2018-2019学年粤教版选修3-2第二章7远距离输电学案

第三节课远距离输电一、从发电站到用户的输电线路远距离输电过程：发电机输出的电压通过变压器升高到几十万伏，然后进行远距离输电．当电能被输送到用电区域后，再用变压器将电压降低．二、为什么要用高压输电减小电能损失的方法有两种：()减小导线的电阻．()减小输电导线中的电流，即提高输电的电压．三、直流输电：现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然是交变电流．一、降低输电损耗的两个途径[问题设计]如下图，假定输电线路中的电流是，两条导线的总电阻是，在图中导线电阻集中画为，输送功率为，发电厂输出的电压为.那么：图()远距离大功率输电面临的困难是什么？()输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？()为什么远距离输电必须用高压呢？答案()在输电线上有功率损失．()由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一局部电能转化为电热而损失掉了．这是输电线上功率损失的主要原因．功率损失表达式：＝，所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻；②减小输电电流.()因为发电厂的输出功率是一定的，由＝得，要减小输电电流，必须提高输出电压.[要点提炼]输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为，电流为)．电压损失输电线始端电压与输电线末端电压′的差值．＝－′＝.．功率损失()远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率＝.()假设输电线上损失的电压为，那么功率损失还可以表示为＝，＝Δ·.．减小电压、功率损失的方法()减小输电线的电阻由＝ρ可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻．()减小输电电流由＝可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．[延伸思考]为什么在用电顶峰期家中的白炽灯灯光较暗？答案用电顶峰期到用户家中的输电线电流较大，输电线上损失的电压＝较大，用户得到的电压－变低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗．二、远距离输电电路中的各种关系[问题设计]某发电站向远处送电的示意图如下图，其中各局部的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路．升压变压器降压变压器图()结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、、、、线圈的电阻均忽略不计)．()每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案()第一个回路：＝第二个回路：＝＋，＝＋＝＋第三个回路：＝()假设两个变压器为理想变压器，那么有：＝、＝、＝；＝、＝、＝.[要点提炼]远距离输电问题的分析．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，并将量和待求量写在电路图的相应位置(参考图)．．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．．综合运用下面三方面的知识求解()能量守恒：＝＝＝用户＋＝用户＝＝.()电路知识：＝＋＝()变压器知识：＝＝.其中＝，＝往往是解题的切入点．一、输电线上功率损失的计算例三峡电站某机组输出的电功率为万千瓦．()假设输出的电压为万伏，那么输电线上的电流为多少？()某处与电站间每根输电线的电阻为欧，那么输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？()假设将电压升高至万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？解析()由＝得＝＝)＝()输电线上损失的功率＝·＝××＝×损失功率与输出功率之比为＝＝()将电压升高至万伏时，′＝＝)＝输电线上损失的功率Δ′＝′·＝××＝×损失功率与输出功率之比为＝＝答案()()×()×二、远距离输电问题例发电机的输出电压为，输出功率为，输电导线的电阻为Ω，如果用原、副线圈匝数之比为∶的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为∶的降压变压器降压供应用户，那么：()画出全过程的线路示意图；()求用户得到的电压和功率；()假设不经过变压而直接将电送到用户，求用户得到的电压和功率．解析()示意图如下图()升压变压器的输出电压＝＝×＝根据升压变压器输出功率等于输入功率知，升压变压器输出电流为)＝输电线路上的电压损失和功率损失分别为×＝×＝降压变压器上的输入电流和输入电压分别为＝－＝－＝降压变压器上的输出电压和输出电流分别为×＝×＝用户得到的功率为＝＝×＝×()假设不采用高压输电，用低压直接供电时，电路如下图，那么输电电流＝＝＝，输电线路上的电压损失′＝＝×＝所以用户得到的电压为用户得到的功率为答案()见解析图′＝′＝×＝×()×()×第四节课远距离输电习题课．(输电线上功率损失的计算)(单项选择)中国已投产运行的特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用的超高压输电，输电线上损耗的电功率为.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用特高压输电，假设不考虑其他因素的影响，那么输电线上损耗的电功率将变为()．．答案．(输电线上功率损失的计算)(双选)在远距离输电时，输送的电功率为，输送电压为，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为，总长度为，输电线损失的电功率为′，用户得到的电功率为用，那么′、用的关系式正确的选项是()．′＝．′＝．用＝－．用＝(－)答案．(远距离输电问题)(双选)在如下图的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，以下说法中正确的有()图．升压变压器的输出电压增大．降压变压器的输出电压增大．输电线上损耗的功率增大．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大答案题组一减小输电损失的途径(单项选择)中央电视台?焦点访谈?屡次报导某些遥远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有()．提高输送功率．增大输送电流．提高输电电压．减小输电导线的横截面积答案．(双选)如下图为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，以下表述正确的选项是()图．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小．高压输电一定是电压越高越好，所以我们要尽可能地提高输送电压答案．(单项选择)输电线路的总电阻为，发电站输出功率为，输电电压为，那么用户得到的功率为()．．－()·．－．()·答案．(单项选择)发电厂发电机的输出电压为，发电厂至用户的输电导线的总电阻为，通过输电导线的电流为，输电线末端的电压为，下面选项不能．．表示输电导线上损耗的功率的是()．．(－)答案(单项选择)输电导线的总电阻为，输送电功率为.现分别用和两种电压来输电，那么两次输电线上损失的功率之比为()．∶．∶．∶．∶答案．(双选)某发电厂原来用的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到输电，输送的电功率都是.假设输电线路的电阻为，那么以下说法中正确的选项是()．根据公式＝，提高电压后输电线上的电流降为原来的．根据公式＝，提高电压后输电线上的电流增为原来的倍．根据公式损＝＝，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的．根据公式损＝，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的倍答案题组三远距离输电问题．(双选)某小型水电站的电能输送示意图如下图，发电机的输出电压为，输电线总电阻为，升压变压器原、副线圈匝数分别为、.降压变压器原、副线圈匝数分别为、(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为的用电器正常工作，那么()图><．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案(单项选择)某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过发电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器．经变压器降压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电顶峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时()①升压变压器的副线圈的电压变大②高压输电线路的电压损失变大③降压变压器的副线圈上的电压变大④降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大．①②．②③．③④．②④答案．(双选)一台发电机最大输出功率为，电压为，经变压器1升压后向远方输电，输电线路总电阻线＝Ω，到目的地经变压器降压，负载为多个正常发光的灯泡(、)．假设在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的，变压器和的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，那么()．原、副线圈电流分别为103和．原、副线圈电压分别为×和．和的变压比分别为∶和∶．有×盏灯泡(、)正常发光答案．某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是，输出电压是，升压变压器原、副线圈的匝数之比为∶，输电线的总电阻为Ω，用户需要的电压为．那么：()输电线上损失的电功率为多少？()降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？答案()()解析()根据理想变压器的变压规律＝得输电电压＝＝×＝输电电流＝＝)＝输电线上损失的功率＝＝×＝.()输电线上损失的电压＝＝×＝降压变压器原线圈两端的电压＝－＝－＝根据理想变压器的变压规律得：＝＝)＝.．发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)．()画出上述输电全过程的线路图；()假设发电机的输出功率是，输出电压是，升压变压器的原、副线圈的匝数比为∶，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；()在()中条件下假设输电导线中的电功率损失为输入功率的，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；()计算降压变压器的输出功率．答案()见解析图()() Ω()解析()或()对升压变压器，据公式＝，有＝＝×＝)＝()损＝线，损＝所以：线＝＝)Ω＝Ω因为＝－＝线所以＝－线＝(－×)＝()＝－＝＝×＝＝.损人生最大的幸福，莫过于连一分钟都无法休息零碎的时间实在可以成就大事业珍惜时间可以使生命变的更有价值时间象奔腾澎湃的急湍，它一去无返，毫不流连一个人越知道时间的价值，就越感到失时的痛苦得到时间，就是得到一切用经济学的眼光来看，时间就是一种财富时间一点一滴凋谢，犹如蜡烛漫漫燃尽我总是感觉到时间的巨轮在我背后奔驰，日益迫近夜晚给老人带来平静，给年轻人带来希望不浪费时间，每时每刻都做些有用的事，戒掉一切不必要的行为时间乃是万物中最珍贵的东西，但如果浪费了，那就是最大的浪费我的产业多么美，多么广，多么宽，时间是我的财产，我的田地是时间时间就是性命，无端的空耗别人的时间，知识是取之不尽，用之不竭的。

第7节远距离输电本节教材分析三维目标一、知识目标1、知道“便于远距离输送”是电能的优点之一．知道输电的过程．了解远距离输电的原理．2、理解各个物理量的概念及相互关系．3、充分理解；；中的物理量的对应关系．4、知道什么是输电导线上的功率和电压损失和如何减少功率和电压损失.5、理解为什么远距离输电要用高压.二、能力目标1、培养学生的阅读和自学能力．2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考．3、通过远距离输电原理分析，具体计算及实验验证的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算和实验．三、情感目标1、通过对我国远距离输电挂图展示，结合我国行政村村村通电报导及个别违法分子偷盗电线造成严重后果的现象的介绍，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民．2、教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯．教学重点(1)理论分析如何减少输电过程的电能损失。

(2)远距离输电的原理。

教学难点远距离输电原理图的理解。

教学建议1、对于电路上的功率损失，可根据学生的实际情况，引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论．2、讲解电路上的电压损失，是本教材新增加的．目的是希望学生对输电问题有更全面、更深人和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面．但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深人讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析．教学中要注意掌握好分寸．3、学生常常容易将导线上的电压损失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论．可引导学生进行讨论，澄清认识．这里要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，形快而实慢．4、课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好．希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法．新课导入设计导入一幻灯显示①为什么要进行远距离输电？②输电过程主要考虑什么问题？③为什么输电过程有电能损失？④减少电能损失有什么方法，各适用于什么情况？在学生个别提问相互补充的基础上完整答案如下①由于电站、电厂利用能源的特殊性，它发出的电常常要输送给距离甚远的用户。

高中物理第二章交变电流第七节远距离输电学案粤教版选修320730191第七节远距离输电[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解远距离高压输电的原理.2.理解输电线上电能损失的影响因素．科学思维：1.体会降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况.2.能分析远距离输电的基本过程，会对基本的远距离输电线路进行定量计算.3.体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计基本的供电框架图．一、从发电站到用户的输电线路1．输电线路：由发电站、升压变压所、输电导线、高压变电所、低压变电所和用户组成．2．示意图二、为什么要用高压输电1．输电线上的功率损失：ΔP＝I2R，其中I为输电电流，R为输电导线的电阻．2．减少电能损失的两种方法(1)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)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．三、直流输电1．高压直流输电的原因：高压交流线路中电感、电容引起的电能损失很大，因此采用高压直流输电．2．直流输电过程1．判断下列说法的正误．(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比．( √ )(2)由P ＝U 2r可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小．( × )(3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压．( √ ) (4)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n ，降压变压器匝数比为n ∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等．( × )2．输电线的总电阻为R ，输送电功率为P .现分别用U 1和U 2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为________________． 答案 U 22∶U 12一、降低输电损耗的两条途径如图所示，假定发电厂输出的电压为U ，输送功率为P ，输电线路中的电流是I ，两条导线的总电阻是r (在图中把导线电阻集中画为r )．那么：(1)用户两端的电压是多大？(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？(3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？答案 (1)U ′＝U －ΔU ＝U －PUr .(2)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和．(3)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因．功率损失表达式：ΔP ＝I 2r ＝P 2U2r ，所以降低功率损耗的两条途径为：①减小输电线的电阻r ；②减小输电电流I ，即提高输送电压U .如图1所示：图11．输电线上的电压损失 ΔU ＝U －U ′＝Ir ＝PUr . 2．输电线上的功率损失(1)ΔP ＝I 2r ，其中I 为输电线上的电流，r 为输电线的电阻． (2)ΔP ＝ΔU ·I 或ΔP ＝(ΔU )2r，其中ΔU 为输电线上的电压损失．3．减少电压损失和功率损失的方法(1)减小输电线的电阻r ，根据r ＝ρL S，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S ，但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 ＝P U，在输送功率P 一定，输电线电阻r 一定的条件下，输电电压提高到原来的n 倍，输送电流可减为原来的1n ，输电线上的功率损耗将降为原来的1n2.例1 三峡水电站某机组输出的电功率为50万千瓦． (1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？ 答案 (1)2500A (2)1.25×108W 14(3)1000A 2×107W125解析 (1)由P ＝UI 得I ＝P U ＝5×108W2×105V＝2500A.(2)输电线上损失的功率ΔP ＝I 2·2r ＝25002×2×10W＝1.25×108W 损失功率与输出功率之比为ΔP P ＝1.25×108W 5×108W ＝14. (3)将电压升高至50万伏时，I ′＝P U ′＝5×108W5×105V＝1000A输电线上损失的功率ΔP ′＝I ′2·2r ＝10002×2×10W＝2×107W 损失功率与输出功率之比为ΔP ′P ＝2×107W 5×108W ＝125. 例2 (多选)发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电线总电阻为R 线，通过输电线的电流为I ，学校输入电压为U 2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是( )A.U 12R 线B.(U 1－U 2)2R 线C ．I 2R 线 D ．I (U 1－U 2)答案 BCD解析 输电线功率损耗P 损＝I 2R 线＝U 线2R 线＝IU 线，其中U 线＝U 1－U 2，故B 、C 、D 正确．提示 P 损＝I 2r ＝(ΔU )2r＝ΔU ·I .式中必须注意，ΔU 为输电线路上的电压损失，而不是输电电压．二、远距离高压输电电路中的各种关系某发电站向远处送电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路．(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n 1、n 2、n 3、n 4线圈的电阻均忽略不计)．(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？ 答案 (1)第一个回路：P 1＝U 1I 1第二个回路：U 2＝ΔU ＋U 3，P 2＝ΔP ＋P 3＝I 线2R ＋P 3 第三个回路：P 4＝U 4I 4.(2)U 1U 2＝n 1n 2、I 1I 2＝n 2n 1、P 1＝P 2；U 3U 4＝n 3n 4、I 3I 4＝n 4n 3、P 3＝P 4.解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律． 1．画图、理清三个回路(如图2所示)图2回路1：P 1＝U 1I 1回路2：U 2＝ΔU ＋U 3，P 2＝ΔP ＋P 3＝I 22R 线＋P 3，I 2＝I 3回路3：P 4＝U 4I 4. 2．抓住两个联系(1)理想升压变压器联系回路1和回路2， 即U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1，P 1＝P 2.(2)理想降压变压器联系回路2和回路3， 即U 3U 4＝n 3n 4，I 3I 4＝n 4n 3，P 3＝P 4. 3．掌握一个定律根据能量守恒定律得P 2＝ΔP ＋P 3.例3 发电机两端的电压为220V ，输出功率44kW ，输电导线的总电阻为0.2Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户． (1)画出全过程的线路示意图； (2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率． 答案 (1)见解析图 (2)219.6V 4.392×104W (3)180V 3.6×104W解析(1)线路示意图如图所示．(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U 2＝n 2n 1U 1＝2 200 V ．据理想变压器P 入＝P 出，则升压变压器副线圈的输出电流I 2＝P U 2＝44×1032 200A ＝20 A ，输电线上的功率损失和电压损失分别为P 损＝I 22R 线＝202×0.2 W＝80 W ， U 损＝I 2R 线＝20×0.2 V＝4 V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为U 3＝U 2－U 损＝2 200 V －4 V ＝2 196 V ， I 3＝I 2＝20 A.降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为U 4＝n 4n 3U 3＝110×2 196 V＝219.6 V ，I 4＝n 3n 4I 3＝10×20 A＝200 A.用户得到的功率为P 4＝U 4I 4＝219.6×200 W＝4.392×104 W.(3)若直接给用户供电，线路示意图如图所示，则输电电流I ′＝P U 1＝44×103220A ＝200 A.输电线路上的电压损失ΔU ′＝I ′R 线＝200×0.2 V＝40 V. 所以用户得到的电压U 2′＝U 1－ΔU ′＝220 V －40 V ＝180 V.用户得到的功率为P ′＝U 2′I ′＝180×200 W＝3.6×104 W.针对训练 (多选)(2018·东江高级中学高二下学期月考)如图3所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500V ，输出的电功率为50kW ，用总电阻为3Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220V 供用户使用(两个变压器均为理想变压器)．对整个送电过程，下列说法正确的是( )图3A ．输电线上的损失功率为300WB ．升压变压器的匝数比为1∶100C ．降压变压器的输入电压为4970VD ．降压变压器的匝数比为100∶1 答案 AC解析输电线上损失功率为P 损＝P ×0.6%＝50 kW×0.6%＝300 W ，A 项正确；输电线上的电流为I 2＝P 损R ＝3003 A ＝10 A ，升压变压器副线圈两端的电压为U 2＝P I 2＝50×10310V ＝5×103V ，由U 1U 2＝n 1n 2得，n 1n 2＝110，B 项错误；输电线上损失的电压为U 损＝I 2R ＝10×3 V＝30 V ，降压变压器输入电压为U 3＝5 000 V －30 V ＝4 970 V ，C 项正确．由U 3U 4＝n 3n 4得n 3n 4≈22.6，D 项错误．1．(输电线上功率损失的计算)(2017·南京市学情调研卷)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区．为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的( ) A.110B.1100C.11000D.110000 答案 B解析 根据P ＝UI 可得I ＝P U，则输电线路上损失的功率ΔP ＝I 2R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2R ，输送电压提高到原来的10倍，则损失的功率变为原来的1100，B 正确．2．(输电线上功率损失的计算)(2018·江苏单科)采用220kV 高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，输电电压应变为( )A ．55kVB ．110kVC ．440kVD ．880kV答案 C解析输电功率P ＝UI ，U 为输电电压，I 为输电线路中的电流，输电线路损失的功率为P 损＝I 2R ，R 为输电线路的电阻，即P 损＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2R ，当输电功率一定时，输电线路损失的功率为原来的14，则输电电压为原来的2倍，即为440 kV ，故选项C 正确．3．(远距离高压输电的分析与计算)(多选)如图4为远距离输电示意图，发电机的输出电压U 1和输电线的总电阻r 、理想变压器匝数均不变，且n 1∶n 2＝n 4∶n 3.当用户用电器的总功率增大时( )图4A ．U 1∶U 2＝U 4∶U 3B ．用户的电压U 4增加C ．输电线上的损失功率增大D ．输电线上损耗的功率占总输送功率的比例增大 答案 ACD解析 根据U 1U 2＝n 1n 2，U 3U 4＝n 3n 4以及n 1∶n 2＝n 4∶n 3，知U 1∶U 2＝U 4∶U 3，故A 正确．用户用电器总功率增大时，输送功率变大，输电线上的电流增大，根据P 损＝I 2r 知，输电线上损耗的功率增大，根据ΔU ＝Ir 知，输电线上的电压损失变大；发电机的输出电压U 1不变，则升压变压器的输出电压U 2不变，降压变压器的输入电压U 3变小，用户的电压U 4减小，故B 错误，C 正确.P 损P ＝(PU 2)2r P ＝P U 22r ，输送电压U 2和线路电阻r 不变，所以损耗功率占总功率比例增大，故D正确．4．(远距离输电损耗的计算)(2018·孝感市高二期中)在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有一个小型发电站，发电机输出的电功率为P ＝500kW ，当使用U ＝5kV 的电压输电时，测得安装在输电线起点和终点处的两只电能表一昼夜示数相差4800kW·h. (1)求输电线上的电流I 、输电线的总电阻r 和输电线上损失的电压U 损．(2)若想把损失功率控制为输送功率的1.6%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？输电线上损失的电压是多少？ 答案 (1)100A 20Ω 2000V (2)25kV 400V 解析(1)输电线上损失的功率P 损＝W 损t ＝4 80024kW ＝200 kW 输电线上的电流I ＝PU＝100 A 由输电线上损失的功率P 损＝I 2r 得输电线的总电阻r ＝20 Ω输电线上损失的电压U 损＝Ir ＝2 000 V.(2)由题意知损失功率P 损′＝P ×1.6%＝8 kW 由P 损′＝I ′2r得输电线上的电流I ′＝20 A 输送电压U ′＝PI ′＝25 kV 输电线上损失的电压U 损′＝I ′r ＝400 V.5．(远距离高压输电的分析与计算)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500kW ，路端电压为500V ，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V ，不计变压器能量损耗，求：(1)升压变压器副线圈两端的电压；(2)输电导线上的功率损失及用户得到的功率； (3)降压变压器原、副线圈的匝数比． 答案 (1)2500V (2)60kW 440kW (3)10∶1 解析 输电线路原理图如图所示(1)升压变压器副线圈两端的电压U 2＝n 2U 1n 1＝2500V.(2)输电导线上的电流I 2＝P 2U 2＝P 1U 2＝200A输电导线上的功率损失P 损＝I 22r 线＝60kW用户得到的功率P 用＝P 1－P 损＝440kW. (3)输电导线上的电压 ΔU ＝I 2r 线＝300V降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－ΔU ＝2200V降压变压器原、副线圈的匝数比为n 3n 4＝U 3U 4＝10∶1.一、选择题考点一 输电线上电压损失和功率损失1．(多选)如图1为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是( )图1A ．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B ．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C ．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D ．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 答案 ABD解析 输电线损失的功率P 损＝I 2R 线，减小I 或R 线均可减小输电线损失的功率；由I ＝PU，电压一定，功率增大则电流增大，P 损增大；输电过程不一定是电压越高越好，故A 、B 、D 正确． 2．(多选)陕西神木750kV 输变电工程投入运行后，对同一输电线路，相比原来的250kV 输电，下列说法正确的是( )A ．输电线上的电流频率将变为原来的13B ．输电线上的电流将变为原来的13C ．输电线上损失的电功率将变为原来的13D ．输电线上损失的电功率将变为原来的19答案 BD解析高压输电不改变交变电流的频率，A 错误；根据I ＝P U可知，输电线上的电流变为原来的13，B 正确；输电线上损失的电功率ΔP ＝I 2r ，变为原来的19，C 错误，D 正确． 3．(2018·大连市高二下学期期末)某发电站采用高压输电向外输送电能，若输送的总功率为P 0，输电电压为U ，输电线的总电阻为R .则( )A ．输电线上的电压为UB ．输电线上的电流I ＝U RC ．输电线上损失的功率P ＝U 2RD ．输电线上损失的功率P ＝(P 0U)2R 答案 D解析输送的总功率为P 0，输电电压为U ，输电线的总电阻为R ，则输电线上的电流I ＝P 0U，输电线上的电压U R ＝IR ＝P 0R U ，A 、B 错误；输电线上损失的功率P ＝I 2R ＝(P 0U)2R ，C 错误，D 正确．4．(多选)为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰．若在正常供电时，高压线上输电电压为U ，电流为I ，热损耗功率为ΔP ；除冰时，输电线上的热损耗功率需要变为9ΔP ，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( ) A ．输电电流为3I B ．输电电流为9I C ．输电电压为3U D ．输电电压为13U答案 AD解析高压线上的热损耗功率ΔP ＝I 2R 线，若热损耗功率变为9ΔP ，则9ΔP ＝I ′2R 线，可得I ′＝3I ，A 正确；输送功率不变，即P ＝UI ＝U ′I ′，得U ′＝13U ，D 正确．5．(多选)(2018·聊城市高二下学期期末)如图2所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U ，用等效总电阻是r 的两条输电线输电，输电线路中的电流是I 1，其末端间的电压为U 1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I 2.则( )图2A ．用户端的电压为I 1U 1I 2B ．理想变压器的输入功率为I 12r C ．输电线路上损失的电功率为I 1UD ．当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降 答案 AD解析根据变压器原理：U 1I 1＝U 2I 2，得U 2＝I 1U 1I 2，A 正确；理想变压器的输入功率为U 1I 1＝UI 1－I 12r ；输电线路上损失的电功率为I 12r ，B 、C 错误；当用户消耗的功率增大时，因输电线上的电流增大，发电厂的输出功率P 增大，因输电效率η＝[P －(P U )2rP ]×100%＝(1－PrU2)×100%，所以输电效率随着发电厂输出功率P 的增大而减小，故当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降，D 正确．考点二 远距离高压输电线路的分析与计算6．图3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n 1、n 2，在T 的原线圈两端接入一电压u ＝U m sin ωt 的交流电源，若输送电功率为P ，输电线的总电阻为2r ，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )图3A.n 1n 2·U m 24rB.n 2n 1·U m 24rC.4r ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22⎝ ⎛⎭⎪⎫P U m 2D.4r ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 2n 12⎝ ⎛⎭⎪⎫P U m 2答案 C解析 原线圈两端电压的有效值U 1＝U m2，根据U 1U 2＝n 1n 2可得U 2＝n 2n 1·U m2，又因为T 是理想变压器，所以副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P ，所以输电线上的电流I ＝PU 2，输电线上损失的电功率为P ′＝I 2·2r ＝4r ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22⎝ ⎛⎭⎪⎫P U m 2，所以C 正确，A 、B 、D 错误．7．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，发电机通过升压变压器T 1和降压变压器T 2向用户供电．已知输电线的总电阻为R ，降压变压器T 2的原、副线圈匝数之比为4∶1，降压变压器副线圈两端交变电压u ＝2202sin (100πt ) V ，降压变压器的副线圈与阻值R 0＝11Ω的电阻组成闭合电路．若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是( )图4A ．通过R 0的电流有效值是20AB ．降压变压器T 2原、副线圈的电压比为4∶1C ．升压变压器T 1的输出电压等于降压变压器T 2的输入电压D．升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率答案ABD解析降压变压器副线圈两端交变电压有效值为22022V＝220V，负载电阻为11Ω，所以通过R0的电流的有效值是20A，故A正确；因为降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，所以降压变压器T2原、副线圈的电压之比为4∶1，故B正确；由于输电线有电阻，导致降压变压器T2的输入电压低于升压变压器T1的输出电压，故C错误；由于输电线上电阻消耗功率，所以升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率，故D正确．8．(2018·德州市高二下学期期末)如图5所示为远距离输电示意图，线路总电阻为r，发电厂输出电压不变，三个回路的电流依次为I1、I2、I3，两变压器均为理想变压器，左侧变压器输入电压为U1，输出电压为U2；右侧变压器输入电压为U3，输出电压为U4，以下选项错误的是( )图5A．若用户消耗的功率增大，I2随之增大B．若用户消耗的功率增大，U4随之增大C．U2＝U3＋I2rD．U1I1＝I22r＋U4I3答案 B解析若用户消耗的功率增大，则I3会变大，则由变压器匝数比等于电流比的倒数可知，I2随之增大，输电线r上的电压变大，则U3减小，U4减小，选项A正确，B错误；由串联电路的特点可知：U2＝U3＋I2r，选项C正确；由能量关系可知：U1I1＝I22r＋U3I2＝I22r＋U4I3，选项D正确．9．(多选)图6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1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100Ω.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为热敏电阻，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)．未发生火情时，升压变压器的输入功率为750kW.下列说法中正确的是( )图6A ．降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50HzB ．未发生火情时，远距离输电线路损耗功率为180kWC ．当R 2所在处发生火情时，电压表V 的示数变大D ．当R 2所在处发生火情时，输电线上的电流变大 答案 AD解析 由题图乙知交变电流的周期为0.02s ，所以频率为50Hz ，变压器不改变交变电流的频率，A 正确；由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为250V ，根据升压变压器变压规律知副线圈两端电压为25000V ，所以输电线中的电流为I ＝P U＝30A ，输电线路损失的电压为ΔU ＝IR ＝30×100V＝3000V ，输电线路损耗功率为ΔP ＝I ΔU ＝90kW ，B 错误；当R 2所在处发生火情时其阻值减小，副线圈中电流增大，根据降压变压器变流规律知输电线上的电流变大，输电线上的分压增大，降压变压器两端的电压变小，根据降压变压器变压规律和串联分压，R 1两端电压增大，故电压表V 的示数变小，C 错误，D 正确．10．(多选)如图7所示为远距离输电示意图，其中T 1、T 2为理想变压器，输电线总电阻可等效为电阻r ，灯L 1、L 2相同且阻值不变．现保持变压器T 1的输入电压不变，滑片P 位置不变，当开关S 断开时，灯L 1正常发光．则下列说法正确的是( )图7A ．仅闭合开关S ，灯L 1会变亮B ．仅闭合开关S ，r 消耗的功率会变大C ．仅将滑片P 下移，电流表的示数会变大D ．仅将滑片P 下移，r 消耗的功率会变小答案 BC解析闭合S ，则消耗功率增大，T 2副线圈中电流增大，T 2原线圈中电流也增大，则输电线r 上损失的电压和功率增大，则T 2输入电压U T 2初＝U T 1次－Ir 减小，灯泡L 1两端电压U T 2次减小，故灯泡L 1会变暗，故A 错误，B 正确；仅将滑片P 下移，T 1副线圈匝数增大，则输出电压增大，T 2的输入电压增大，灯泡两端电压也增大，T 2副线圈中电流变大，则T 2原线圈中电流变大，则输电线r 消耗的功率会变大；变压器T 1副线圈中电流变大，则原线圈中电流也变大，即电流表的示数会变大，故C 正确，D 错误． 二、非选择题11．某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120kW ，输出电压是240V ，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶25，输电线的总电阻为10Ω，用户需要的电压为220V ．则： (1)输电线上损失的电功率为多少？ (2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？ 答案 (1)4000W (2)290∶11 解析 画出输电线路图如图所示(1)根据理想变压器的变压规律U 1U 2＝n 1n 2得输电电压U 2＝n 2n 1U 1＝251×240V＝6000V输电电流I 2＝P U 2＝120×1036000A ＝20A输电线上损失的电功率 ΔP ＝I 22r ＝202×10W＝4000W. (2)输电线上损失的电压 ΔU ＝I 2r ＝20×10V＝200V降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－ΔU ＝6000V －200V ＝5800V根据理想变压器的变压规律得n 3n 4＝U 3U 4＝5800V 220V ＝29011.12.风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图8所示的风车阵中发电机输出功率为100kW ，输出电压是250V ，用户需要的电压是220V ，输电线总电阻为10Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：图8(1)画出此输电线路的示意图；(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．答案(1)见解析图(2)1∶20240∶11(3)96kW解析(1)如图所示(2)输电线因发热而损失的功率P损＝P×4%＝100kW×4%＝4kW.输电线电流I2＝P损R线＝4×10310A＝20A.升压变压器输出电压U2＝PI2＝100×10320V＝5×103V.升压变压器原、副线圈匝数比：n1 n2＝U1U2＝250V5000V＝120.电压损失U损＝I2R线＝20×10V＝200V. 降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝4800V.降压变压器原、副线圈匝数比n3 n4＝U3U4＝4800V220V＝24011.(3)用户得到的电功率P用＝P－P损＝96kW.13．(2018·三明市高二下学期期末)北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念，作为北京奥运会主场之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统在有太阳照射时的直接输出功率为1×105W，该发电系统的输出电压为250V，现向远处输电，示意图如图9，所用输电线的总电阻为8Ω，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶16，求：图9(1)输电线损耗的电功率；(2)若用户获得220V 电压，则降压变压器原、副线圈的匝数比． 答案 (1)5000W (2)19011解析(1)升压变压器原线圈中的电流I 1＝P 1U 1得I 1＝400 A 根据理想变压器的电流规律n 1n 2＝I 2I 1得 升压变压器副线圈中的电流I 2＝25 A 输电线上损耗的电功率ΔP ＝I 22r ＝5 000 W (2)升压变压器副线圈两端的功率P 2＝U 2I 2 解得U 2＝4 000 V输电线上损失的电压ΔU ＝I 2r ＝200 V 降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－ΔU ＝3 800 V根据理想变压器的变压规律，得降压变压器原、副线圈的匝数比n 3n 4＝U 3U 4＝19011.。

《远距离输电》教学设计一．教学目标1、知识与技能(1) 知道“便于远距离输送”是电能的优点之一；知道输电的过程。

(2) 知道什么是导线上的功率损耗和电压损耗；知道如何减小损耗。

(3) 理解为什么远距离输电要用高压。

(4) 会设计电能输送的示意图，并理解电压损耗和能量损耗的关系。

(5) 培养学生综合全面的分析问题和解决问题的能力。

(6) 培养学生实事求是的科学态度。

2、过程与方法(1) 利用研究性学习小组的调查和学生合作学习相互结合，探索物理规律。

(2) 利用多媒体课件与课堂演示实验相互结合，探究物理规律。

3、情感态度与价值观(1) 通过我国超导研究的介绍，激发学生的爱国热情。

(2) 通过对实际生活中的电能输送问题分析讨论，激发学生探索物理规律的热情。

(3) 通过学生对海高用电情况调查和计算，培养学生从身边事做起养成节约能源的好习惯。

(4) 体验合作探究学习的快乐，调节人际交往能力，协调能力。

二、教学重点设计电能输送的示意图，并理解输电过程中的电压损耗和能量损耗的关系。

三、教学难点输电过程中要保证输送功率不变，理解输电过程中的电压损耗和能量损耗的关系。

三、课时安排1课时四、教具准备可拆式变压器(2台)、导线若干(其中两根阻值约与小电珠相等)、小电珠(2．5V、0.3A)、学生电源五、学生活动设计1．通过自学，学会分析要减少P线可能的方法。

2．通过例题训练、观察演示实验使学生理解远距离输电为什么要采取高压，是如何实现的。

六、教学步骤(一)明确目标了解远距离输电原理，并结合实际分析解决问题。

(二)整体感知这节课是交变电流、变压器、电功率、串并联、欧姆定律等电学知识的综合应用。

解决实际问题的典型例子。

既起到巩固知识、深化知识的作用，又培养学生的分析问题、解决问题的能力，同时从联系实际的应用中提高学生学习物理的兴趣。

(三)重点、难点的学习与目标完成过程1．布置学生进行课前预习，并事先给出预习过程应解决的问题幻灯显示①为什么要进行远距离输电？②输电过程主要考虑什么问题？③为什么输电过程有电能损失？④减少电能损失有什么方法，各适用于什么情况？在学生个别提问相互补充的基础上完整答案如下①由于电站、电厂利用能源的特殊性，它发出的电常常要输送给距离甚远的用户。

§2.7 远距离输电【学习目标】一、知识目标1．掌握输电过程中输出功率、终端得到功率、线路损耗功率之间的关系及影响线路功率损耗的因素；2．掌握远距离输电过程中，升、降压变压器的应用及有关计算；二、能力目标培养学生分析、综合和应用能力。

三、德育目标1．培养遇到问题要认真、全面分析的科学态度。

2．介绍我国远距离输电概况，激发投身祖国建设的热情。

【学习重点】传输电路中电功率转化及电损耗的计算【知识要点】1．本节内容重点是：输电线上损失电能的原因和输电线上损失的电能的计算。

本节内容难点是：输电系统的“输电电压”、“用户得到的电压”和输电线上“损失的电压”三者的区别与联系。

2．远距离输电电路图如图5－5－1所示：若输电线电阻R，输电功率为P，输电电压U，则输电导线的电流I2=P/U1，１=I2R=PR/U1，输电导线上的电压降（电压损失）U损=I22R =U额2/R=P2R/U12输电导线上的功率损耗P损【问题探究】1. 输电线上的功率损失与什么有关？如何减少输电线上的功率损失？输电线上的功率损失P与输电电流I和输电线的电阻R有关，功率损失等于输电电流的平方与输电线电阻的乘积。

减少输电线上功率损失的方法是减少输电导线的电阻和减小输电电流。

2. 什么是输电线路上的电压损失？如何减少电压损失？输电线路始端电压U始与末端电压U末的差值△U=U始-U末称为输电线路上的电压损失，即△U =IR。

减少电压损失的方法有：（1）增大输电导线的横截面积从而减少导线的电阻R，（作用有限）（2）减少输电电流I可大大减少功率损失。

3. 远距离输电为什么要用高电压？当输送功率P 送=UI 保持不变时，提高输电电压U 时，可以减少输电电流I ，若输电线路的电阻R 一定。

则输电线路损失的电功率P =I 2R 就可以相应减少。

4. 远距离高压输电有哪些基本关系？交流电远距离高压输电电路的模式如图1.4-28所示。

基本关系有： （1）功率关系：P 1=P 2，P 3=P 4，P 2=P 损+P 3（2）电压、电流关系：U 1U 2 = n 1n 2 = I 2I 1；U 3U 4 = n 3n 4 = I 4I 3； U 2=U 线+U 3，I 2=I 3=I 线（3）输电电流：I 线= P 2U 2 = P 3U 3= 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2R 线=（P 2U 2）2R 线【典型例题】例1 在远距离输电时，输送的电功率为P ，输电电压为U ，输电导线的电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为L ，输电线损失的功率为P 损，用户得到的电功率为P 户，则以下关于P 损、P 户的关系式正确的是（ AC ）A . P 损= P 2ρL U 2SB . P 损= U 2S ρLC . P 户=P （1- P ρL U 2S ）D . P 户=P - U 2SρL 解析 据电阻定律有R =ρL S ，据欧姆定律得输电电流I =PU ，则输电线上损失的功率为P 损=I 2R =（P U ）2×ρL S = P 2ρL U 2S ，用户得到的电功率为P 用=P -P 损= P （1- P ρLU 2S ），故AC 选项正确。

第七节远距离输电1.了解交变电流从发电站到用户的输电过程．2.知道远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理．3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算．,[学生用书P48])一、从发电站到用户的输电线路1．根据教材中所提供的探究方案，我们通过实验可以得到如下实验结果：(1)第一次把带鳄鱼夹的导线夹在电阻两端时，小灯泡亮度增加，电压表示数也增加，这是因为导线上的电阻被短路，它上面分担的电压减小，灯泡上的电压增大．这说明输电线上的电阻越大，用户得到的电能越少．(2)第二次把带鳄鱼夹的导线夹在电阻两端时，小灯泡亮度也会增加，且在第二种情况下比第一种情况下灯光更亮，这是因为我们用了较高的电压输送电能，使其在输电线上损失的电能减少了．2．在提高输电电压的同时，减小输电线路的电阻，能有效地减少输电过程中的功率损耗．3．输电线路的构成：输电过程一般要从发电站开始，经过升压变压器，高压变电所、低压变电所后，才能提供给工厂和一般用户．输电过程示意图如图所示，主要有：发电机、升压变压器、输电线路、降压变压器、用电器．二、为什么要用高压输电1．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——电压和频率要稳定．(3)经济：线路建设和运行的费用低——能耗少、电价低．2．输电损耗及减小损耗的方法(1)输电时因为输电线有电阻而发热．会损失电功率，设输电电流为I，输电线电阻为R，则损失的电功率P损＝I2R．(2)减小损耗的方法①减小输电线的电阻，即在输电线长度L一定的情况下，增大导线横截面积S和采用电阻率ρ更小的材料．②减小输电电流I，由P＝UI知，可以通过提高输电电压U来减小I.③在输送功率不变的前提下，要减少电功率损失，高压输电是最可行的方式．1．高压输电是否电压越高越好？提示：电压升高，会导致对空气放电，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．三、直流输电1．直流输电的优点：不存在电感和电容引起的电能损失．2．直流输电的基本过程：在发电站区域经变压器升压，由换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，在用户区域由换流设备将直流电变为交流电，经变压器降压送给用户．3．直流输电示意图2．“提高输电电压、减小输电电流”是否与欧姆定律相矛盾？提示：不矛盾．欧姆定律I＝UR是对纯电阻元件成立的定律；而“提高电压、减小电流”是从输电角度，由P＝UI知，在输出功率P一定的条件下得出的方法，两者没有必然联系．输电线路上的电压损失和功率损失[学生用书P49] 1．输电线上的电压损失(1)电压损失的原因：由于输电导线有电阻，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ΔU＝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，其大小为ΔU＝IR(R为输电线路的电阻)．②输电线的感抗和容抗造成电压损失．(3)减小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I ：因为I ＝PU ，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．(1)掌握U 和ΔU 的区别，U 是输电电压，ΔU 是输电导线上的电压损失．(2)高中阶段的计算中，只考虑输电线电阻所造成的电压损失，而忽略因容抗、感抗造成的电压损失．2．输电线上的功率损失(1)功率损失的原因：在电能输送过程中，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉．(2)功率损失的大小①设输电导线的总电阻为R ，输电电流为I ，则损失功率为P 损＝I 2R .②设输送的总电功率为P ，输电电压为U ，输电线的总长度为L ，横截面积为S ，电阻率为ρ，则输电电流I ＝P U ，输电线电阻R ＝ρLS，所以输电线上的功率损失可表示为P 损＝I 2R ＝⎝⎛⎭⎫P U 2·ρL S. (3)减小功率损失的方法根据公式P 损＝I 2R 可知，减小输电线路上功率损失的方法有两种： ①减小电阻：据R ＝ρLS判断a ．减小输电线的长度L ：由于输电距离一定，所以在实际中不可能通过减小L 来减小R .b ．减小电阻率ρ：目前，一般用电阻率较小的铜或铝作为输电线材料．c ．增大导线的横截面积S ：这要多耗费金属材料，增大成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．②减小输电导线的电流I ：据I ＝PU 判断，提高输电电压U .在输送电功率P 一定，输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n 倍，据P 损＝⎝⎛⎭⎫P nU 2R 可知，输电线上的功率损耗将降为原来的1n2.(1)输送功率是指高压输电线始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率．(2)减小输电线中的功率损失最好采用提高输电电压的办法．(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P ，输送电压为U ，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为L ，输电线损失的电功率为P ′，用户得到的电功率为P 用，则下列关系式正确的是( )A ．P ′＝U 2SρLB ．P ′＝P 2ρLU 2SC ．P 用＝P －U 2SρLD ．P 用＝P ⎝⎛⎭⎫1－P ρL U 2S [思路点拨] 解决此类问题的关键是正确理解关系式U 损＝IR ＝P U R 和P 损＝I 2R ＝⎝⎛⎭⎫P U 2R .[解析] 输电线电阻R ＝ρL S ，输电线中电流I ＝PU ，故输电线上损失的电功率为 P ′＝I 2R ＝⎝⎛⎭⎫P U 2ρL S ＝P 2ρL U 2S用户得到的电功率为P 用＝P －P ′＝P ⎝⎛⎭⎫1－P ρLU 2S .故选项B 、D 正确． [答案] BD线路功率损失一般用公式P损＝I 2R计算，若用P 损＝U 2R，则必须注意对应关系，即U 为输电线上的电压损失，即P 损＝U 2损R.1.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n 1、n 2，在T 的原线圈两端接入一电压u ＝U m sin ωt 的交流电源，若输送电功率为P ，输电线的总电阻为2r ，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )A ．(n 1n 2)U 2m4rB ．(n 2n 1)U 2m4rC ．4(n 1n 2)2(PU m)2rD ．4(n 2n 1)2(P U m)2r解析：选C.升压变压器T 的原线圈两端电压的有效值为U 1＝U m 2；由变压关系可得 U 1U 2＝n 1n 2，则U 2＝n 2U m 2n 1；因为输送电功率为P ，输电线中的电流为I 2＝P U 2＝2n 1Pn 2U m ，则输电线上损失的电功率为ΔP ＝I 22(2r )＝4n 21P 2rn 22U 2m，故选项C 正确． 高压输电线路的分析与计算[学生用书P50]1．输送过程图2．输电过程：电路被划分为三个独立的回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁．3．基本关系式(1)功率关系：P 1＝P 2，P 2＝P 线＋P 3，P 3＝P 4.(2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3.U 2＝U 线＋U 3，I 2＝I 3＝I 线． (3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线. (4)输电导线上损耗的电功率： P 线＝I 线U 线＝I 2线R 线＝⎝⎛⎭⎫P 2U 22R 线．(1)用户消耗的功率决定输送功率，即用户和线路总共消耗多少功率，发电站就输送多少功率，这是能量守恒定律和变压器原理的体现．(2)抓住输电的两头——电源和用电器；分析一条线——输电线；研究两次电压变换——升压变压器和降压变压器．(3)注意输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)三者之间的区别和数量关系． 发电机的端电压为220 V ，输出电功率为44 kW ，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，求用户得到的电压和功率．[思路点拨] 熟练掌握远距离输电过程中的电压关系、电流关系与功率关系是解决这类问题的关键．[解析] 如图，升压变压器次级的输出电压 U 2＝n 2n 1·U 1＝101×220 V ＝2 200 V据升压变压器输出电功率等于输入电功率知，升压变压器次级输出电流I 2＝P U 2＝44×1032 200A＝20 A输电线路上的电压损失和功率损失分别为 U R ＝I 2R ＝20×0.2 V ＝4 VP R ＝I 22R ＝202×0.2 W ＝80 W加到降压变压器初级线圈上的输入电流和电压为 I 3＝I 2＝20 A ，U 3＝U 2－U R ＝2 200 V －4 V ＝2 196 V 降压变压器次级的输出电流和电压为 U 4＝n 4n 3·U 3＝110×2 196 V ＝219.6 VI 4＝n 3n 4·I 3＝10×20 A ＝200 A用户得到的功率为P 4＝I 4U 4＝200×219.6 W ＝4.392×104 W. [答案] 219.6 V 4.392×104 W解决远距离输电问题的技巧(1)有关远距离输电的问题，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电路图的相应位置．(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、串并联电路的特点和电功、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、电流与匝数的关系及输入功率和输出功率的关系．2.某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km 外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV 电压输电，则下列说法正确的是( )A ．输电线上输送的电流大小为2×105 AB ．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC ．若输电线上损失电压为5 kV ，则输电线上损失的功率为9×104 kWD ．输电线上损失的功率为ΔP ＝U 2/r ，U 为输电电压，r 为输电线的电阻解析：选B.输出电功率P ＝3×106 kW ，输电电压U ＝500 kV ，则输电线上输送的电流大小为I ＝PU ＝6×103 A ，所以A 错误；输电线上由电阻造成的损失电压U 损＝Ir ＝15 kV ，所以B 正确；输电线上损失的功率ΔP ＝U 损I ＝P 2U 2r ，所以D 错误；若U 损＝5 kV ，则输电线上的电流I ′＝5 kV2.5 Ω＝2 000 A ，导线上最大消耗功率P ′＝I ′2r ＝2 0002×2.5 W ＝107 W ，故C 错误． 远距离输电的综合应用[学生用书P51]为了减少火电站中煤的燃烧对大气的污染，要大力发展水电站．三峡水利工程中某一水力发电站的发电机组设计为：水以v 1＝3 m/s 的速度流入水轮机后以v 2＝1 m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低10 m ，水流量Q ＝1×10 m 3/s ，水轮机效率为75%，发电机效率为80%，试问：(1)发电机组的输出电功率是多少？(2)如果发电机输出的电压为240 V ，用户需电压220 V ，输电线路中能量损失为5%，输电线电阻为503Ω，那么所需升、降压变压器的原、副线圈的匝数比分别是多少？[思路点拨] 此题综合考查发电、输电过程中的功率、电压、电流的计算．解题关键是抓住能量守恒这一线索．[解析] (1)水轮机获得的机械能 E ＝⎣⎡⎦⎤mgh ＋12m （v 21－v 22）×75% ＝⎣⎡⎦⎤Qt ρgh ＋12Qt ρ（v 21－v 22）×75%＝⎣⎡⎦⎤10×103×10×10t ＋12×10×103×t （32－12）×75% ＝78×104t .则发电机输出电能E 电＝E ×80%＝624×103t . 发电机的输出功率P 0＝E 电t ＝624 kW.(2)发电机的输出电流 I ＝P 0U ＝624×103240 A ＝2 600 A 输电线路损失的功率ΔP ＝P 0×5%＝624 kW ×5 %＝31.2 kW.输电线中电流 I 2＝ΔP R＝ 31.2×103503A ≈43.3 A 故升压变压器原、副线圈的匝数比 n 1∶n 2＝I 2∶I 1≈43.3∶2 600＝433∶26 000.降压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率： P ＝P 0－ΔP ＝592.8 kW.输出电流I 3＝P U 2＝592.8×103220 A ≈2 694.5 A.所以降压变压器原、副线圈匝数比 n 3∶n 4＝I 3∶I 2＝2 694.5∶43.3≈26 945∶433. [答案] 见解析3.一台交流发电机额定输出功率为P ＝4.0×103 kW ，以400 V 的电压接到升压变压器后向远方输电．若输电线的总电阻为10 Ω，允许输电线损失的功率为10%，使用的升压变压器、降压变压器都是理想变压器，求：(1)升压变压器原、副线圈的匝数之比和输出电流．(2)为了使远方的用户负载能获得220 V 工作电压，则降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？(3)实际输送到用户的总功率是多少？解析：(1)允许输电线损失的功率为10%，有P 损＝I 2R ，得电流为I ＝200 A ，升压变压器的输出电压为： U 2＝P I ＝4×106200 V ＝2×104 V ，根据变压器匝数与电压成正比，有：n 1n 2＝U 1U 2＝4002×104＝150. (2)降压变压器的初级电压为：U 3＝U 2－IR ＝18 000 V 则：U 3U 4＝n 3n 4＝18 000220＝90011.(3)实际输送到用户的总功率为：P ′＝P －P 损＝4.0×103 kW －4.0×102 kW ＝3.6×103 kW. 答案：(1)1∶50 200 A (2)900∶11 (3)3.6×103 kW。

学案6 远距离输电[学习目标定位] 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实际问题．1．电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻R 与它的长度l 成正比，与它的横截面积S 成反比，导体电阻与构成它的材料有关，即R ＝ρl S. 2．电功率P ＝UI ，热功率P ＝I2R.3．理想变压器原、副线圈的三个关系：P 原＝P 副，U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1.一、从发电站到用户的输电线路远距离输电过程：发电机输出的电压通过变压器升高到几十万伏，然后进行远距离输电．当电能被输送到用电区域后，再用变压器将电压降低．二、为什么要用高压输电减小电能损失的方法有两种：(1)减小导线的电阻．(2)减小输电导线中的电流，即提高输电的电压．三、直流输电：现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然是交变电流．一、降低输电损耗的两个途径[问题设计]如图1所示，假定输电线路中的电流是I ，两条导线的总电阻是r ，在图中导线电阻集中画为r ，输送功率为P ，发电厂输出的电压为U.那么：图1(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？(3)为什么远距离输电必须用高压呢？答案 (1)在输电线上有功率损失．(2)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了．这是输电线上功率损失的主要原因．功率损失表达式：ΔP ＝I2r ，所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r ；②减小输电电流I.(3)因为发电厂的输出功率P 是一定的，由P ＝UI 得，要减小输电电流I ，必须提高输出电压U.[要点提炼]输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R ，电流为I)1．电压损失输电线始端电压U 与输电线末端电压U′的差值．ΔU ＝U －U′＝IR.2．功率损失(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP ＝I2R.(2)若输电线上损失的电压为ΔU ，则功率损失还可以表示为ΔP ＝ΔU2R，ΔP ＝ΔU·I. 3．减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R ＝ρl S可知，距离l 一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻． (2)减小输电电流I由P ＝UI 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．[延伸思考] 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流I 较大，输电线上损失的电压ΔU ＝IR 较大，用户得到的电压U －ΔU 变低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗．二、远距离输电电路中的各种关系[问题设计]某发电站向远处送电的示意图如图2所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路．升压变压器 降压变压器图2(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)．(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案 (1)第一个回路：P1＝U1I1第二个回路：U2＝ΔU ＋U3，P2＝ΔP ＋P3＝I2线R ＋P3第三个回路：P4＝U4I4(2)若两个变压器为理想变压器，则有：U1U2＝n1n2、I1I2＝n2n1、P1＝P2；U3U4＝n3n4、I3I4＝n4n3、P3＝P4. [要点提炼]远距离输电问题的分析1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置(参考图2)．2．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．3．综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒：P ＝U1I1＝U2I2＝P 用户＋ΔPΔP ＝I22RP 用户＝U3I3＝U4I4.(2)电路知识：U2＝ΔU ＋U3ΔU ＝I2R(3)变压器知识：U1U2＝I2I1＝n1n2U3U4＝I4I3＝n3n4. 其中ΔP ＝I22R ，ΔU ＝I2R 往往是解题的切入点．一、输电线上功率损失的计算例1 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦．(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？解析 (1)由P ＝UI 得I ＝P U ＝5×108 W 2×105 V＝2 500 A (2)输电线上损失的功率ΔP ＝I2·2r＝2 5002×2×10 W ＝1.25×108 W损失功率与输出功率之比为ΔP P ＝1.25×1085×108＝14(3)将电压升高至50万伏时，I′＝P U′＝5×108 W 5×105 V＝1 000 A 输电线上损失的功率ΔP′＝I′2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W损失功率与输出功率之比为ΔP′P ＝2×1075×108＝125答案 (1)2 500 A (2)1.25×108 W 14(3)1 000 A 2×107 W 125二、远距离输电问题例2 发电机的输出电压为220 V ，输出功率为44 kW ，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，则：(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接将电送到用户，求用户得到的电压和功率．解析 (1)示意图如图所示(2)升压变压器的输出电压U2＝n2n1U1＝101×220 V＝2 200 V 根据升压变压器输出功率等于输入功率知，升压变压器输出电流为I2＝P U2＝44×1032 200A ＝20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR ＝I2R ＝20×0.2 V＝4 VPR ＝I22R ＝202×0.2 W＝80 W降压变压器上的输入电流和输入电压分别为I3＝I2＝20 AU3＝U2－UR ＝2 200 V －4 V ＝2 196 V降压变压器上的输出电压和输出电流分别为U4＝n4n3U3＝110×2 196 V＝219.6 V I4＝n3n4I3＝10×20 A＝200 A用户得到的功率为P4＝I4U4＝200×219.6 W＝4.392×104 W(3)若不采用高压输电，用220 V 低压直接供电时，电路如图所示，则输电电流I ＝P U1＝44×103220A ＝200 A ，输电线路上的电压损失UR′＝IR ＝200×0.2 V＝40 V 所以用户得到的电压为U4′＝U1－UR′＝220 V －40 V ＝180 V用户得到的功率为P4′＝IU4′＝200×180 W＝3.6×104 W答案 (1)见解析图 (2)219.6 V 4.392×104 W(3)180 V 3.6×104 W1．(输电线上功率损失的计算)(单选)中国已投产运行的1 000 kV 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500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( ) A.P 4 B.P 2C ．2PD ．4P 答案 A解析 在超高压输电中，设输送电功率为P′，输电电压为U ，输电线电阻为R ，则输电线上损耗的电功率为P＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P′U 2R ，当输电电压升为原来的2倍时，输电线损耗的电功率变为原来的14，故选A. 2．(输电线上功率损失的计算)(双选)在远距离输电时，输送的电功率为P ，输送电压为U ，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为L ，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P 用，则P′、P 用的关系式正确的是 ( )A ．P′＝U2S ρLB ．P′＝P2ρL U2SC ．P 用＝P －U2S ρLD ．P 用＝P(1－P ρL U2S) 答案 BD解析 输电线电阻R ＝ρL S， 输电电流I ＝P U， 故输电线上损失的电功率为：P′＝I2R ＝(P U )2ρL S ＝P2ρL U2S用户得到的功率为：P 用＝P －P′＝P(1－P ρL U2S)． 故选B 、D.3．(远距离输电问题)(双选)在如图3所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( )图3A ．升压变压器的输出电压增大B ．降压变压器的输出电压增大C ．输电线上损耗的功率增大D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大答案 CD解析 发电厂的输出电压不变，升压变压器的输入电压不变，输出电压不变，选项A 错误；随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损失的电压(ΔU ＝IR)增大，降压变压器的输入电压减小，降压变压器的输出电压减小，选项B 错误；随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损耗的功率(ΔP ＝I2R)增大，选项C 正确；输电线上损耗的电功率ΔP ＝I2R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P 输U 输2R ，输电线上损耗的功率占总功率的比例ΔP P 输＝R U2输P 输，选项D 正确．题组一 减小输电损失的途径1．(单选)中央电视台《焦点访谈》多次报导某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电陈旧老化．近来，农村进行电改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有( )A ．提高输送功率B ．增大输送电流C ．提高输电电压D ．减小输电导线的横截面积答案 C解析 电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径：一、减小输电导线中的电流，即可提高输电电压；二、减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故C 正确．2．(双选)如图1所示为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是( )图1A ．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B ．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗C ．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D ．高压输电一定是电压越高越好，所以我们要尽可能地提高输送电压答案 AB解析 依据输电原理，电路中的功率损耗ΔP ＝I2R 线，而R 线＝ρl/S ，增大输电导线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减小输电过程中的电能损失，选项A 正确；由P 输＝UI 知，在输送功率P 输一定的情况下，输送电压U 越大，则输电电流I 越小，则电路中的功率损耗越小，选项B 正确；若输电电压一定，输送功率P 输越大，则电流I 越大，电路中损耗的电功率越大，选项C 错误；因为输电电压越高，对于安全和技术的要求也越高，因此并不是输电电压越高越好，高压输电必须综合考虑各种因素，选项D 错误．所以该题正确选项为A 、B.题组二 输电线上功率损失的计算3．(单选)输电线路的总电阻为R ，发电站输出功率为P ，输电电压为U ，则用户得到的功率为( )A ．PB ．P －(P U)2·R C ．P －U2R D ．(P U)2·R 答案 B解析 用户得到功率P 得＝P －I2R ＝P －(P U)2·R，所以B 正确． 4．(单选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R ，通过输电导线的电流为I ，输电线末端的电压为U2，下面选项不能表示输电导线上损耗的功率的是 ( )A.U21R B.－RC ．I2RD ．I(U1－U2)答案 A解析 输电线上功率损耗ΔP ＝I2R ＝ΔU2R＝I·ΔU ，而ΔU ＝U1－U2，本题选A 正确． 5．(单选)输电导线的总电阻为R ，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )A ．U1∶U2B ．U21∶U22C ．U22∶U21D ．U2∶U1答案 C解析 由P ＝UI 得输电线中的电流I ＝P U .输电线上损失的功率P 损＝I2R ＝(P U )2R ＝P2R U2，即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比．所以两次输电线上损失的功率之比P 损1∶P 损2＝U22∶U21，选项C 正确．6．(双选)某发电厂原来用11 kV 的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220 kV 输电，输送的电功率都是P.若输电线路的电阻为R ，则下列说法中正确的是( )A ．根据公式I ＝P U ，提高电压后输电线上的电流降为原来的120B ．根据公式I ＝U R，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍 C ．根据公式P 损＝I2R ＝P2U2R ，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的1400D ．根据公式P 损＝U2R，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍 答案 AC解析 输电线上电流为I ＝P U ，也可以用I ＝ΔU R来表示，其中ΔU 为输电线上电阻R 两端的电压，而不是输送电压，故A 正确，B 错误；输电线上的功率损失为P 损＝I2R ＝P2U2R ，C 正确；如果用P 损＝U2R，则U 应为R 两端的电压ΔU ，故D 错误．题组三 远距离输电问题7．(双选)某小型水电站的电能输送示意图如图2所示，发电机的输出电压为200 V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )图2A.n2n1>n3n4B.n2n1<n3n4C ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案 AD解析 由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D 正确.U2U1＝n2n1，U3U4＝n3n4，因为U1＝200 V<U4＝220 V ，U2>U3＝U2－U 线，故n2n1>n3n4，选项A 正确． 8．(单选)某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过发电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器．经变压器降压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时( )①升压变压器的副线圈的电压变大 ②高压输电线路的电压损失变大 ③降压变压器的副线圈上的电压变大 ④降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大A ．①②B ．②③C ．③④D ．②④答案 D解析 用电高峰期，用户端总电阻由于并联白炽灯增多而减小，电流增大，又由U 损＝Ir 可知，输电导线上的电压损失变大，升压变压器副线圈的电压不变，降压变压器原、副线圈上的电压变小，而降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大．故正确答案为D.9．(双选)一台发电机最大输出功率为4 000 kW ，电压为4 000 V ，经变压器T1升压后向远方输电，输电线路总电阻R 线＝1 k Ω，到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V 、60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则 ( )A ．T1原、副线圈电流分别为103 A 和20 AB ．T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V 和220 VC ．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D ．有5×104盏灯泡(220 V 、60W)正常发光答案 AB解析 根据题意画出输电线路示意图如图所示．对升压变压器有P1＝U1I1，可知I1＝103 A ，由输电线上消耗的功率ΔP ＝I22R 线＝400 kW 可知，输电线上电流为I2＝20 A ，A 项正确；T1的变压比为n1∶n2＝I2∶I1＝1∶50；根据P1＝U2I2得U2＝2×105 V，输电线上电压U 线＝I2R 线＝20 000 V ，则变压器T2的输入电压为U3＝U2－U 线＝1.8×105 V，又灯泡正常发光，可知T2的输出电压U4为220 V ，B 项正确；T2的变压比为n3∶n4＝U3∶U4＝1.8×105∶220，C 项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率U3I3＝60 W·n，解得n ＝6×104，D 项错误．10．某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kW ，输出电压是240 V ，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25，输电线的总电阻为10 Ω，用户需要的电压为220 V ．则：(1)输电线上损失的电功率为多少？(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？答案 (1)4 000 W (2)29011解析 (1)根据理想变压器的变压规律U1U2＝n1n2得输电电压 U2＝n2n1U1＝251×240 V＝6 000 V 输电电流I2＝P U2＝120×1036 000A ＝20 A 输电线上损失的功率ΔP ＝I22r ＝202×10 W＝4 000 W.(2)输电线上损失的电压ΔU ＝I2r ＝20×10 V＝200 V降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－ΔU ＝6 000 V －200 V ＝5 800 V根据理想变压器的变压规律得：n3n4＝U3U4＝5 800 V 220 V ＝29011. 11．发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)．(1)画出上述输电全过程的线路图；(2)若发电机的输出功率是100 kW ，输出电压是250 V ，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(3)在(2)中条件下若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；(4)计算降压变压器的输出功率．答案 (1)见解析图 (2)6 250 V 16 A(3)15.625 Ω 6 000 V (4)96 kW解析 (1) 或(2)对升压变压器，据公式U2U1＝n2n1，有 U2＝n2n1U1＝251×250 V ＝6 250 VI2＝P2U2＝P1U2＝100 0006 250A ＝16 A (3)P 损＝I22R 线，P 损＝0.04 P1所以：R 线＝0.04P1I22＝4 000162 Ω＝15.625 Ω因为ΔU＝U2－U3＝I2R线所以U3＝U2－I2R线＝(6 250－16×15.625) V＝6 000 V(4)P4＝P1－P损＝0.96P1＝0.96×100 000 W＝96 000 W＝96 kW.。

第七节 远距离输电一、从发电站到用户的输电线路1．大型发电机发出十几千伏的电压，在发电站区域通过变压器升高到几十万伏，然后进行远距离输电，当电能被输送到用电区域后，再根据不同的用电需求，用变压器将电压降低，这就是远距离输电．2．实验表明：在输电导线的电阻不变的前提下，提高输电的电压，减小输电电流，可以达到减少输电过程中的功率损耗、更有效地输送电能的目的．预习交流1我国城镇和农村电网的低压改造已基本结束，低压改造使我国广大城乡居民获得了实惠．农村电网改造前，某些村庄经常出现以下现象（离变压器较远的用户）：（1）电灯不亮，达不到额定功率，换额定功率越大的灯泡越是不亮；（2）日光灯不能启动；（3）洗衣机转动力度小等．尤其是过节时现象更明显，这是为什么呢？输送电能的高压线答案：因为电能在输送中存在电压损失和电能损失．低压输电线较细，电阻较大，导线的电压降较大，致使用户末端电压远低于额定电压（有时甚至不高于160 V ）．到了过节的时候，各家用电器增多，所有用电器都并联，总电阻会更小，线路电流更大，输电导线上分得的电压变多，致使用户电压降低，就会出现上述现象．经过低压改造后，换上了合格的输电导线，以上现象就不明显了．二、为什么要采用高压输电1．电功率损失：输电导线上有电阻，当电流通过时，由于电流的热效应会引起电功率的损失．可以考虑通过减小输电导线的电阻或减小输送电流来减少电功率的损失．2．高压输电：减小电阻要增粗导线，增粗导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材料；其二：会使导线太重，给架线带来很大困难．只有采用小电流输电才会避免上述问题，在保证输送功率不变的情况下，减小电流必须靠提升电压来实现．预习交流2现在大功率输电采用直流输电好还是交流输电好？答案：直流输电，直流输电比交流输电损耗少．一、输电线上的电压损失假定两条输电线的总电阻为r ，在如图所示的输电示意图中等效画为r ，输送的功率为P ，发电厂输出的电压为U 1，则输电线上损失的电压为多少．怎样减小输电线上损失的电压呢？答案：由1P U I =得1P I U =， 所以1Pr U Ir U ∆== 因此减小输电线电阻、提高输电电压可以减小输电线上损失的电压．输电导线的电阻为R ，输送电功率为P ，现分别用U 1和U 2两种电压来输电，则两次输电线上损失的电压比为（ ）．A ．U 1/U 2B ．2212/U UC ．2221/U UD ．U 2/U 1答案：D解析：输电线上的电流为I ＝P U ，输电线上损失的电压为U 损＝IR ＝PR U ，可见在输送功率不变的情况下，损失的电压与输电电压成反比，故D 项正确．1．输电线上的电压损失输电线路始端电压U 与输电线路末端电压U ′的差值．ΔU ＝U －U ′＝IR （R 为输电线路电阻）．2．减小输电线路电压损失的两种方法（1）减小输电线路电阻由R ＝ρl S可知，间距一定时，使用电阻率小的材料、增大导体横截面积均可减小电阻．（2）减小输电电流I由P ＝UI 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．3．输电线路的构成主要有：发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器，如图所示．二、输电线上的电功率损失1．探究如何减少输电线路的功率损失．答案：根据P 损＝I 2r 可知，减小输电线的电阻和输电线中的电流可减少输电线路的功率损失．2．通过上一问题的探究，你认为哪一途径对降低输电线路的功率损耗更为有效？答案：根据P 损＝I 2r 得，在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的12；根据P 损＝I 2r 得，在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的14．通过比较，很显然，减小输电电流对于降低输电线路的功率损耗更为有效．3．假定输电线路中的电流为I ，两条输电线的总电阻为r （如图所示），输送的功率为P ，发电厂输出的电压为U1，则输电线上损失的电压为Ir ，用户得到的电压为U1-Ir ．那么怎样计算输电线路损失的功率呢？用户得到的功率又是多少呢？答案：2P I r =损 2P P P P I r=-=-用损如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW ，输出电压为400 V ，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV 高压输电，最后用户得到220 V 、9.5 kW 的电力，求：（1）水电站升压变压器原、副线圈匝数比n 1/n 2；（2）输电线路导线电阻R ；（3）用户降压变压器原、副线圈匝数比n 3/n 4．答案：（1）1∶5 （2）20 Ω （3）95∶11解析：（1）升压变压器原、副线圈匝数比为n 1n 2＝U 1U 2＝4002 000＝15． （2）导线电阻R 与输送电流和输电线上损失的电功率有关，有P 损＝I 2R ，而输送电流又决定于输出电压及输送功率，有I ＝P /U 2，所以R ＝P 损/I 2＝P 损/（P U 2）2＝10 000－9 500(10 000/2 000)2Ω＝20 Ω． （3）设降压变压器原线圈上电压为U 3U 3＝U 2－IR ＝（2 000－5×20）V ＝1 900 V所以降压变压器原、副线圈匝数比为n 3n 4＝U 3U 4＝1 900220＝9511．1．输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率．两者关系是ΔP ＝P －P ′（P 为输送功率，P ′为用户所得功率）．2．除了利用ΔP ＝P －P ′计算输电线路上的功率损耗外．还可用下列方法计算：（1）ΔP ＝I 2R ，I 为输电线路上的电流，R 为线路电阻；（2）ΔP ＝ΔU 2R，ΔU 为输电线路上损失的电压，R 为线路电阻； （3）ΔP ＝ΔUI ，ΔU 为输电线路上损失的电压，I 为线路上的电流．3．计算输电线上的损失功率时，将输电线当成纯电阻．三、远距离输电系统1．在输送功率不变的情况下，怎样才能减小输电电流？答案：P ＝UI ，则I ＝P U ，所以在输送功率不变的情况下，可以通过提高输送电压来减小输电电流．2．提高输电电压，则减小输电线上的电流，这是否与欧姆定律相矛盾？答案：不矛盾．欧姆定律I ＝U R是对纯电阻元件成立的定律，而“提高输电电压，则减小输电线上的电流”是从输电角度，由P ＝UI ，且P 一定的条件下得出的结论，两者间没有必然的联系．3．思考讨论远距离输电有哪些基本环节．答案：远距离输电的基本环节为： 发电厂(站)→升压变压器→高压输电线路→降压变压器→用户4．在远距离输电中，如何计算输电线上的电压损失？答案：计算输电线上的电压损失，通常有以下两种方法：（1）输电线始端电压U 与末端电压U ′的差值，即U 损＝U －U ′；（2）输电线上的电流I 与输电线的电阻r 的乘积，即U 损＝Ir ．如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述不正确的是（ ）．A ．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B ．高压输电时通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C ．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D ．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好答案：C解析：根据P ＝I 2R 知在电流I 一定的条件下，电阻R 越小，输电线路上的电能损失就越小．又R ＝ρlS，故增大输电线的横截面积S 有利于减小输电过程中的能量损失，即选项A 正确；在输送功率P 0一定时，损耗功率P ＝I 2R ＝P 20U 2R ，即损耗功率与输电电压的平方成反比，因此在输电电压一定时，输送的电功率越大，电能损失也越大，选项C 错误；高压输电时要综合考虑材料成本、技术、经济等各种因素，不是电压越高越好，选项D 正确．1．输电电压是指加在高压输电线始端的电压U ，损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU ＝IR ．2．无论从减小输电线路上功率损失，还是减小电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流．1．关于电能输送的以下分析，正确的是（ ）．A ．由公式P ＝U 2/R 知，输电电压越高，输电线上功率损失越多B ．由公式P ＝U 2/R 知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少C ．由公式P ＝I 2R 知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大D ．由公式P ＝UI 知，输电导线上的功率损失与电流成正比答案：C 解析：输电线上损失的功率P 损＝I 2R 线＝U 2损R 线，U 损指输电线上的分压，而不是输电电压． 2．中国已投产运行的1 000 kV 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500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P ．在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV 的特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为（ ）．A ．P 4B ．P 2C ．2PD ．4P 答案：A解析：由P ＝UI 可知当输出电压由500 kV 升高到1 000 kV 时，电路中的电流将减为原来的一半；由P ＝I 2R 可知电路中损耗的功率将变为原来的14． 3．远距离输电时，输送的电功率为P ，输电电压为U ，输电线的横截面积为S ，线路损失的功率为ΔP ，若将电压提高到10U ，则（ ）．A ．不改变输电线路时，线路上的功率损失为0.01ΔPB ．不改变输电线路时，用户端的电压为原来的10倍C ．线路功率损失仍为ΔP 时，输电线的横截面积可减少为0.1SD ．不改变输电线路且线路损失功率仍为ΔP 时，输送的功率可增加到10P答案：AD解析：若将电压提高到10U ，则线路上的功率损失P 损＝（P 10U ）2R ＝P 2100U 2R ＝0.01ΔP ，A 项正确；若不改变输电线路时，用户端的电压大于原来的10倍，B 项错误；线路功率损失仍为ΔP 时，有P 损＝（P 10U ）2R ′＝（P U ）2R ，故R ′＝100R ，即ρL S ′＝100ρL S，所以S ′＝0.01S ，C 项错误；若不改变输电线路且线路损失功率仍为ΔP 时，即输电线路中的电流保持不变，而其输电电压提高到10U ，所以输送的功率可增加到10P ，D 项正确．4．发电厂发电机的输出电压是U 1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R ，导线中的电流为I ，学校得到的电压为U 2，则关于输电线上损失的功率，下列表达式错误的是（ ）．A ．U 12RB ．(U 1－U 2)2RC ．I 2RD ．I （U 1－U 2） 答案：A解析：用P ＝U 2R求电阻上损失的功率时，U 要与电阻R 相对应，选项A 中的U 1是输出电压不是输电线上的电压，故选项A 错误．选项B 中的U 1－U 2是输电线上的电压，因此，选项B 正确．选项C 、D 中的电流I 是输电线中的电流，故选项C 、D 正确．5．某发电站的输出功率P ＝104 kW ，输出电压U 1＝4 kV ，通过理想变压器升压后向远处供电，已知输电导线的总电阻为R ＝10 Ω，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求变压器的匝数比．答案：225解析：发电站的输出电流I 1＝P U 1＝1074×103A ＝2.5×103 A ，输电线路损失的功率P 损＝4%P ＝I 22R ，则I 2＝4%P R ＝4%×10710A ＝2×102 A ，变压器的匝数比n 1n 2＝I 2I 1＝2×1022.5×103＝225．。