专题37 远距离输电(精讲)-2019年高考物理双基突破(二)

②减小输电线的电阻：根据电阻定律 R＝ρ，要减小输电线的电阻 R，在保证输电距离情况下，可采 ③P 损＝ ，ΔU 为输电线路上损失的电压，R 线为线路电阻。

（1）I＝ ； （2）I＝ 。

一、远距离输电 1．输电过程，如图所示。

2．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为 Q＝I2Rt。 （1）减少输电电能损失的两种方法 ①理论依据：P 损＝I2

R.

l S

用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法。 ③减小输电导线中电流：在输电功率一定的情况下，根据 P＝UI，要减小电流，必须提高电压。 （2）输电线路功率损失的计算方法 ① P 损＝P－P′，P 为输送的功率，P′为用户所得功率。 ②P 损＝I线2R 线，I 线为输电线路上的电流，R 线为线路电阻。 ΔU2

R线

④P 损＝ΔUI 线，ΔU 为输电线路上损失的电压，I 线为输电线路上的电流。

3．电压损失： （1）ΔU＝U－U′； （2）ΔU＝IR。 4．功率损失： （1）ΔP＝P－P′； （2）ΔP＝I2

R＝（

P

U ）2R。

5．输送电流： P U

U－U′

R

【题 1】2013 年 4 月 20 日 8 时 2 分在四川省雅安市芦山县发生 7.0 级地震后，常州常发集团向灾区人 民捐赠一批柴油发电机，该发电机说明书的部分内容如下表所示，现在用一台该型号的柴油发电机给灾民 4 U2

P20R U1

【解析】设发电厂输出功率为 P，则输电线上损耗的功率为 ΔP＝P－P0，ΔP＝I2

R＝

U2

1

临时安置区供电，如图所示。发电机到安置区的距离是 400 m，输电线路中的火线和零线均为 GBCZ60 型 单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为 2.5×10－Ω，安置区家用电器的总功率为 44 kW

，当这些额定电

压为 220 V 的家用电器都正常工作时 型号 输出电压范围 最大输出功率

AED6500S 220～300 V 60 kW A．输电线路中的电流为 20 A B．发电机的实际输出电压为 300 V C．在输电线路上损失的电功率为 8 kW D．如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是 300 V 【答案】C

【题 2】随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益增大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升 压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为 U1，输电导线总电阻为 R，在某一时段用户需求的电功率为 P0，用户的用电器正常工作的电压为 U2.在满足用户正常用电的情况

下，下列说法正确的是

P2R A．输电线上损耗的功率为 0

2

B．输电线上损耗的功率为 2

C．若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电

D．采用更高的电压输电会降低输电的效率 【答案】C P2R ，A、B 选项错

误；采用更高的电压输电，可以减小导线上电流，故可以减小输电导线上损耗的功率，C 项正确；采用 更 【题 3】 多选）某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器 T1 和降压变压器 T2

【解析】输电线路上损失电压 ΔU＝IR，在 R 一定时，ΔU 和 I 成正比．若 U 越高，I＝ ，I 越小， 那么 ΔU 越小。输电线路上损失的功率 ΔP＝I2R，当 P 一定时，I＝ ，所以 ΔP＝（ ）2

R，即 ΔP 和 U 的平

高的电压输电，输电线上损耗的功率减小，则发电厂输出的总功率减小，故可提高输电的效率， D 项错 误。 （ 向用户供电。已知输电线的总电阻为 R，降压变压器 T2 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＝220 2sin （100πt） V，降压变压器的副线圈与阻值 R0＝11 Ω 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 A．通过 R0 电流的有效值是 20 A B．降压变压器 T2 原、副线圈的电压比为 4∶1 C．升压变压器 T1 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 T

2 的输 入功率

【答案】ABD

【题 4】（多选）在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么 A．输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大 C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 【答案】AC P U

P P U U

方成反比，跟 I 的平方成正比，故 A、C 正确 。 间的基本结构，如图所示。输电过程的电路被划分为三 个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路。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，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器 的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。 线圈 2（匝数为 n2）中各个量间的关系是 1＝ 1， 1＝ 2，P1＝P2。 线圈 4（匝数为 n4）中各个量间的关系是 3＝ 3， 3＝ 4，P3＝P4。

（2）电压、电流关系： 1＝ 1＝ 2， 3＝ 3＝ 4，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I 线。 P2 P U －U

3 （3）输电电流：I 线＝ ＝ 3＝

2

U2 U

3 R

（4）输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线 ΔU＝I线2R 线＝（ 2）2R 线。

①不能正确地利用公式 P 损＝（ 2）2R 计算输电线上的损耗功率导致错误；

2．抓住两个联系 （1）理想的升压变压器联系了电源回路 1 和输送回路 2，由变压器原理可得：线圈 1（匝数为 n1）和 U n I n U2 n2 I2 n1

（2）理想 的降压变压器联系了输送回路 2 和用户回路 3，由变压器原理可得：线圈 3（匝数为 n3）和

U n I n U4 n4 I4 n3

3．掌握一个能量守恒定律

发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈 1，线圈 1 上的能量就是远程输电的总能 量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回 路被用户使用消耗，所以其能量关系为 P1＝P 线损＋P 用户。 4．远距离高压输电的几个基本关系（以图为例）

（1）功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P 损＋P3。 U n I U n I U2 n2 I1 U4 n4 I3

。 线 P

U2

1 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的 n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的n2。

5．远距离输电问题的分析思路及常见的“三个误区” （1）分析思路：对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电 器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。 （2）三个误区： P U2 ②不能正确理解升压变压器的输出电压 U2、降压变压器的输入电压 U3 和输电线上损失的电压 ΔU 的关 系导致错误，三者关系是 U2＝ΔU＋U3； ③不能正确理解升压变压器的输入功率 P1、降压变压器的输出功率 P4 和输电线上损失的功率 P 损的关 系导致错误，三者关系是 P1＝P 损＋P4。 【题 5】（多选）一台发电机最大输出功率为 4000 kW，电压为 4000 V，经变压器 T1 升压后向远方输 电．输电线路总电阻为 R＝1 kΩ.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 A B．T2 原、副线圈电压分别为 1.8×105 V 和 220 V C．T1 和 T2 的变压比分别为 1∶50 和 40∶1 D．有 6×104 盏灯泡（220 V、60 W）正常发光

【答案】ABD

【题 6】如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则 A．用户用电器上交流电的频率是 100 Hz