（新課標）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.2 交變電流 3.2.4 電能的輸送學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、 3.2.4　電能的輸送 學(xué)習(xí)目標 核心提煉 1.知道電能輸送的基本要求及電網(wǎng)供電的優(yōu)點。 3個輸電基本要求——可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟 2個降低電損的途徑—— 3個輸電回路— 2.知道遠距離輸電時輸電線的損失與哪些因素有關(guān)，理解高壓輸電的道理。 3.知道遠距離輸電線路的基本構(gòu)成，會對簡單的遠距離輸電線路進行定量計算。 一、降低輸電損耗的兩個途徑 1.輸送電能的基本要求 2.降低輸電損耗的兩個途徑 (1)輸電線上的功率損失：ΔP＝I2r，I為輸電電流，r為輸電線的電阻。 (2)降低輸電損耗的兩個途徑 ①減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下，為了減小電阻，應(yīng)當選

2、用電阻率小的金屬材料，還要盡可能增加導(dǎo)線的橫截面積。 ②減小輸電導(dǎo)線中的電流：為減小輸電電流，同時又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高輸電電壓。 思考判斷 (1)輸電線上電功率的損失，與輸電線的電阻成正比，與輸電電流的平方成正比。(√) (2)由P＝可知，輸電電壓越小，輸電線上的損失就越小。(×) (3)由P＝I2r可知，減小輸電線的電阻和降低輸電電流可減小輸電損失。(√) (4)高壓輸電是通過提高電壓，減小輸電電流來減少電路發(fā)熱損耗的。(√) 二、電網(wǎng)供電 1.遠距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓。

3、 2.電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)。 3.電網(wǎng)輸電的優(yōu)點 ①降低一次能源的運輸成本，獲得最大經(jīng)濟效益。 ②減小斷電的風(fēng)險，調(diào)節(jié)不同地區(qū)電力供求的平衡，保障供電的質(zhì)量。 ③合理調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。 思考判斷 (1)使用變壓器進行遠距離輸電，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓。(√) (2)遠距離輸電時，若升壓變壓器匝數(shù)比為1∶n，降壓變壓器匝數(shù)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相等。(×) (3)電廠與用戶離得越遠，用戶得到的交流電的頻率比電廠發(fā)出的交流電的頻率小得越多。

4、(×) (4)遠距離輸電時，輸送電壓越高越好。(×) 　降低輸電損耗的兩個途徑 [要點歸納] 減小輸電線路上功率損失的方法主要有兩種 (1)減小輸電線的電阻R。根據(jù)R＝ρ可知： ①減小輸電線長度l：由于輸電距離一定，所以在實際中不可能用減小l來減小R。 ②減小電阻率ρ：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導(dǎo)線材料。 ③增大導(dǎo)線的橫截面積S：這要耗費更多金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難。 (2)減小輸電電流I。根據(jù)I＝可知： ①減小輸送功率P：在實際中不能以用戶少用或不用電來達到減少損耗的目的。 ②提高輸電電壓U：在輸送功率P一定，輸電線電阻R一定的條件下

5、，輸電電壓提高到原來的n倍，據(jù)P損＝R知，輸電線上的功率損耗將降為原來的。故采用高壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經(jīng)濟的措施。 [易錯提醒] (1)輸電電壓是指加在高壓輸電線起始端的電壓U，損失電壓是指降落在輸電線路上的電壓ΔU＝IR。 (2)輸送功率是指高壓輸電線起始端輸出的功率，損失功率是輸電線上消耗的功率。 (3)無論從減少輸電線路上的功率損失，還是減小電壓損失來看，都要求提高輸電電壓，以減小輸電電流。 [精典示例] [例1] 中國已投產(chǎn)運行的1 000 kV特高壓輸電，是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來用500 kV的超高壓輸電，在保持輸送電功率和輸電

6、線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1 000 kV特高壓輸電，不考慮其他因素的影響。則(　　) A.輸電電流變?yōu)樵瓉淼?倍 B.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉淼?倍 C.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉淼? D.輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼? 解析　根據(jù)輸送電功率P輸＝U輸I輸及P輸不變，可知，輸電電流I輸＝∝，當U輸變?yōu)樵瓉淼?倍時，I輸變?yōu)樵瓉淼模x項A錯誤；輸電線上降落的電壓U降＝I輸R線∝I輸，所以，當輸電電流變?yōu)樵瓉淼臅r，輸電線上降落的電壓也變?yōu)樵瓉淼模x項B錯誤，C正確；輸電線上損耗的電功率P損＝IR線∝I，所以輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼?，選項D錯誤。 答案　C 輸電線

7、上電壓和功率損失的計算方法 (1)U損＝IR線＝R線＝U－U用戶。 (2)P損＝I2R線＝R線＝P－P用戶?！　　　　　? [針對訓(xùn)練1] (多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線總電阻為R線，通過輸電線的電流為I，學(xué)校輸入電壓為U2，下列計算輸電線功率損耗的式子中，正確的是(　　) A. B. C.I2R線 D.I(U1－U2) 解析　輸電線功率損耗P損＝I2R線＝＝IU線，其中U線＝U1－U2，故選項B、C、D正確。 答案　BCD 　遠距離輸電 [要點歸納] 1.輸電過程示意圖 2.高壓輸電過程的幾個電壓的區(qū)別 (1)輸送電壓：輸電線始端電壓

8、，如圖中的U2。 (2)用戶電壓：最終用戶得到的電壓，如圖中的U4。 (3)損失電壓 ①表示形式：輸電線始端電壓與末端電壓的差值即ΔU＝U2－U3＝I2R。 ②形成原因：輸電線上的電壓損失原因是輸電導(dǎo)線有電阻，電流通過輸電線時，會在線路上產(chǎn)生電勢降落，致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低。 高壓輸電過程示意圖 3.輸電過程的幾個基本關(guān)系 (1)功率關(guān)系：P1＝P2，P2＝P線＋P3，P3＝P4。 (2)電壓關(guān)系：＝，U2＝U線＋U3，I2＝I3＝I線， ＝。 (3)電流關(guān)系：＝，I2＝I線＝I3，＝。 (4)輸電電流：I線＝＝＝。 (5)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率：

9、 P線＝I線U線＝IR線＝R線。 [精典示例] [例2] 發(fā)電機兩端的電壓為220 V，輸出功率44 kW，輸電導(dǎo)線的總電阻為0.2 Ω，如果用原、副線圈匝數(shù)比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶。 (1)畫出全過程的線路示意圖； (2)求用戶得到的電壓和功率； (3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率。 解析　(1)線路示意圖如圖所示。 (2)由圖可知，升壓變壓器副線圈兩端的輸出電壓U2＝U1＝2 200 V。據(jù)理想變壓器P入＝P出，則升壓變壓器副線圈的輸出電流I2＝＝ A＝20 A，輸電線上的功率損

10、失和電壓損失分別為 P損＝IR線＝202×0.2 W＝80 W。 U損＝I2R線＝20×0.2 V＝4 V。 所以降壓變壓器原線圈的輸入電壓和電流為 U3＝U2－U損＝2 200 V－4 V＝2 196 V， I3＝I2＝20 A。 降壓變壓器副線圈的輸出電壓和電流為 U4＝U3＝×2 196 V＝219.6 V， I4＝I3＝10×20 A＝200 A。 用戶得到的功率為 P4＝U4I4＝219.6×200 W＝4.392×104 W。 (3)若直接用220 V低壓供電， 線圈示意圖如圖所示， 則輸電電流I′＝＝ A＝200 A。 輸電線路上的電壓損失 ΔU

11、′＝I′R線＝200×0.2 V＝40 V。 所以用戶得到的電壓 U2′＝U1－ΔU′＝220 V－40 V＝180 V， 用戶得到的功率為 P′＝U2′I′＝180×200 W＝3.6×104 W。 答案　(1)見解析圖　(2)219.6 V　4.392×104 W (3)180 V　3.6×104 W 遠距離輸電問題的四個關(guān)鍵 (1)畫出一個模型——遠距離輸電模型圖。 (2)抓住輸電的兩端——電源和用電器。 (3)分析兩條導(dǎo)線——輸電導(dǎo)線。 (4)研究兩次電壓變換——升壓和降壓。 [針對訓(xùn)練2] 如圖1為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的

12、原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓u＝Umsin ωt的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為(　　) 圖1 A.() B.() C.4()2()2r D.4()2()2r 解析　T的輸入電壓U1＝，則P＝U1I1，I1＝＝，又因為＝，所以I2＝I1＝，則輸電線上損失的電功率P損＝I·2r＝4r，選項C正確。 答案　C 1.(輸電線上的電能損失)在遠距離輸電過程中，為減少輸電線路上的電能損失，可采用的最佳方法是(　　) A.使輸電線粗一些 B.減小輸電線長度 C.減少通電時間 D.

13、采用高壓輸電 解析　從造成電能損失的原因分析，要減少電能損失，需要減小電阻、減小輸電電流，減小電阻已達到目前技術(shù)的極限了，因此，應(yīng)當采用高壓輸電，減小輸電電流。故選項D正確。 答案　D 2.(輸電線上的損耗)(多選)某發(fā)電廠原來用11 kV的交變電壓輸電，后來改用升壓變壓器將電壓升到220 kV輸電，輸送的電功率都是P。若輸電線路的電阻為R，則下列說法正確的是(　　) A.根據(jù)公式I＝，提高電壓后輸電線上的電流降為原來的 B.根據(jù)公式I＝，提高電壓后輸電線上的電流增為原來的20倍 C.根據(jù)公式P損＝I2R＝R，提高電壓后輸電線上的功率損失減為原來的 D.根據(jù)公式P＝，提高電壓后輸

14、電線上的功率損耗將增大為原來的400倍 解析　輸電線上電流為I＝，也可以用I＝來表示，其中ΔU為輸電線上電阻R兩端的電壓，而不是輸送電壓，選項A正確，B錯誤；輸電線上的功率損失為P損＝I2R＝R，選項C正確；如果用P損＝，則U應(yīng)為R上的分壓ΔU，選項D錯誤。 答案　AC 3.(遠距離輸電)如圖2所示為遠距離交流輸電的簡化電路圖。發(fā)電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端的電壓為U1。在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為I2。則(　　) 圖2 A.用戶端的電壓為 B.輸電線上的電壓降為U C.理想變壓器的輸入功率為Ir

15、 D.輸電線路上損失的電功率為I1U 解析　理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，則有I1U1＝I2U2，得出U2＝，故選項A正確；發(fā)電廠的輸出電壓是U，由歐姆定律可知，輸電線上的電壓降為I1r，故選項B錯誤；輸電線上損失的電功率為Ir，故選項C、D錯誤。 答案　A 4.(遠距離輸電)如圖3甲是遠距離輸電線路示意圖，圖乙是用戶端電壓隨時間變化的圖象，則(　　) 圖3 A.發(fā)電機產(chǎn)生的交流電的頻率是100 Hz B.降壓變壓器輸出的電壓有效值是340 V C.輸電線的電流僅由輸送功率決定 D.僅增加升壓變壓器的副線圈匝數(shù)，其他條件不變，輸電線損失的功率減小 解析　由乙圖可知交

16、流電的周期T＝0.02 s，則頻率f＝＝50 Hz，變壓器不改變交流電的周期與頻率，則選項A錯誤；由乙圖可知Um＝340 V，有效值U＝＜340 V，則選項B錯誤；輸電線的電流由輸送功率和輸送電壓共同決定，則選項C錯誤；當僅增加升壓變壓器的副線圈匝數(shù)時，則輸電電壓增大，由P＝UI可知，輸電電流減小，再由P＝I2R可知輸電線上損失的功率減小，則選項D正確。 答案　D 基礎(chǔ)過關(guān) 1.輸電導(dǎo)線的電阻為R，輸送電功率為P?，F(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為(　　) A.U1∶U2 B.U∶U C.U∶U D.U2∶U1 解析　由P＝UI，P損＝

17、I2R可得P損＝，所以輸電線上損失的功率與輸送電壓的二次方成反比，選項C正確。 答案　C 2.以下關(guān)于電能輸送的分析，正確的是(　　) A.由公式P＝知，輸電電壓越高，輸電線上功率損失越少 B.由公式P＝知，輸電導(dǎo)線電阻越大，輸電線上功率損失越少 C.由公式P＝I2R知，輸電電流越大，輸電導(dǎo)線上功率損失越大 D.由公式P＝UI知，輸電導(dǎo)線上的功率損失與電流成正比 解析　輸電線損失的功率ΔP＝I2R，故選項C正確；A中的U不能用輸電電壓，因U＝ΔU＋U3，ΔU為輸電線損失的電壓，U3為用戶端電壓或降壓變壓器的初級電壓，故選項A、B、D錯誤。 答案　C 3.夏天由于用電器的增多，

18、每年夏天都會出現(xiàn)“用電荒”，只好拉閘限電。若某發(fā)電站在供電過程中，用電高峰時輸電的功率是正常供電的2倍，輸電線電阻不變，下列說法正確的是(　　) A.若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電電流為正常供電時的2倍 B.若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電線上損失的功率為正常供電時的2倍 C.若用電高峰時的輸送電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電電流為正常供電時的4倍 D.若用電高峰時的輸送電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電線損失的功率為正常供電時的4倍 解析　高壓輸電時P＝UI，I是輸送電路上的電流。用電高峰時，若輸送電壓不變，則I為正常時的2倍，選項A正確；輸電線上的熱耗功率ΔP＝I2R線，則熱

19、耗功率變?yōu)檎r的4倍，選項B錯誤；用電高峰時，若輸送電壓加倍，則I不變，與正常時相同，選項C錯誤；由ΔP＝I2R線知，熱耗功率不變，選項D錯誤。 答案　A 4.(多選)在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導(dǎo)線的電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為l，輸電線損失的功率為ΔP，用戶得到的功率為P′，則下列關(guān)系式正確的是(　　) A.ΔP＝ B.ΔP＝ C.P′＝P－ D.P′＝P 解析　輸電線電阻為R線＝ρ，輸電電流為I＝，故輸電線上損失的電功率為ΔP＝I2R線＝·ρ＝，用戶得到的電功率為P′＝P－ΔP＝P。 答案　BD 5.(多選)遠距離輸送一定功率的交變電流，

20、若輸送電壓升高為原來的n倍，關(guān)于輸電線上由電阻造成的電壓損失和功率損失的說法正確的是(　　) A.輸電線上的功率損失是原來的 B.輸電線上的功率損失是原來的 C.輸電線上的電壓損失是原來的 D.輸電線上的電壓損失是原來的n倍 解析　由P＝UI知，當輸送的功率P一定，電壓升高為原來的n倍時，輸電電流I′＝＝＝I；又P損＝I2R線，所以輸電線上的功率損失P損′＝I′2R線＝P損，即選項B正確，A錯誤；輸電線上的電壓損失U損′＝I′R線＝IR線＝U損，選項C正確，D錯誤。 答案　BC 6.(多選)發(fā)電機的路端電壓為U，經(jīng)電阻為r的輸電線向遠處的用戶供電，發(fā)電機的輸出功率為P，則(　　)

21、 A.輸電線上的電流為 B.輸電線上的功率損失為 C.用戶得到的功率為P－r D.用戶得到的電壓為 解析　由題知，其供電原理如圖所示，由P＝UI得輸電線上的電流為，選項A正確；輸電線上的功率損失為ΔP＝I2r＝r，選項B錯誤；用戶得到的功率P用＝P－I2r＝P－r，選項C正確，D錯誤。 答案　AC 7.(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖1所示，發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2。降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)。要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則(　　) 圖1 A.＞

22、 B.＜ C.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D.升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 解析　由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，故選項D正確；＝，＝，因為U1＝200 V＜U4＝220 V，U2＞U3＝U2－U線，故＞，選項A正確。 答案　AD 能力提升 8.(多選)如圖2為遠距離輸電示意圖，發(fā)電機的輸出電壓U1和輸電線的電阻、理想變壓器匝數(shù)均不變，且n1∶n2＝n4∶n3。當用戶用電器的總電阻減少時(　　) 圖2 A.U1∶U2＝U4∶U3 B.用戶的電壓U4增加 C.輸電線上的損失功率增大 D.用戶消耗

23、的功率等于發(fā)電機的輸出功率 解析　根據(jù)＝，＝以及n1∶n2＝n4∶n3，知U1∶U2＝U4∶U3，故選項A正確；用戶用電器總電阻減小，則電流增大，所以輸電線上的電流增大，根據(jù)P損＝I2R知，輸電線上損耗的功率增大，根據(jù)ΔU＝IR知，輸電線上的電壓損失變大，發(fā)電機的輸出電壓不變，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，故選項C正確，B錯誤；用戶消耗的功率等于發(fā)電機的輸出功率與輸電線上損失的功率之差，故選項D錯誤。 答案　AC 9.隨著社會發(fā)展，人類對能源的需求日益增加，節(jié)能變得愈加重要。甲、乙兩地采用電壓U進行遠距離輸電，輸電線上損耗的電功率為輸入總功率的

24、k(0

25、電時，下列說法中正確的是(　　) 圖3 A.若電站的輸出功率突然增大，則降壓變壓器的輸出電壓減小 B.若電站的輸出功率突然增大，則升壓變壓器的輸出電壓增大 C.輸電線損耗比例為5%時，所用升壓變壓器的匝數(shù)比＝ D.用800 kV高壓輸電，輸電線損耗功率為8 000 W 解析　由＝知U1不變時，U2也不變，選項B錯誤；由U3＝U2－R知，電站的輸出功率突然增大，U3減小，又＝，故U4也減小，選項A正確；I1＝＝400 A，I2＝＝25 A，＝＝＝，選項C正確；用800千伏高壓輸電，即U2′＝800千伏，I2′＝＝125 A，ΔP′＝I2′2R＝1.25×102 kW，選項D錯誤。

26、 答案　AC 11.(2018·煙臺高二檢測)某發(fā)電站通過燃燒煤來發(fā)電。發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶，發(fā)電機輸出功率是120 kW，輸出電壓是240 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶25，輸電線的總電阻為10 Ω，用戶需要的電壓為220 V。則： (1)輸電線上損失的電功率為多少？ (2)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？ 解析　(1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律 ＝得輸電電壓 U2＝U1＝×240 V＝6 000 V 輸電電流I2＝＝ A＝20 A 輸電線上損失的功率ΔP＝Ir＝202×10 W＝4 000 W。 (2)輸電線上

27、損失的電壓 ΔU＝I2r＝20×10 V＝200 V 降壓變壓器原線圈兩端的電壓 U3＝U2－ΔU＝6 000 V－200 V＝5 800 V 根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得 ＝＝＝。 答案　(1)4 000 W　(2) 12.如圖4所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率為10 kW，輸出電壓為400 V，向距離較遠的用戶供電，為了減少電能損耗，使用2 kV高壓輸電，最后用戶得到“220 V　9.5 kW”的電能，求： 圖4 (1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比； (2)輸電線路導(dǎo)線電阻R； (3)用戶降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比。 解析　(1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比 ＝＝＝。 (2)由P損＝IR，輸送電流取決于輸送電壓及輸送功率，有I2＝ 所以R＝＝＝ Ω＝20 Ω。 (3)降壓變壓器原線圈上電壓為U3， U3＝U2－I2R＝(2 000－5×20) V＝1 900 V 所以降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為＝＝＝ 答案　(1)　(2)20 Ω　(3) 15