B.
C. D.
2.(電能輸送中的功率損耗)(多選)為消除高壓輸電線上的冰凌，有人設計了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應除冰。若在正常供電時，高壓線上輸電電壓為U，電流為I，功率損耗為ΔP；除冰時，輸電線上的功率損耗需要變?yōu)?ΔP，則除冰時(認為輸電功率和輸電線電阻不變)(　　)
A.輸電電流為3I B.輸電電流為9I
C.輸電電壓為3U D.輸電電壓為U
3.(遠距離輸電問題)(多選)風力發(fā)電將風的動能轉化為電能。某風力發(fā)電機的輸出功率為10 kW，輸出電壓為250 V，用戶得到的電壓是220 V，輸電線的電阻為20 Ω，輸電線路的示意圖如圖所示。若輸電線因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的5%，變壓器均視為理想變壓器，則下列說法正確的是(　　)
A.用戶得到的功率為9.5 kW
B.通過輸電線的電流為4 A
C.升壓變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶8
D.降壓變壓器原、副線圈的匝數之比為100∶11
第4節(jié)　電能的傳輸
知識點一
導學　提示　不正確。公式P損＝中電壓是輸電線電阻兩端的電壓，并非是輸電電壓，根據P送＝IU，P損＝I2r可知，減少輸電線上的損失功率應提高輸電電壓或減小輸電線電阻。
知識梳理
2.Ir　3.I2r　4.(1)增大　(2)提高
[思考]
1.提示　U損＝U－U′＝Ir＝r，其中P為輸電功率，I為輸電電流，r為輸電線的電阻，U、U′分別為輸電線路始端、末端的電壓。
2.提示　P損＝I2r＝IU損＝。
3.提示　根據I＝可知，在輸送功率P與輸電線電阻r一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸送電流可減為原來的，輸電線上的電壓損失將降為原來的，功率損耗降為原來的。
例1 AD　[若采用550 kV的超高壓輸電，輸電線上的功率損耗ΔP＝r，輸電線路損失的電壓ΔU＝r；若改用1 100 kV的特高壓輸電，同理有ΔP′＝r，ΔU′＝r。可得ΔP′＝，ΔU′＝，故B、C項錯誤，A、D項正確。]
訓練1 BD　[輸電線電阻R＝ρ，輸電電流I＝，故輸電線上損耗的功率P損＝I2R＝ρ＝，用戶得到的電功率P用＝P－P′＝P，故選項B、D正確。]
知識點二
導學　提示　發(fā)電站一端的變壓器是升壓變壓器，把電壓升高用于遠距離輸電；用戶一端的變壓器是降壓變壓器，把電壓降低供用戶使用。
知識梳理
1.(1)變壓器　(2)220　6.(1)電感　(2)整流　逆變器
[思考]
1.提示　先升壓，遠距離送電后，再降壓。
2.提示　不相等，因為在輸電過程中存在電壓損失和功率損耗。
例2 (1)140 V　28 kW　(2)219.2 V　43.84 kW
解析　(1)輸電線上的電流
IR＝＝ A＝200 A
損失的電壓UR＝2IRR＝2×200×0.2 V＝80 V
損耗功率
PR＝URIR＝80×200 W＝16 000 W＝16 kW
故用戶得到的電壓U用戶＝U－UR＝140 V
用戶得到的功率P用戶＝P－PR＝28 kW。
(2)已知升壓變壓器的匝數之比
n1∶n2＝1∶10
輸入電壓U1＝220 V
因此，升壓變壓器的輸出電壓
U2＝U1＝2 200 V
輸電線上的電流IR′＝＝ A＝20 A
損失的電壓UR′＝IR′R＝20×2×0.2 V＝8 V
損耗的功率PR′＝UR′IR′＝8×20 W＝160 W
因此，降壓變壓器的輸入電壓
U3＝U2－UR′＝2 192 V
已知降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝10∶1
所以用戶得到的電壓U4＝U3＝219.2 V
用戶得到的功率
P用戶′＝P－PR′＝43.84 kW。
訓練2 A　[由于變壓器的工作原理是電磁感應現象，因此升壓變壓器和降壓變壓器原線圈兩端的電壓均為交流電壓，所以送電端先升壓再整流，用戶端先變交流再降壓，A正確，B錯誤；1 100 kV指的是直流電的電壓，C錯誤；由遠距離輸電的原理可知，輸電功率由用戶端決定，D錯誤。]
訓練3 C　[由P＝UI得發(fā)電機的輸出電流I1＝＝2×103 A，A錯誤；用戶端電流I4＝＝ A＝400 A，由＝＝，解得I3＝8 A，U3＝11 000 V，則輸電線上損失的功率為ΔP損＝IR＝4 kW，B錯誤；U2＝U3＋I3R＝11 500 V，根據理想變壓器無功率損失，有P＝U2I3＋P儲，代入數據有P儲＝408 kW，C正確；根據＝，解得＝，D錯誤。]
隨堂對點自測
1.B　[根據P＝UI可得I＝，則輸電線路上損耗的功率ΔP＝I2R＝R，輸送電壓提高到原來的10倍，則損耗的功率變?yōu)樵瓉淼模摧旊娋€路中電阻損耗的能量將減少到原來的，B正確。]
2.AD　[輸電線的電阻為R線，正常供電時高壓線上的功率損耗ΔP＝I2R線；若除冰時功率損耗變?yōu)?ΔP，則9ΔP＝I′2R線，可得I′＝3I，A正確，B錯誤；輸送功率不變，即P＝UI＝U′I′，則輸電電壓U′＝U，C錯誤，D正確。]
3.AC　[用戶得到的功率即降壓變壓器的輸出功率P用＝P－P損＝9.5 kW，故A正確；通過輸電線的電流I2＝＝5 A，故B錯誤；升壓變壓器的輸出電壓U2＝＝2 000 V，可得升壓變壓器原、副線圈的匝數之比＝＝，故C正確；輸電線上的電壓損失U損＝I2R線＝100 V，降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3＝U2－U損＝1 900 V，可得降壓變壓器原、副線圈的匝數之比＝＝，故D錯誤。](共59張PPT)
第4節(jié)　電能的傳輸
第三章　交流電
1.知道遠距離輸電時輸電線上電能的損耗與哪些因素有關，理解減小電能損耗的兩個途徑以及高壓輸電的原理。
2.知道遠距離輸電的典型電路，能利用變壓器和電路的規(guī)律解決遠距離輸電問題。
3.知道傳輸電能的基本要求及電網供電的優(yōu)點，了解直流輸電。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　遠距離輸電系統(tǒng)　直流輸電
知識點一　電能輸送中的電壓損失和電能損耗
知識點一　電能輸送中的電壓損失和電能損耗
1.輸送電能的基本要求
(1)可靠：保證供電線路可靠地工作，故障少。
(2)保質：保證電能的質量——電壓和頻率穩(wěn)定。
(3)經濟：輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少。
2.輸電線上的電壓損失：U損＝______，其中I為輸電電流，r為輸電線的電阻。
3.輸電線上的功率損耗：P損＝________。
Ir
I2r
4.降低輸電損耗的兩個途徑
(1)減小輸電線的電阻r：在輸電距離一定的情況下，導線長度l是確定的，導線一般選用鋁材料，電阻率ρ是確定的，只能______橫截面積S來減小電阻r。
(2)減小輸電線中的電流I：在輸送功率一定的情況下，減小電流I可以通過______輸電電壓U來實現。
增大
提高
1.如何計算輸電線上的電壓損失U損？
2.如何計算輸電線上的功率損耗P損？
【思考】
3.高壓輸電減少電壓損失和功率損耗的理論依據是什么？
AD
例1 (多選)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實際應用了特高壓輸電技術。假設從A處采用550 kV的超高壓向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP，到達B處時電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1 100 kV特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣′，到達B處時電壓下降了ΔU′。不考慮其他因素的影響，則(　　)
BD
訓練1 (多選)在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導線的電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損耗的電功率為P損，用戶得到的電功率為P用。P損和P用的關系式正確的是(　　)
知識點二　遠距離輸電系統(tǒng)　直流輸電
某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖所示。
發(fā)電站一端和用戶一端的變壓器作用各是什么？
提示　發(fā)電站一端的變壓器是升壓變壓器，把電壓升高用于遠距離輸電；用戶一端的變壓器是降壓變壓器，把電壓降低供用戶使用。
1.遠距離輸電
(1)大型交流發(fā)電機輸出的電壓經________把電壓升高到220 kV或更高的超高壓(或特高壓)，用輸電線送到遠方。
(2)在用電集中的地方，將電壓先在一次高壓變電所降到110 kV，再由二次高壓變電所降至10 kV，其中一部分送到需要高壓的地方，另一部分送到低壓變電所，經配電變壓器降至低壓(380 V/________ V)，分送給不同的用戶使用。
變壓器
220
2.低壓線路、高壓線路、超高壓線路和特高壓線路
(1)我國家庭用戶電壓為220 V，稱為低壓線路，一般輸電距離都控制在幾百米范圍內，輸送功率在100 kW以內。
(2)輸電距離在20 km以內的輸電電壓一般用35 kV，這就是高壓線路。
(3)輸送功率在10萬kW以上，輸電距離超過500 km時，輸電電壓往往超過220 kV，這稱為超高壓線路。1 000 kV以上電壓等級，稱為特高壓。
3.遠距離輸電示意圖
4.遠距離輸電中的6個基本關系
5.輸電效率η
6.直流輸電
(1)隨著電力工業(yè)的發(fā)展，交流輸電呈現出一定的局限性。如當交流輸電功率很大時，______、電容引起的電壓及電能損失很大；同一電網供電的發(fā)電機同步運行，技術上存在困難等。所以現在有些大功率輸電線路已經開始采用直流輸電。
(2)發(fā)電機發(fā)出的交流電，通過變壓器升高電壓，然后使用______設備使它成為直流電，用輸電線把高壓直流電輸送到用電地點附近，再使用________把直流電變回到交流電，并通過變壓器降壓后供用戶使用(整流和逆變統(tǒng)稱為換流)。
電感
整流
逆變器
【思考】
1.遠距離輸電最基本的模式是怎樣的？
提示　先升壓，遠距離送電后，再降壓。
2.遠距離輸電時，若升壓變壓器的匝數比為1∶n，降壓變壓器的匝數比為n∶1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓是否相等？
提示　不相等，因為在輸電過程中存在電壓損失和功率損耗。
例2 發(fā)電機的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，每條輸電線的電阻為0.2 Ω。
(1)此時用戶得到的電壓和電功率各為多少？
(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高，經同樣的輸電線路后經10∶1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶使用，則用戶得到的電壓和電功率各是多少？
損失的電壓UR＝2IRR＝2×200×0.2 V＝80 V
損耗功率PR＝URIR＝80×200 W＝16 000 W＝16 kW
故用戶得到的電壓U用戶＝U－UR＝140 V
用戶得到的功率P用戶＝P－PR＝28 kW。
(2)已知升壓變壓器的匝數之比
n1∶n2＝1∶10
輸入電壓U1＝220 V
因此，升壓變壓器的輸出電壓
損失的電壓UR′＝IR′R＝20×2×0.2 V＝8 V
損耗的功率PR′＝UR′IR′＝8×20 W＝160 W
因此，降壓變壓器的輸入電壓
U3＝U2－UR′＝2 192 V
已知降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝10∶1
用戶得到的功率
P用戶′＝P－PR′＝43.84 kW。
答案　(1)140 V　28 kW　(2)219.2 V　43.84 kW
處理遠距離輸電的方法
(1)畫好一幅圖——遠距離輸電示意圖。
(2)抓住兩端點——發(fā)電站和用戶。
(3)分析一條線——輸電線。
(4)研究兩次變——升壓變壓器升壓和降壓變壓器降壓。
(5)區(qū)分三個量——輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)。　　　　
A
訓練2 (2023·6月浙江選考，7)我國1 100 kV特高壓直流輸電工程的送電端用“整流”設備將交流變換成直流，用戶端用“逆變”設備再將直流變換成交流。下列說法正確的是(　　)
A.送電端先升壓再整流 B.用戶端先降壓再變交流
C.1 100 kV是指交流電的最大值 D.輸電功率由送電端電壓決定
解析　由于變壓器的工作原理是電磁感應現象，因此升壓變壓器和降壓變壓器原線圈兩端的電壓均為交流電壓，所以送電端先升壓再整流，用戶端先變交流再降壓，A正確，B錯誤；1 100 kV指的是直流電的電壓，C錯誤；由遠距離輸電的原理可知，輸電功率由用戶端決定，D錯誤。
C
訓練3 (2023·山東卷，7)某節(jié)能儲能輸電網絡如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓U1＝250 V，輸出功率500 kW。降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝50∶1，輸電線總電阻R＝62.5 Ω，其余線路電阻不計，用戶端電壓U4＝220 V，功率88 kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(　　)
A.發(fā)電機的輸出電流為368 A B.輸電線上損失的功率為4.8 kW
C.輸送給儲能站的功率為408 kW D.升壓變壓器的匝數比n1∶n2＝1∶44
隨堂對點自測
2
B
1.(電能輸送中的電能損耗)“西電東送”是實現經濟跨地區(qū)可持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，它將西部豐富的能源轉化為電能輸送到電力供應緊張的沿海地區(qū)。為了減少遠距離輸電線路中電阻損耗的能量，需要采用高壓輸電，在保持輸送功率及輸電線路電阻不變的情況下，將輸送電壓提高到原來的10倍，則輸電線路中電阻損耗的能量將減少到原來的(　　)
AD
2.(電能輸送中的功率損耗)(多選)為消除高壓輸電線上的冰凌，有人設計了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應除冰。若在正常供電時，高壓線上輸電電壓為U，電流為I，功率損耗為ΔP；除冰時，輸電線上的功率損耗需要變?yōu)?ΔP，則除冰時(認為輸電功率和輸電線電阻不變)(　　)
AC
3.(遠距離輸電問題)(多選)風力發(fā)電將風的動能轉化為電能。某風力發(fā)電機的輸出功率為10 kW，輸出電壓為250 V，用戶得到的電壓是220 V，輸電線的電阻為20 Ω，輸電線路的示意圖如圖所示。若輸電線因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的5%，變壓器均視為理想變壓器，則下列說法正確的是(　　)
A.用戶得到的功率為9.5 kW
B.通過輸電線的電流為4 A
C.升壓變壓器原、副線圈的匝數之比為
1∶8
D.降壓變壓器原、副線圈的匝數之比為100∶11
課后鞏固訓練
3
D
題組一　電能輸送中的電壓損失和電能損耗
對點題組練
BCD
2.(多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓是U1，發(fā)電廠至學校的輸電導線總電阻為R，導線中的電流為I，學校得到的電壓為U2。關于輸電線上損耗的功率，下列表達式正確的是(　 　)
AD
題組二　遠距離輸電
3.(多選)如圖甲所示為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原線圈匝數為150匝，副線圈匝數為1 500匝，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為20 Ω。降壓變壓器右側電路中R1為一定值電阻，R2為滑動變阻器，電壓表V為理想電壓表，升壓變壓器的輸入功率為75 kW。則(　　)
A.降壓變壓器副線圈輸出的交流電頻率為50 Hz
B.遠距離輸電線路損耗功率為9 kW
C.當滑片P向a端滑動時，電壓表V的示數變大
D.當滑片P向a端滑動時，輸電線上的電流變大
BD
4.(多選)(2023·天津卷，6)如圖是輸電線為用戶輸電的示意圖，電路中升壓變壓器T1和降壓變壓器T2都認為是理想變壓器，中間輸電線上的總電阻為R，下列說法正確的是(　　)
A.T1的輸出電壓與T2的輸入電壓相等
B.T1的輸出功率大于T2的輸入功率
C.若用戶接入的用電器增多，則R消耗的電功率減小
D.若用戶接入的用電器減少，則T2的輸出功率減小
解析　設輸電線中的電流為I2，T1的輸出電壓與T2的輸入電壓分別為U2、U3，則有U2＝I2R＋U3，即T1的輸出電壓大于T2的輸入電壓，A錯誤；T1的輸出功率為P2＝U2I2，輸電線上損耗的功率為ΔP＝IR，T2的輸入功率為P3＝U3I2，則P2＝ΔP＋P3，即T1的輸出功率大于T2的輸入功率，B正確；若用戶接入電路的用電器增多，則T2副線圈中的電流增大，由變壓器的工作原理可知，T2原線圈中的電流增大，即輸電線上的電流增大，輸電線上損耗的功率增大，即R消耗的電功率增大，C錯誤；若用戶接入電路的用電器減少，則用電器消耗的功率減小，即T2的輸出功率減小，D正確。
A
5.某小型發(fā)電站發(fā)電機輸出的交流電壓為500 V，輸出的電功率為50 kW，用電阻為3 Ω的輸電線向遠處輸電，要求輸電線上損耗功率為輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器，到達用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用(兩個變壓器均為理想變壓器)。對整個輸電過程，下列說法正確的是(　　)
A.輸電線上損耗的功率為300 W
B.升壓變壓器的匝數之比為1∶100
C.輸電線上的電流為100 A
D.降壓變壓器的輸入電壓為4 700 V
B
6.我國已投產運行的1 100 kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送距離最遠、技術水平最先進的輸電工程，輸電容量可達1 200萬千瓦。輸電的簡化流程可用下圖表示。若直流輸電的線路電阻為10 Ω，變壓、整流過程中的電能損失忽略不計，直流和交流逆變時有效值不發(fā)生改變。當直流線路輸電的電流為5×103 A時，下列說法正確的是(　　)
A.輸電功率為1.2×1010 W
B.輸電導線上損耗的功率為2.5×108 W，
損失的電壓為50 kV
C.降壓變壓器匝數比應等于2∶1
D.若保持輸送功率不變，用550 kV輸電，用戶得到的功率比1 100 kV輸電時減少1×109 W
BC
7.(多選)(2024·陜西西安高二期中)如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P＝100 kW，發(fā)電機的電壓U1＝250 V，經變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線總電阻R線＝8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220 V。已知輸電線上損失的功率P線＝5 kW，假設兩個變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是(　　)
A.發(fā)電機輸出的電流I1＝40 A
B.輸電線上的電流I線＝25 A
C.降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝190∶11
D.升壓變壓器匝數比n1∶n2＝1∶160
C
8.如圖所示為遠距離輸電示意圖，發(fā)電機的輸出電壓U1、輸電線的電阻及理想變壓器的匝數均不變，當用戶開啟的用電器越來越多時，下列表述正確的是(　　)
綜合提升練
A.升壓變壓器副線圈兩端的電壓U2降低 B.降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3升高
C.輸電線損耗的功率增大 D.發(fā)電機的輸出功率不變
解析　發(fā)電機的輸出電壓U1不變，升壓變壓器匝數比不變，則副線圈兩端的電壓U2不變，A錯誤；當用戶開啟的用電器增多時，功率增大，降壓變壓器的輸出電流增大，則降壓變壓器原線圈中電流增大，輸電線上的電流增大，可知輸電線上的功率損耗增大、輸電線上的電壓損失升高，導致降壓變壓器的輸入電壓U3降低，B錯誤，C正確；用戶開啟的用電器增多，消耗的功率增大，發(fā)電機輸出功率隨之增大，D錯誤。
B
9.如圖所示為額定電壓為250 V的用戶供電的遠距離輸電的示意圖，已知輸入原線圈n1兩端的電壓U1＝500 V，發(fā)電機的輸出功率為P＝500 kW，輸電線的電阻R＝12.5 Ω，如果輸電線上損失的功率為輸送功率的1%。如果圖中的升壓變壓器以及降壓變壓器均為理想的變壓器。則下列結論正確的是(　　)
A.n1∶n2＝1∶49
B.n3∶n4＝99∶1
C.流過輸電線的電流為40 A
D.降壓變壓器原線圈兩端的電壓為2 475 V
10.為響應國家“精準扶貧，產業(yè)扶貧”的戰(zhàn)略，進一
步優(yōu)化能源消費結構，光伏發(fā)電成為精準扶貧的新
途徑，貧困戶家庭多了一份固定收益的綠色環(huán)保存
折，光伏發(fā)電將照亮“脫貧路”。如圖是所建光伏
發(fā)電項目。若光伏發(fā)電機產生的直流電已經過逆變
器轉換成了正弦交流電向外輸出，已知總輸出功率
為36 kW，輸出電壓為500 V，先后經過升壓變壓器和降壓變壓器傳輸到用戶。設輸電線的總電阻為10 Ω，要求輸電線中因發(fā)熱而損耗的功率為輸送功率的4%，用戶需要的電壓為220 V，不計變壓器的能量損耗。求：
(1)升壓變壓器的輸出電壓；
(2)升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的匝數比。
答案　(1)3 000 V　(2)1∶6　144∶11
解析　(1)輸電線中因發(fā)熱而損耗的功率
ΔP＝P×4%＝1 440 W
解得I2＝12 A
11.某學校有一臺應急備用發(fā)電機，內阻R＝1 Ω，升壓變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶4，降壓變壓器原、副線圈的匝數之比為4∶1，都可看作理想變壓器，輸電線的總電阻r＝4 Ω。全校22個教室，每個教室用“220 V　40 W”的燈泡6盞，要求所有燈泡都正常發(fā)光，求：
(1)輸電線上損耗的電功率；
(2)發(fā)電機的輸出功率；
(3)發(fā)電機的電動勢。
培優(yōu)加強練
答案　(1)144 W　(2)5 424 W　(3)250 V
解析　(1)根據題意，畫出從發(fā)電機到教室燈泡之間的輸電過程，如圖所示。
所有燈泡都正常工作的總功率
P4＝22×6×40 W＝5 280 W
所有燈泡都正常工作時的總電流
兩個變壓器之間輸電線上的電流
故輸電線上損耗的電功率
(2)升壓變壓器的輸出功率
P2＝P損＋P4＝5 424 W
而發(fā)電機輸出功率即為升壓變壓器的輸入功率，也為升壓變壓器的輸出功率，即
P出＝P1＝P2＝5 424 W。
(3)降壓變壓器上的輸入電壓
U3＝4U4＝880 V
輸電線上的電壓損失U損＝I線r＝24 V
因此升壓變壓器的輸出電壓
U2＝U損＋U3＝904 V

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