2013高考物理一轮复习之名师解疑课件 电能的输送

U 2L 解析 输电线的电阻R线＝ I 由电阻定律得R＝ρ· S 得S＝ 2ρLI U ，B正确． 答案 B
远距离输电的电路分析与计算
【典例2】 发电机的端电压为220 V，输出功率44 kW，输电导 线的电阻为0.2 Ω，如果用初、次级线圈匝数之比为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到用户，求用户得到的电压和功率．
所以I2＝
Hale Waihona Puke 5%×P ＝ R线0.05×100×103 A＝25 A 8
n1 I2 25 1 升压变压器T1的匝数比为： ＝ ＝ ＝ n2 I1 400 16 降压变压器T2副线圈中电流I4，即为提供给所有用户的总电流 I总，用户获得的总功率为：P用＝P－5%×P＝95%×P.又P用＝ U4·总＝U4·4 I I 95%×P 0.95×100×103 所以I4＝ ＝ A＝431.8 A. U4 220
2
线
R线 ＝
P2R线 1 ，可知ΔP∝ 2 ，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率 U2 U 1 损失变为原来的 2 ，故选项B正确；线路上的电压损失ΔU＝I线 n PR线 1 R线＝ U ，可知ΔU∝ U ，当输电电压升高为原来的n倍时，电 1 压损失变为原来的n，故选项C正确． 答案 BC
远距离输电的电路分析与计算 3．在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有 一个坑口电站，输送的电功率为 P＝500 kW，当使用 U＝5 kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度 表一昼夜示数相差 4 800 度． 求：(1)这时的输电效率 η 和输电线的总电阻 R 线． (2)若想使输电效率提高到 98%， 又不改变输电线， 那么电站应 使用多高的电压向外输电？
2．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来 的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑 电抗产生的损失)( )．
1 A．功率损失是原来的n 1 B．功率损失是原来的 2 n 1 C．电压损失是原来的n D．电压损失是原来的n倍
解析 设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻 P 为R线，则输电电流I线＝ U ，线路的功率损失ΔP＝I
特别强调 圈的电流．
(1)升压变压器的副线圈电流等于降压变压器原线
(2)升压变压器副线圈的电压不等于降压变压器原线圈的电 压，输电线上的电压损失ΔU＝I线· 线．输电线上的功率损耗ΔP R
2 ＝I线· 线 R
(3)输电线的电阻计算时，应注意输电线长度为距离的两倍．
教材资料分析 思考与讨论 [教材P45] 提示 1.输电线路损失的功率为ΔP＝I2R线．
二、降低输电损耗
I2R线，I为输电电流，R线为输电线 输电线上的功率损失ΔP＝
的电阻． 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 ．
5 电能的输送
1．了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关． 2．应用理想变压器，电路知识对简单的远距离输电线路进行 定量计算． 3．了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计．
一、输送电能的基本要求 1．可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障． 2．保质：保证电能的质量—— 电压 和频率稳定． 3．经济：输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少．
【变式 2】 某小水电站发电机输出的电功率为 100 kW，输出 电压 250V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为 8 Ω， 要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的 5%. 用户获得 220 V 电压，求应选用匝数比多大的升压变压器和降 压变压器？ 解析 依题意作出如图所示输电示意图，升压变压器原线圈的 100×103 P 电流为 I1＝ ＝ ＝400 A， 当输电线上损失的电功率为 U1 250 输送电功率的 5%时， 输电线中的电流为 I2， I2· 线＝5%×P. 则 2R
2．在输电电流一定的情况下，即I一定，线路的电阻减为原来 R线 的一半，即变为 ，由ΔP＝I2R线可知．线路上损失的功率减 2 1 为原来的 . 2
在线路电阻R线一定的情况下，如果输电电流减为原来的一 I 1 半，即变为 ，那么线路上损失的功率减为原来的 . 2 4 3．通过第2步的两项计算，第二个途径，即减小输电电流对 于降低输电线路的损耗更有效． 4．用户消耗的功率P＝UI. 5．在保证用户的电功率的前提下，通过提高输电电压，才能 减小输电电流．
二、远距离输电的流程及基本关系 输电线路的构成 由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器，用电器构 成．如图5-5-3所示，由于发电机本身的输出电压不可能很高，所 以采用高压输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电 线输出，到用电区再用降压变压器降到用户所需的电压．
图5-5-3
电网供电 (1)电网 通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起 来，形成全国性或地区性的输电网络，这就是电网． (2)优点 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．
温馨提示
关于输电线路上的功率损耗的计算，主要考虑因
导线电阻的存在而发热造成的损失，输电线上的电压不能和 输送电压与用户得到电压之差混为一谈．
一、远距离输电损耗的产生及减损方法 输电导线上的功率损失 (1)损失功率计算：设输电电流为I，输电线电阻为R线，则输电 线上的功率损失为ΔP＝I2R线 (2)减小输电线上功率损失的方法． L ①减小输电线的电阻R线：由R线＝ρ S ，得要减小R线，可以减小 ρ、L，增大S.
三、电网供电 远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路．如图5-5-1 所示．
图5-5-1 在发电站内用 升压变压器 升压 ，然后进行远距离输电，在用 电区域通过 降压 变压器降压降到所需的电压．
电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用 户连接起来，形成的全国性或地区性的输电网络． 电网送电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益． (2)减少 断电 的风险，调济不同地区电力供需的平衡，保障供 电的 质量 ． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．
借题发挥
处理远距离输电问题，首先要画出输电线路示意
图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置． 其次解题时要抓“两头”——电源、用电器．要注意“中间 一条线”——输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为 几个独立的回路．以变压器为联系的纽带将“两头”与中间 “输电线”联系起来，抓住P入＝P出，利用变压比、变流比等 规律进行分析与计算．
U2S A．ΔP＝ ρl U2S C．P′＝P－ ρl
解析
l P 输电线电阻为R线＝ρ S ，输电电流为I＝ U ，故输电线上
P l P2ρl 损失的电功率为ΔP＝I2R线＝ U 2ρ S ＝ 2 ，用户得到的电功率 US Pρl 为P′＝P－ΔP＝P1－U2S.
解析
此题考查了输电线上的功率损失和导线电阻、输送电
电压、导线上的电压损失、输电电流的关系．输电线上的功
2 率损失ΔP＝I 线 R，电压损失ΔU＝U－U′＝I线R线，输电电流I线
P ΔU2 P 2 ＝ U ，所以ΔP＝I 2 · 线＝ ＝ U R线，可见在输送功率P一定 线 R R线 时，ΔP随R线的增大而增大；ΔP与I2成正比；ΔP与ΔU2成正 比；ΔP与U2成反比． 答案 ACD
图5-5-2 (2)造成电压损失的因素 ①输电线电阻造成电压损失． ②输电线的感抗和容抗造成电压损失．
【注】 损失．
高中阶段在计算时只考虑输电线电阻所造成的电压
减小输电线路上电压损失的方法 ①减小输电线电阻R线 用增大输电导线的横截面积来减小电阻对低压照明电路有 效，对高压输电线路效果不佳．
②减小输电电流I 在输送电功率不变的前提下，提高输电电压是有效的措施． 高压输电既能减小功率损失，又能减小电压损失，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．
其原线圈中电流I3＝I2＝25 A. n3 I4 431.8 17.3 173 降压变压器的匝数比为： ＝ ＝ ＝ ＝ A. n 4 I3 25 1 10 答案 1∶16 173∶10
电能输送中电压损失和电功率损失的计算 1．在电能输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一 定，则在输电线上损耗的电功率( A．和输送电线上电压的平方成反比 B．和输送电流的平方成反比 C．和输送电线上的电压降的平方成正比 D．和输送电流的平方成正比 )．
电能输送中电压损失和电功率损失的计算
【典例1】 在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为 U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电 线损失的功率为ΔP，用户得到的功率为P′，则下列关系式正 确的是( )． P2ρl B．ΔP＝ 2 US
Pρl D．P′＝P1－U2S
P损＝I2R线＝202×0.2 W＝80 W. 2 U损＝ΔU＝IR线＝20×0.2 V＝4 V．所以降压变压器初级上的输 入电压和电流为 U3＝U2－U损＝2 200 V－4 V＝2 196 V， I3＝I2＝20 A. 降压变压器次级的输出电压和电流为 n4 1 U4＝ U3＝ ×2 196 V＝219.6 V， n3 10 n3 I4＝ I3＝10×20 A＝200 A. n4 用户得到的功率为P4＝U4·4＝219.6×200 W＝4.392×104 W. I
远距离输电的基本关系
(1)功率关系 P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3.→能量守恒 (2)电压、电流关系 U1 n1 I2 U3 n3 I4 ＝ ＝ ， ＝ ＝ .→理想变压器 U2 n2 I1 U4 n4 I3