資源簡介

第四節(jié)　遠(yuǎn)距離輸電
(分值:100分)
選擇題1~9題,每小題8分,共72分。
基礎(chǔ)對點練
題組一　遠(yuǎn)距離輸電中的電功率和電壓損耗
1.(2024·廣東佛山高二月考)為了減小輸電線上電能的損耗,人們盡量把輸電線做的粗一點,這是因為導(dǎo)體的電阻與下列哪種因素有關(guān) (　　)
密度 質(zhì)量
橫截面積 長度
2.(多選)(2024·廣東深圳高二期末)某發(fā)電廠原來用11 kV的交流電壓輸電,后來改用升壓變壓器將電壓升高到220 kV輸電,輸送的電功率都是P,若輸電線路的電阻為R,則下列說法中正確的是 (　　)
提高電壓后輸電線上的電流降為原來的
提高電壓后輸電線上的電流增為原來的20倍
提高電壓后輸電線上的功率損耗減為原來的
提高電壓后輸電線上的功率損耗將增大為原來的400倍
3.(2024·廣東清遠(yuǎn)高二期末)某電站用500 kV電壓輸電給300 km外的用戶使用,其輸出電功率是3×106 kW,輸電線總電阻為2.5 Ω,則下列說法正確的是 (　　)
輸電線上輸送的電流大小為3.0×105 A
輸電線上由電阻造成的電壓損耗為15 kV
若改用5 kV電壓輸電,則輸電線上損耗的功率為9×108 kW
輸電線上損耗的功率為ΔP=,U為輸電電壓,r為輸電線的電阻
4.遠(yuǎn)距離輸電中,當(dāng)輸送的電功率為P,輸送電壓為U時,輸電線上損耗的電功率為ΔP,若輸送的電功率增加為2P,而輸電線中損耗的電功率減為ΔP,設(shè)輸電線總電阻不變,那么輸電電壓應(yīng)為 (　　)
4U 8U
16U 32U
題組二　高壓交流輸電　直流輸電
5.圖甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖,圖乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時間變化的圖像,則 (　　)
用戶使用的交變電流的頻率是100 Hz
發(fā)電機(jī)輸出交變電流的電壓有效值是500 V
輸電線上的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定
當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時,輸電線上損耗的功率減小
6.(多選)如圖所示,為一臺發(fā)電機(jī)通過升壓和降壓變壓器給用戶供電的示意圖。已知發(fā)電機(jī)的輸出電壓為250 V,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是1∶20,兩變壓器之間輸電導(dǎo)線的總電阻為4 Ω,向用戶供220 V交流電,若變壓器是理想變壓器,當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電功率為200 kW時。下列說法正確的是 (　　)
遠(yuǎn)距離輸電損耗的電壓160 V
遠(yuǎn)距離輸電損耗的功率為640 W
降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為22∶1
若用戶用電器增多,則降壓變壓器輸出電壓增大
7.(多選)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸電線的電阻、理想變壓器匝數(shù)均不變,且n1∶n2=n4∶n3。當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時 (　　)
U1∶U2=U4∶U3
用戶的電壓U4增大
輸電線上損耗的功率增大
用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率
綜合提升練
8.(2024·廣東東莞高二期末)如圖所示的電網(wǎng)僅為3戶家庭供電模型,3戶各有功率P=3 kW的用電器,采用兩種方式用電:方式一為同時用電1小時,方式二為錯開單獨(dú)用電各1小時。兩種方式用電時輸電線路總電阻損耗的電能分別為ΔE1、ΔE2,若用戶電壓恒為220 V,不計其他線路電阻,則 (　　)
兩種方式用電時,電網(wǎng)提供的總電能相同
兩種方式用電時,電網(wǎng)提供的總電壓相同
=9
=3
9.(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(rèn)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
10.(12分)如圖所示,某學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電設(shè)備,內(nèi)阻不計。升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2=1∶4,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n3∶n4=4∶1,輸電線總電阻為r=4 Ω,其他導(dǎo)線電阻可忽略不計。全校有22間教室,每間教室安裝“220 V　40 W”的電燈6盞,要求所有教室的電燈都正常發(fā)光,求:
(1)(6分)輸電線上的電流;
(2)(6分)升壓變壓器的輸入電壓。
培優(yōu)加強(qiáng)練
11.(16分)假設(shè)某校在后山修建了一座小型太陽能發(fā)電站給科技館供電,發(fā)電站最大輸出功率為P0=9 kW,輸出電壓恒為U0=500 V。已知輸電線的總電阻為R=10 Ω,科技館工作電壓為U2=220 V,求:
(1)(8分)輸出功率最大時,采用匝數(shù)比為1∶3的升壓變壓器進(jìn)行輸電,則輸電線功率損耗與直接輸電時的功率損耗之比;
(2)(8分)假設(shè)科技館某段時間消耗功率為P2=2.64 kW,若不采用升壓變壓器輸電,為保障科技館用電設(shè)備正常工作,則科技館降壓變壓器的匝數(shù)比和發(fā)電站的輸出功率。
第四節(jié)　遠(yuǎn)距離輸電
1.C　[根據(jù)電阻定律R＝ρ可知，在長度和材料相同的情況下，輸電線越粗，即橫截面積越大，電阻越小，由Q＝I2Rt可知，在電流和通電時間相同的情況下，減小輸電線的電阻，可以減小輸電線上電能的損耗，故A、B、D錯誤，C正確。]
2.AC　[兩次輸送的電功率相同，根據(jù)P＝UI知，輸電電壓變?yōu)樵瓉淼?0倍，則提高電壓后輸電線上的電流降為原來的，A正確，B錯誤；根據(jù)P損＝I2R，可知，提高電壓后輸電線上的功率損耗減為原來的，C正確，D錯誤。]
3.B　[由P＝UI得輸電線上輸送的電流I＝＝ A＝6×103 A，故A錯誤；由ΔU＝Ir得輸電線路上的電壓損耗ΔU＝Ir＝6×103×2.5 V＝15×103 V，故B正確；輸電線上損耗的功率為ΔP＝I′2r＝r＝×2.5 W＝9×1011 W，由于損耗的功率不能大于電站的輸出功率，故C錯誤；輸電線上損耗的功率用ΔP＝計算時，U為輸電線上損耗的電壓，而不是輸電電壓，故D錯誤。]
4.A　[由P＝UI知I＝，則輸電線上損耗的功率ΔP＝I2R＝R，得輸電電壓U＝P，若輸送的電功率增加為2P，而輸電線中損耗的電功率減為，由上式得輸電電壓應(yīng)為4U，故A正確。]
5.D　[由題圖乙可知，交變電流的周期T＝0.02 s，故頻率f＝＝50 Hz，選項A錯誤；交變電流的電壓最大值Um＝500 V，故有效值U＝＝250 V，選項B錯誤；輸電線上的電流由降壓變壓器的負(fù)載電阻和輸出電壓及降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定，選項C錯誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，降壓變壓器副線圈上的電流減小，則輸電線上的電流減小，根據(jù)P損＝IR可知，輸電線上損耗的功率減小，選項D正確。]
6.AC　[輸送電壓為U2＝U1＝5 000 V，輸送電流為I2＝＝40 A，所以損耗的電壓為ΔU＝I2r＝160 V，A正確；遠(yuǎn)距離輸電損耗的功率為ΔP＝Ir＝6 400 W，B錯誤；降壓變壓器的輸入電壓為U3＝U2－ΔU＝4 840 V，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4＝U3∶U4＝22∶1，C正確；若用戶用電器增多，用戶的電功率變大，輸電線中電流增大，線路損耗的電壓增多，降壓變壓器輸入電壓減小，則輸出的電壓會減小，故D錯誤。]
7.AC　[根據(jù)＝，＝，n1∶n2＝n4∶n3知，U1∶U2＝U4∶U3，A正確；當(dāng)用戶用電器總電阻減小時，降壓變壓器上的輸出電流增大，所以輸電線上的電流增大，根據(jù)P損＝IR知，輸電線上損耗的功率增大，根據(jù)ΔU＝I線R知，輸電線上的電壓損耗變大，由于發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則升壓變壓器的輸出電壓不變，降壓變壓器的輸入電壓變小，用戶的電壓U4減小，C正確，B錯誤；用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率與輸電線上損失的功率之差，D錯誤。]
8.D　[3戶家庭同時用電時，總電阻比單獨(dú)用電時小，副線圈電流大，則輸電線中電流大，輸電線上損耗的功率和電壓大，兩種方式用電時，電網(wǎng)提供的總電能和總電壓不相同，故A、B錯誤；3戶家庭同時用電時，總電阻為單獨(dú)用電時的，則輸電線上的電流為單獨(dú)用電時3倍，根據(jù)ΔE＝Q＝I2Rt，可知＝3，故C錯誤，D正確。]
9.BD　[設(shè)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。]
10.(1)6 A　(2)226 V
解析　(1)所有電燈正常發(fā)光時消耗的功率為
P總＝40×6×22 W＝5 280 W＝P4
由于燈正常發(fā)光，因此降壓變壓器副線圈兩端的電壓為
U4＝220 V
所以降壓變壓器原線圈兩端的電壓為
U3＝U4＝×220 V＝880 V
則輸電線上的電流為I線＝＝＝ A＝6 A。
(2)輸電線上損耗的電壓為
U損＝I線r＝6×4 V＝24 V
則升壓變壓器副線圈兩端的電壓為
U2＝U3＋U損＝880 V＋24 V＝904 V
則升壓變壓器原線圈兩端的電壓為
U1＝U2＝×904 V＝226 V。
11.(1)1∶9　(2)2∶1　3 kW
解析　(1)直接輸電時的功率損耗為P損2＝R
采用1∶3的升壓變壓器時，有＝
則輸電電壓為3U0，此時輸電線功率損耗為
P損1＝R
故功率損耗之比為P損1∶P損2＝1∶9。
(2)設(shè)降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為k，副線圈電流為
I2＝＝ A＝12 A
故降壓變壓器原線圈電壓為U1＝kU2＝220k V
原線圈電流為I1＝＝ A
輸電線損耗電壓為U損＝I1R＝ V
由輸電線路電壓關(guān)系有 V＋220k V＝500 V
解得k＝2
輸電線損耗功率為P損＝IR＝0.36 kW
故發(fā)電廠輸出功率為P＝P損＋P2＝3 kW。第四節(jié)　遠(yuǎn)距離輸電
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.體會降低輸電損耗的兩個途徑，能分析計算高壓輸電的損耗情況。
2.能分析遠(yuǎn)距離輸電的基本過程，會對基本的遠(yuǎn)距離輸電線路進(jìn)行定量計算。
知識點一　遠(yuǎn)距離輸電中的電功率和電壓損耗
如圖所示，假定發(fā)電廠輸送電壓為U送，輸送功率恒為P，兩條導(dǎo)線的總電阻為r(在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r)。思考：
(1)輸送電流多大？
(2)輸電線上損耗的電壓U損多大？
(3)輸電線上損耗的功率P損多大？
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1.低壓直流輸電系統(tǒng)在輸電線路上存在很高的________損耗和________損耗。
2.輸電電路的電壓損耗
輸電線始端電壓U送與輸電線末端電壓U用的差值。U損＝U送－U用＝Ir＝r，其中I為輸電線上的電流，r為輸電線的電阻。
3.輸電電路的功率損耗
(1)遠(yuǎn)距離輸電時，輸電線有電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損耗，損耗的電功率
P損＝I2r＝r。
(2)若輸電線上損耗的電壓為U損，則功率損耗還可以表示為P損＝＝U損I。
4.減小電壓、功率損耗的方法
(1)減小輸電線的電阻
由r＝ρ可知，輸電導(dǎo)線長度l一定時，使用電阻率小、橫截面積大的導(dǎo)線，以減小電阻。
(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流I
根據(jù)I＝，在輸送功率P一定，輸電線電阻r一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸電電流可減為原來的，輸電線上的功率損耗將降為原來的。
【思考】 遠(yuǎn)距離輸電遵循能量守恒定律，是否只要輸送足夠的能量，不必計較電線上的電壓損耗？
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例1 三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為50萬千瓦。
(1)若輸出的電壓為20萬伏，則輸電線上的電流為多少？
(2)在(1)情況下，某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐，則輸電線上損耗的功率為多少？
(3)若將輸出電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損耗的功率又為多少？
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輸電線上損耗的功率不是由發(fā)電站輸出的功率決定的，在分析輸電線上損耗的功率問題時，一定要用輸電線上的電壓、電流、電阻進(jìn)行分析，要注意物理量間的對應(yīng)關(guān)系?！　?br/>訓(xùn)練1 某發(fā)電站輸出功率P＝2 000 kW，用電阻R＝20 Ω的輸電線向外輸送電能。如果用U＝10 kV的電壓輸電，輸電線上損耗的功率是多少？損耗的電壓是多少？如果改用U′＝100 kV的高壓輸電，輸電線上損耗的功率和電壓又是多少？
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知識點二　高壓交流輸電　直流輸電
1.高壓交流輸電
(1)基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用________變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過________變壓器降到所需的電壓。
(2)輸電方案：采用電能輸配電網(wǎng)。
2.解決遠(yuǎn)距離高壓交流輸電問題的基本方法
(1)首先應(yīng)畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖(如圖)，并將已知量和待求量寫在示意圖的相應(yīng)位置。
(2)理清三個回路
回路1：P1＝U1I1。
回路2：U2＝U損＋U3，P2＝P損＋P3＝IR線＋P3，I2＝I3。
回路3：P4＝U4I4。
(3)常用關(guān)系
①功率關(guān)系
P1＝P2，P2＝P損＋P3，P3＝P4。
②電壓關(guān)系
＝，U2＝U損＋U3，＝。
③電流關(guān)系：＝，I2＝I線＝I3，＝。
④輸電電流：I線＝＝＝。
⑤輸電線上損耗的電功率
P損＝P2－P3＝IR線＝＝U損I線。
⑥輸電線上的電壓損耗
U損＝I線R線＝U2－U3。
3.直流輸電
(1)優(yōu)點：避免輸電線路因電感導(dǎo)致的電能損耗。
(2)直流輸電示意圖。
例2 (2024·廣東湛江高二期中)如圖所示為某山區(qū)小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機(jī)輸出的電壓和輸電線路上的電阻恒定，用電器均為純電阻元件。當(dāng)用電高峰來臨時，下列判斷正確的是(　　)
A.用電器等效電阻R0變大
B.升壓變壓器T1的輸出電壓變大
C.降壓變壓器T2的輸出電壓不變
D.輸電線路總電阻R上消耗的功率變大
例3 風(fēng)力發(fā)電作為新型環(huán)保能源，近年來得到了快速發(fā)展，如圖所示的風(fēng)車陣中發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220 V，輸電線總電阻為10 Ω，若輸電線因發(fā)熱而損耗的功率為輸送功率的4 %。
(1)畫出此輸電線路的示意圖；
(2)求升壓變壓器與降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比。
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訓(xùn)練2 (多選)我國特高壓輸電工程是目前世界上輸電電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來用110 kV的超高壓輸電，輸送功率為5 500 kW，輸電線路上損耗的功率為25 kW。在保持輸送功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)采用1 100 kV的特高壓輸電，不考慮其他因素的影響，下列說法正確的是(　　)
A.輸電線上損耗的電壓為50 V
B.輸電線上損耗的電壓為2 500 V
C.輸電線上損耗的電功率為250 W
D.輸電線上損耗的電功率為25 kW
隨堂對點自測
1.(輸電線上的電壓損耗)遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的n倍，則輸電線上的電壓損耗為(　　)
A.原來的 B.原來的
C.原來的n倍 D.原來的n2倍
2.(輸電線上的功率損耗)輸電線的電阻共計為r，輸送的電功率為P，用電壓U送電，則用戶能得到的電功率為(　　)
A.P B.P－r
C.P－ D.r
3.(高壓輸電)(2024·廣東廣州高二期末)我國遠(yuǎn)距離輸送交流電用的電壓有110 kV、220 kV和330 kV，輸電干線已經(jīng)采用500 kV的超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到750 kV，遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖所示，若輸送的總功率為P，輸電電壓為U，輸電線的總電阻為R，則正確的是(　　)
A.采用高壓輸電是為了加快輸電的速度
B.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
C.輸電線上的電流I＝
D.輸電線上損耗的功率P損＝R
第四節(jié)　遠(yuǎn)距離輸電
知識點一
導(dǎo)學(xué)　提示　(1)輸送電流I＝。
(2)輸電線上損耗的電壓U損＝Ir＝r。
(3)輸電線上損耗的功率P損＝I2r＝r。
知識梳理
1.功率　電壓
[思考] 提示　否，必須減少電線上的電壓損耗，不然用戶接收不到足夠電壓，用電器無法正常工作。
例1 (1)2 500 A　(2)1.25×108 W　(3)1 000 A　2×107 W
解析　(1)由P＝UI得I＝＝ A＝2 500 A。
(2)輸電線上損耗的功率
P損＝I2·2r＝2 5002×2×10 W＝1.25×108 W。
(3)將輸出電壓升高至50萬伏時，
I′＝＝ A＝1 000 A
輸電線上損耗的功率
P損′＝I′2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W。
訓(xùn)練1 800 kW　4 kV　8 kW　400 V
解析　根據(jù)P＝UI知，用U＝10 kV的電壓輸電時的輸電電流I＝＝ A＝200 A
輸電線損耗的功率P損＝I2R＝2002×20 W＝800 kW
損耗的電壓U損＝IR＝200×20 V＝4 kV
改用U′＝100 kV高壓輸電后，輸電電流
I′＝＝ A＝20 A
輸電線損耗的功率P損′＝I′2R＝202×20 W＝8 kW
損耗的電壓U損′＝I′R＝20×20 V＝400 V。
知識點二
1.(1)升壓　降壓
例2 D　[用電高峰來臨時，用電器增多，用電器等效電阻R0減小，故A錯誤；由于升壓變壓器T1的輸入電壓一定，則輸出電壓一定，故B錯誤；用電器增多，輸電線中電流增大，降壓變壓器T2的輸入電壓等于U2－IR，可以判斷此電壓減小，則輸出電壓也減小，故C錯誤；用電器增多，輸電線中電流增大，根據(jù)P＝I2R知，輸電線路總電阻R上消耗的功率變大，故D正確。]
例3 (1)見解析圖　(2)1∶20　240∶11
解析　(1)此輸電線路的示意圖，如圖所示。
(2)輸電線因發(fā)熱而損耗的功率
P損＝P×4 %＝100 kW×4 %＝4 kW
輸電線上的電流I2＝＝ A＝20 A
升壓變壓器的輸出電壓
U2＝＝V＝5×103V
則升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比
＝＝＝
輸電線上的電壓損耗U損＝I2R線＝20×10 V＝200 V
降壓變壓器原線圈兩端電壓
U3＝U2－U損＝4 800 V
則降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比
＝＝＝。
訓(xùn)練2 AC　[由題可知U2＝110 kV，P1＝P2＝5 500 kW，ΔP＝25 kW，則輸電線上的電流為I線＝I2＝＝50 A，輸電線的電阻為R＝＝10 Ω，當(dāng)輸電電壓U2′＝1 100 kV時，輸電線電流為I線′＝I2′＝＝5 A，所以輸電線上損耗的電壓為ΔU′＝I線′R＝50 V，故A正確，B錯誤；輸電線上損耗的電功率為ΔP′＝I線′2R＝250 W，故C正確，D錯誤。]
隨堂對點自測
1.A　[根據(jù)P＝UI得，輸電電壓升高為原來電壓的n倍時，輸電電流變?yōu)樵瓉淼谋?，根?jù)U損＝IR可知，輸電線上的電壓損耗為原來的，故A正確。]
2.B　[用戶獲得的功率為P得＝P－I2r＝P－r，故B正確。]
3.D　[輸送的功率一定時，因為輸出功率與輸入功率相等，可得輸電線上的電流為I＝，所以輸電線上損耗的功率為P損＝I2R＝R，故采用高壓輸電是為了減小輸電線上的電能損耗，故A錯誤，D正確；因為輸電線上有電壓損耗，所以升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，可知輸電線上的電流I≠，故B、C錯誤。](共53張PPT)
第四節(jié)　遠(yuǎn)距離輸電
第三章　交變電流
1.體會降低輸電損耗的兩個途徑，能分析計算高壓輸電的損耗情況。
2.能分析遠(yuǎn)距離輸電的基本過程，會對基本的遠(yuǎn)距離輸電線路進(jìn)行定量計算。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓(xùn)練
03
知識點
1
知識點二　高壓交流輸電　直流輸電
知識點一　遠(yuǎn)距離輸電中的電功率和電壓損耗
知識點一　遠(yuǎn)距離輸電中的電功率和電壓損耗
　　　如圖所示，假定發(fā)電廠輸送電壓為U送，輸送功率恒為P，兩條導(dǎo)線的總電阻為r(在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r)。思考：
(1)輸送電流多大？
(2)輸電線上損耗的電壓U損多大？
(3)輸電線上損耗的功率P損多大？
1.低壓直流輸電系統(tǒng)在輸電線路上存在很高的______損耗和______損耗。
2.輸電電路的電壓損耗
功率
電壓
3.輸電電路的功率損耗
4.減小電壓、功率損耗的方法
【思考】 遠(yuǎn)距離輸電遵循能量守恒定律，是否只要輸送足夠的能量，不必計較電線上的電壓損耗？
提示　否，必須減少電線上的電壓損耗，不然用戶接收不到足夠電壓，用電器無法正常工作。
例1 三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為50萬千瓦。
(1)若輸出的電壓為20萬伏，則輸電線上的電流為多少？
(2)在(1)情況下，某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐，則輸電線上損耗的功率為多少？
(3)若將輸出電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損耗的功率又為多少？
答案　(1)2 500 A　(2)1.25×108 W　(3)1 000 A　2×107 W
(2)輸電線上損耗的功率
P損＝I2·2r＝2 5002×2×10 W＝1.25×108 W。
(3)將輸出電壓升高至50萬伏時，
輸電線上損耗的功率
P損′＝I′2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W。
輸電線上損耗的功率不是由發(fā)電站輸出的功率決定的，在分析輸電線上損耗的功率問題時，一定要用輸電線上的電壓、電流、電阻進(jìn)行分析，要注意物理量間的對應(yīng)關(guān)系?！　?br/>訓(xùn)練1 某發(fā)電站輸出功率P＝2 000 kW，用電阻R＝20 Ω的輸電線向外輸送電能。如果用U＝10 kV的電壓輸電，輸電線上損耗的功率是多少？損耗的電壓是多少？如果改用U′＝100 kV的高壓輸電，輸電線上損耗的功率和電壓又是多少？
答案　800 kW　4 kV　8 kW　400 V
輸電線損耗的功率P損＝I2R＝2002×20 W＝800 kW
損耗的電壓U損＝IR＝200×20 V＝4 kV
改用U′＝100 kV高壓輸電后，輸電電流
輸電線損耗的功率P損′＝I′2R＝202×20 W＝8 kW
損耗的電壓U損′＝I′R＝20×20 V＝400 V。
知識點二　高壓交流輸電　直流輸電
1.高壓交流輸電
(1)基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用______變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過______變壓器降到所需的電壓。
(2)輸電方案：采用電能輸配電網(wǎng)。
升壓
降壓
2.解決遠(yuǎn)距離高壓交流輸電問題的基本方法
(1)首先應(yīng)畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖(如圖)，并將已知量和待求量寫在示意圖的相應(yīng)位置。
3.直流輸電
(1)優(yōu)點：避免輸電線路因電感導(dǎo)致的電能損耗。
(2)直流輸電示意圖。
例2 (2024·廣東湛江高二期中)如圖所示為某山區(qū)小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機(jī)輸出的電壓和輸電線路上的電阻恒定，用電器均為純電阻元件。當(dāng)用電高峰來臨時，下列判斷正確的是(　　)
A.用電器等效電阻R0變大
B.升壓變壓器T1的輸出電壓變大
C.降壓變壓器T2的輸出電壓不變
D.輸電線路總電阻R上消耗的功率變大
D
解析　用電高峰來臨時，用電器增多，用電器等效電阻R0減小，故A錯誤；由于升壓變壓器T1的輸入電壓一定，則輸出電壓一定，故B錯誤；用電器增多，輸電線中電流增大，降壓變壓器T2的輸入電壓等于U2－IR，可以判斷此電壓減小，則輸出電壓也減小，故C錯誤；用電器增多，輸電線中電流增大，根據(jù)P＝I2R知，輸電線路總電阻R上消耗的功率變大，故D正確。
例3 風(fēng)力發(fā)電作為新型環(huán)保能源，近年來得到了快速發(fā)展，如圖所示的風(fēng)車陣中發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220 V，輸電線總電阻為10 Ω，若輸電線因發(fā)熱而損耗的功率為輸送功率的4 %。
(1)畫出此輸電線路的示意圖；
(2)求升壓變壓器與降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比。
答案　(1)見解析圖　(2)1∶20　240∶11
解析　(1)此輸電線路的示意圖，如圖所示。
(2)輸電線因發(fā)熱而損耗的功率
P損＝P×4 %＝100 kW×4 %＝4 kW
升壓變壓器的輸出電壓
輸電線上的電壓損耗U損＝I2R線＝20×10 V＝200 V
降壓變壓器原線圈兩端電壓
U3＝U2－U損＝4 800 V
則降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比
訓(xùn)練2 (多選)我國特高壓輸電工程是目前世界上輸電電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來用110 kV的超高壓輸電，輸送功率為5 500 kW，輸電線路上損耗的功率為25 kW。在保持輸送功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)采用1 100 kV的特高壓輸電，不考慮其他因素的影響，下列說法正確的是(　　)
A.輸電線上損耗的電壓為50 V
B.輸電線上損耗的電壓為2 500 V
C.輸電線上損耗的電功率為250 W
D.輸電線上損耗的電功率為25 kW
AC
隨堂對點自測
2
A
1.(輸電線上的電壓損耗)遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的n倍，則輸電線上的電壓損耗為(　　)
B
D
3.(高壓輸電)(2024·廣東廣州高二期末)我國遠(yuǎn)距離輸送交流電用的電壓有110 kV、220 kV和330 kV，輸電干線已經(jīng)采用500 kV的超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到750 kV，遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖所示，若輸送的總功率為P，輸電電壓為U，輸電線的總電阻為R，則正確的是(　　)
課后鞏固訓(xùn)練
3
C
題組一　遠(yuǎn)距離輸電中的電功率和電壓損耗
1.(2024·廣東佛山高二月考)為了減小輸電線上電能的損耗，人們盡量把輸電線做的粗一點，這是因為導(dǎo)體的電阻與下列哪種因素有關(guān)(　　)
A.密度 B.質(zhì)量 C.橫截面積 D.長度
基礎(chǔ)對點練
AC
2.(多選)(2024·廣東深圳高二期末)某發(fā)電廠原來用11 kV的交流電壓輸電，后來改用升壓變壓器將電壓升高到220 kV輸電，輸送的電功率都是P，若輸電線路的電阻為R，則下列說法中正確的是(　　)
B
A
A.4U B.8U C.16U D.32U
D
題組二　高壓交流輸電　直流輸電
5.圖甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，圖乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時間變化的圖像，則(　　)
A.用戶使用的交變電流的頻率是100 Hz
B.發(fā)電機(jī)輸出交變電流的電壓有效值是500 V
C.輸電線上的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定
D.當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，輸電線上損耗的功率減小
AC
6.(多選)如圖所示，為一臺發(fā)電機(jī)通過升壓和降壓變壓器給用戶供電的示意圖。已知發(fā)電機(jī)的輸出電壓為250 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是1∶20，兩變壓器之間輸電導(dǎo)線的總電阻為4 Ω，向用戶供220 V交流電，若變壓器是理想變壓器，當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電功率為200 kW時。下列說法正確的是(　　)
A.遠(yuǎn)距離輸電損耗的電壓160 V
B.遠(yuǎn)距離輸電損耗的功率為640 W
C.降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為22∶1
D.若用戶用電器增多，則降壓變壓器輸出電壓增大
AC
7.(多選)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸電線的電阻、理想變壓器匝數(shù)均不變，且n1∶n2＝n4∶n3。當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(　　)
A.U1∶U2＝U4∶U3
B.用戶的電壓U4增大
C.輸電線上損耗的功率增大
D.用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率
D
8.(2024·廣東東莞高二期末)如圖所示的電網(wǎng)僅為3戶家庭供電模型，3戶各有功率P＝3 kW的用電器，采用兩種方式用電：方式一為同時用電1小時，方式二為錯開單獨(dú)用電各1小時。兩種方式用電時輸電線路總電阻損耗的電能分別為ΔE1、ΔE2，若用戶電壓恒為220 V，不計其他線路電阻，則(　　)
綜合提升練
BD
9.(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(rèn)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
10.如圖所示，某學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電設(shè)備，內(nèi)阻不計。升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝1∶4，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n3∶n4＝4∶1，輸電線總電阻為r＝4 Ω，其他導(dǎo)線電阻可忽略不計。全校有22間教室，每間教室安裝“220 V　40 W”的電燈6盞，要求所有教室的電燈都正常發(fā)光，求：
(1)輸電線上的電流；
(2)升壓變壓器的輸入電壓。
答案　(1)6 A　(2)226 V
解析　(1)所有電燈正常發(fā)光時消耗的功率為
P總＝40×6×22 W＝5 280 W＝P4
由于燈正常發(fā)光，因此降壓變壓器副線圈兩端的電壓為
U4＝220 V
所以降壓變壓器原線圈兩端的電壓為
(2)輸電線上損耗的電壓為
U損＝I線r＝6×4 V＝24 V
則升壓變壓器副線圈兩端的電壓為
U2＝U3＋U損＝880 V＋24 V＝904 V
則升壓變壓器原線圈兩端的電壓為
11.假設(shè)某校在后山修建了一座小型太陽能發(fā)電站給科技館供電，發(fā)電站最大輸出功率為P0＝9 kW，輸出電壓恒為U0＝500 V。已知輸電線的總電阻為R＝10 Ω，科技館工作電壓為U2＝220 V，求：
(1)輸出功率最大時，采用匝數(shù)比為1∶3的升壓變壓器進(jìn)行輸電，則輸電線功率損耗與直接輸電時的功率損耗之比；
(2)假設(shè)科技館某段時間消耗功率為P2＝2.64 kW，若不采用升壓變壓器輸電，為保障科技館用電設(shè)備正常工作，則科技館降壓變壓器的匝數(shù)比和發(fā)電站的輸出功率。
培優(yōu)加強(qiáng)練
答案　(1)1∶9　(2)2∶1　3 kW
則輸電電壓為3U0，此時輸電線功率損耗為
(2)設(shè)降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為k，副線圈電流為
故降壓變壓器原線圈電壓為U1＝kU2＝220k V
故發(fā)電廠輸出功率為P＝P損＋P2＝3 kW。

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