2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 遠距離輸電 第3節(jié) 電能的遠距離傳輸學(xué)案 魯科版選修3-2

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1、第3節(jié)　電能的遠距離傳輸 　1.了解從變電站到用戶的輸電過程，知道遠距離輸電時應(yīng)用高電壓的原因．　2.理解降低輸電損耗的兩個途徑及其各自的優(yōu)缺點．　3.掌握遠距離輸電的典型電路，并能利用電路知識、變壓器規(guī)律等解決問題． 　[學(xué)生用書P53]) 一、為什么要采用高壓輸電 1．電功率損失和電壓損失 電功率損失 電壓損失 表達式 ΔP＝I2R ΔU＝IR 減小方法 (1)減小導(dǎo)線電阻，可采用電阻率小的材料或橫截面積更大的導(dǎo)線 (2)減小導(dǎo)線中電流 (1)增大導(dǎo)線的橫截面積來減小輸電線電阻 (2)減小導(dǎo)線中電流 2．降低兩種損失的途徑——高壓輸電：輸送電功率不

2、變的前提下提高輸電電壓，會減小電流，從而減小導(dǎo)線上的電功率損失和電壓損失． 1．高壓輸電是否電壓越高越好？ 提示：電壓升高，會導(dǎo)致對空氣放電，這就對導(dǎo)線的絕緣性能提出了更高的要求．另外高壓送電對變壓器也提出了更高的要求．因此輸電電壓也不是越高越好．在實際輸電過程中輸電電壓要根據(jù)輸送功率的大小、距離的遠近、技術(shù)和經(jīng)濟各方面因素綜合考慮． 二、高壓輸電 1．高壓交流輸電 (1)基本環(huán)節(jié) (2)電路原理圖(如圖) 2．高壓直流輸電的基本過程：在發(fā)電站區(qū)域經(jīng)變壓器升壓，由換流設(shè)備將高壓交流電變成高壓直流電，用高壓直流電進行遠距離傳輸，在用戶區(qū)域由逆變器將直流電變?yōu)榻涣麟?，?jīng)變

3、壓器降壓送給用戶． 2．提高輸電電壓，減小輸電電流，是否與歐姆定律相矛盾？ 提示：不矛盾．歐姆定律I＝是對純電阻元件成立的定律，當(dāng)電阻恒定時，增大U則I隨之增大．而“提高電壓、減小電流”是從輸電角度，當(dāng)P恒定時，由P＝UI得出的結(jié)論，兩者沒有必然聯(lián)系． 　輸電線上電壓損失和功率損失的計算[學(xué)生用書P54] 1．輸電導(dǎo)線上的功率損失 (1)損失功率計算：設(shè)輸電電流為I，輸電線電阻為R線，則輸電線上的功率損失為ΔP＝I2R線． (2)減小輸電線上功率損失的方法 ①減小輸電線的電阻R線：由R線＝ρ得，要減小R線，在l保持不變的情況下，可以減小ρ，增大S. ②減小輸電電

4、流I：由P＝UI得，在輸送功率一定的情況下，提高輸電電壓，即可減小輸電電流． 采用高壓輸電是減小輸電線上功率損失最有效、最經(jīng)濟的措施． 2．輸電線上的電壓損失 (1)輸電線路始端電壓U跟末端電壓U′的差值，稱為輸電線路上的電壓損失，ΔU＝U－U′，如圖所示，電壓損失還可以表示為ΔU＝IR線＝R線． (2)減少輸電線上電壓損失的方法 ①減小輸電線的電阻． ②提高輸送電壓． 命題視角1　“電損”問題的定性分析 　(多選)關(guān)于電能的輸送，下列說法正確的是(　　) A．僅僅從減少能量損失的角度看，輸送功率一定的情況下，輸電電壓越高，損失的能量越少 B．在輸送功率和輸電電壓一定

5、，使用同種材料的導(dǎo)線時，越粗的導(dǎo)線損失的能量越小 C．電能輸送使用銅鋁合金而不是銀，原因是同種情況下，使用銀材料，輸電線損失的功率大 D．在輸送功率和輸電電壓一定，使用同種材料的導(dǎo)線時，越細的導(dǎo)線損失的能量越小 [解題探究] 電能輸送過程中，引起電壓、電功率損失的原因有哪些？ [解析]　輸送電能的基本要求是可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟．當(dāng)輸電功率一定時，設(shè)為P，P＝IU，I是輸電電流，U是輸電電壓，設(shè)輸電導(dǎo)線電阻為R，則輸電線上的損耗為P損＝I2R＝R.要減小損耗有兩條途徑：一是減小輸電電流，即增大輸電電壓U(高壓輸電)；二是減小輸電電線的電阻，即增大導(dǎo)線橫截面積、縮短輸電距離、換電阻率更小的材料

6、，但不經(jīng)濟．實際輸電時，應(yīng)綜合考慮各種因素．所以C、D錯誤，A、B正確． [答案]　AB 命題視角2　“電損”問題的定量計算 　(多選)遠距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓升高為原來的n倍，關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失，下列說法正確的是(不考慮電抗產(chǎn)生的損失)(　　) A．功率損失是原來的 B．功率損失是原來的 C．電壓損失是原來的 D．電壓損失是原來的n倍 [解題探究] (1)輸送功率一定時，輸電電壓和輸電電流滿足什么關(guān)系？ (2)輸電線電阻一定時，損失的電壓和電功率如何計算？ [解析]　設(shè)輸電電壓為U，所輸送的功率為P，輸電線路總電阻為r，則輸電電流I＝，線路

7、的功率損失P損＝I2r＝， 可知P損∝，當(dāng)輸電電壓U升高為原來的n倍時，功率損失變?yōu)樵瓉淼?，故A錯誤，B正確；線路上的電壓損失U損＝Ir＝，可知U損∝，當(dāng)輸電電壓U升高為原來的n倍時，電壓損失變?yōu)樵瓉淼?，故C正確，D錯誤． [答案]　BC 輸送功率不變，電流和電壓成反比．求電壓損失可用公式U′損＝R線，而求功率損失可用公式P′損＝R線，這樣可以較為簡便地解決問題．　 【通關(guān)練習(xí)】 1．在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導(dǎo)線的電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損失的電功率為P′，用戶得到的電功率為P用，則P′、P用的關(guān)系正確的是(　　) A．P′＝　　

8、 B．P′＝ C．P用＝P－ D．P用＝P 解析：選D.輸電線電阻R＝ρ，輸電電流I＝， 故輸電線上損失的電功率為： P′＝I2R＝ρ＝， 用戶得到的功率為： P用＝P－P′＝P.故選D. 2．(多選)如圖為發(fā)電廠向遠處用戶的輸電電路示意圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變．若輸送功率增大，下列說法中正確的是(　　) A．升壓變壓器的輸出電壓增大 B．降壓變壓器的輸出電壓增大 C．輸電線上損耗的功率增大 D．輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大 解析：選CD.已知發(fā)電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比不變，則

9、由＝知，升壓變壓器的輸出電壓U2不變，A錯；若輸送功率增大，輸電電壓U2不變，則由P＝U2I2知，輸電線上電流I2增大，又輸電線的電阻不變，由U損＝I2R知輸電線上損失電壓增大，則降壓變壓器輸出電壓減小，B錯；因輸電電流增大，則由P＝IR知，輸電線上損耗的功率變大，C對；輸電線上損耗功率占總功率的比例增大，D對． 　高壓交流輸電的電路分析與計算[學(xué)生用書P55] 1．遠距離輸電線路圖 2．思路：在遠距離輸送電能的過程中，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，發(fā)電機的總功率應(yīng)等于線路上損失的熱功率和用戶得到的功率之和(不考慮變壓器上的能量損失)． 3．遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系 (1)功率

10、關(guān)系 P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3. (2)電壓、電流關(guān)系 ＝＝，＝＝， U2＝U線＋U3，I2＝I3＝I線． (3)輸電電流 I線＝＝＝. (4)輸電導(dǎo)線上損失的電功率 ΔP＝I線U線＝IR線＝R線＝R線． 命題視角1　遠距離輸電的電路分析 　某發(fā)電機的輸出功率為10 kW，輸出電壓為500 V，輸電導(dǎo)線總電阻為5 Ω，允許輸電導(dǎo)線上損失的功率為總功率的5%，用戶所需電壓為220 V．請設(shè)計供電電路并計算升壓變壓器和降壓變壓器的匝數(shù)比． [解題探究] (1)遠距離輸電的線路圖怎樣畫？ (2)輸電導(dǎo)線上的功率損失由哪些因素決定？ [解析]　輸電電路如圖所

11、示． 發(fā)電機輸出功率P＝10 kW，設(shè)通過發(fā)電機的電流為I1，輸電導(dǎo)線上電流為I2，則有 P損＝5%×10×103 W＝500 W， I1＝＝ A＝20 A， I2＝ ＝ A＝10 A， 所以升壓變壓器的匝數(shù)比為＝＝. 降壓變壓器原線圈電壓U3＝U2－I2R， U2＝U1＝×500 V＝1 000 V， U3＝U2－I2R＝1 000 V－10×5 V＝950 V， 所以降壓變壓器的匝數(shù)比為 ＝＝＝. [答案]　電路圖見解析　1∶2　95∶22 命題視角2　遠距離輸電的綜合問題 　為了減少火電站中煤的燃燒對大氣的污染，要大力發(fā)展水電．三峽水利工程中某一水力發(fā)電

12、站的發(fā)電機組設(shè)計為：水以v1＝3 m/s的速度流入水輪機后以v2＝1 m/s的速度流出，流出水位比流入水位低10 m，水流量Q＝10 m3/s，水輪機效率為75%，發(fā)電機效率為80%，試問： (1)發(fā)電機組的輸出電功率是多少？ (2)如果發(fā)電機輸出的電壓為240 V，用戶需電壓220 V，輸電線路中能量損失為5%，輸電線電阻為 Ω，那么所需升、降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比分別是什么？ [解題探究] (1)水輪機獲得的機械能如何計算？ (2)線路上的電壓損失和功率損失如何計算？ [解析]　(1)水輪機獲得的機械能 E＝×75% ＝×75% ＝×75% ＝78×104t(J)

13、 則發(fā)電機輸出電能E電＝E×80%＝624×103t(J) 發(fā)電機的輸出功率P0＝＝624 kW. (2)發(fā)電機的輸出電流 I1＝＝ A＝2 600 A 輸電線路損失的功率 ΔP＝P0×5%＝624 kW×5 %＝31.2 kW 輸電線中電流 I2＝?。健?A≈43.3 A 故升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 n1∶n2＝I2∶I1≈43.3∶2 600＝433∶26 000 降壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率 P＝P0－ΔP＝592.8 kW 輸出電流I3＝＝ A≈2 694.5 A 所以降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比 n3∶n4＝I3∶I2＝2 694.5∶4

14、3.3≈26 945∶433. [答案]　(1)624 kW　(2)433∶26 000　26 945∶433 解決遠距離輸電問題的思路 (1)正確畫出輸電過程示意圖并在圖上標(biāo)出各物理量． (2)抓住變壓器變壓前后各量間關(guān)系，求出輸電線上的電流． (3)計算電路功率問題時常用關(guān)系式：P損＝IR線，注意輸電線上的功率損失和電壓損失． (4)電網(wǎng)送電遵循“用多少給多少”的原則，說明原線圈電流由副線圈電流決定．　 　小型水力發(fā)電站的發(fā)電機輸出功率為24.5 kW，輸出電壓為350 V，輸電線總電阻為4 Ω，為了使輸電線損耗功率為發(fā)電機輸出功率的5%，需在發(fā)電機處設(shè)升壓變壓器，用戶

15、所需電壓為220 V，所以在用戶處需安裝降壓變壓器．求： (1)輸電線上的電流． (2)升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比． (3)降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比． 解析：畫出電能輸送電路如圖所示． (1)輸電線上的功率損失： P線＝5%P2＝5%×24.5 kW＝1 225 W 又因為P線＝IR線，所以，輸電線上的電流為： I2＝ ＝ A＝17.5 A. (2)升壓變壓器原線圈上的電流為： I1＝＝ A＝70 A， 升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為： n1∶n2＝I2∶I1＝17.5∶70＝1∶4. (3)輸電線上的電壓損失：U線＝I2R線＝U2－U3，

16、降壓變壓器的輸入電壓： U3＝U2－U線＝U1－I2R線＝4×350 V－17.5×4 V＝1 330 V. 降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為： n3∶n4＝U3∶U4＝1 330∶220＝133∶22. 答案：(1)17.5 A　(2)1∶4　(3)133∶22 　“輸送電壓”與“輸電線上電壓”的辨析[學(xué)生用書P56] 正確區(qū)分“輸送電壓”和“輸電線上的電壓”是解決遠距離輸電問題的關(guān)鍵． 1．P損＝UI＝，U是指輸電線上的電壓，即輸電線上損失的電壓． 2．P損＝R，U是指輸送電壓，即從發(fā)電站發(fā)出后，經(jīng)過變壓器升高后的電壓． 　高壓輸電電壓為U，輸電線電阻為r，則下列說法正確

17、的是(　　) A．若發(fā)電機輸出功率不變，使輸出電壓變大，則輸電線上損失的功率變小 B．輸電線上損失的功率為ΔP＝，故導(dǎo)線電阻越大，損失的功率越小 C．通過輸電線的電流為I＝，故輸電電壓越高，電流越大，損失的功率越大 D．以上說法都不對 [解析]　設(shè)發(fā)電機輸出功率為P，則P＝UI，使輸電電壓U增大，則輸電電流I減?。钟奢旊娋€上損失的功率ΔP＝I2r得，輸電線上損失的功率減小，所以選項A正確． [答案]　A 　遠距離輸電，輸電功率一定，當(dāng)輸電電壓為U0時，輸電線上的電流為I0，損失的電功率為P0.則當(dāng)輸電電壓提高為2U0時(　　) A．由I＝得，輸電線上的電流變?yōu)?I0 B．由

18、I＝得，輸電線上的電流變?yōu)? C．由P＝得，輸電線上損失的電功率為4P0 D．由P＝IU得，輸電線上損失的電功率為2P0 解析：選B.設(shè)輸電線的電阻為R，當(dāng)輸電線上的電流為I0時，損失的電功率為P0＝IR.當(dāng)輸電電壓提高為2U0時，由I＝可知輸電線上的電流變?yōu)?，輸電線上損失的電功率為P損＝R＝.故選項B正確． [隨堂檢測] [學(xué)生用書P56] 1．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．減短輸電線長度 C．減少通電時間 D．采用高壓輸電 解析：選D.減小輸電線的長度不可行，因為要保證輸電距離．采用直徑

19、更大的導(dǎo)線，可適當(dāng)增大橫截面積，太粗不可能，既不經(jīng)濟又架設(shè)困難．減少用電時間也不可以，要保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民正常生活用電．提高輸電電壓，減小輸電線上的電流是減少電能損失的最佳方法，選D. 2．火電站向某村莊輸電，輸送電功率為100 kW，若以1 100 V輸電，則線路損耗為9 kW，若以3 300 V輸電，則線路損耗可降為(　　) A．3 kW B．1 kW C．30 kW D．10 kW 解析：選B.由P＝UI，ΔP＝I2r可得ΔP＝r，所以當(dāng)輸電電壓增大為原來的3倍時，線路損耗變?yōu)樵瓉淼?，即ΔP＝1 kW.選項B正確． 3．遠距離輸電，輸電的電功率為P，原來用電壓U0輸電

20、，在輸電線上損耗的電功率為P損，現(xiàn)在要使輸電線上損耗的電功率減小到原來的1/10，則輸電電壓應(yīng)為(　　) A．100 U0 B．U0 C． D． 解析：選B.設(shè)輸電線的電阻為r，損耗的電功率為P損＝I2r，線路電流為I＝，解得P損＝r，P′損＝r，P′損＝P損，則U′0＝U0，選項B正確． 4．如圖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(　　) A．() B．() C．4(

21、)2()2r D．4()2()2r 解析：選C.升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1＝；由變壓關(guān)系可得 ＝，則U2＝；因為輸送電功率為P，輸電線中的電流為I2＝＝，則輸電線上損失的電功率為ΔP＝I(2r)＝，故選項C正確． 5．三峽水利樞紐工程是長江流域治理開發(fā)的關(guān)鍵工程，是中國規(guī)模最大的水利工程．樞紐控制的流域面積為1×106 km2，占長江流域面積的56%，壩址處年平均流量Q＝4.51×1011 m3.水利樞紐的主要任務(wù)包括防洪、發(fā)電、航運三方面．在發(fā)電方面，三峽電站安裝水輪發(fā)電機組26臺，總裝機容量即26臺發(fā)電機組同時工作時的總發(fā)電功率P＝1.82×107 kW.年平均發(fā)電

22、量約為W＝8.40×1010 kW·h，電站主要向華中、華東電網(wǎng)供電，以緩解這兩個地區(qū)供電緊張的局面．閱讀上述資料，解答下列問題．(水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2) (1)請畫出遠距離輸電的原理圖并在其上用相應(yīng)的符號標(biāo)明相應(yīng)的物理量； (2)若三峽電站上、下游水位差按H＝100 m計算，試推導(dǎo)三峽電站將水流的勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率η的公式并計算出效率η的數(shù)值； (3)若26臺發(fā)電機組全部發(fā)電，要達到年發(fā)電量的要求，每臺發(fā)電機組平均年發(fā)電時間t為多少天？ (4)將該電站的電能輸送到華中地區(qū)，輸電功率P1＝4.5×106 kW，采用超高壓輸電，輸電電壓U

23、＝500 kV，而發(fā)電機輸出的電壓約為U0＝18 kV，要使輸電線上損耗的功率為輸送電功率的5%，求發(fā)電站的升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比和輸電線路的總電阻． 解析：(1)遠距離輸電的原理圖如圖所示． (2)電站能量轉(zhuǎn)化的效率η＝＝ η＝×100%≈67.1%. (3)依據(jù)P＝可知，每臺發(fā)電機組平均年發(fā)電時間 t＝＝天≈192.3天． (4)升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比＝＝ 由P1＝UI得I＝9.0×103 A 又P損＝I2R＝5%×P1 由以上各式解得R≈2.78 Ω. 答案：(1)(2)見解析　(3)192.3天　(4)9∶250 2．78 Ω [課時作業(yè)]

24、[學(xué)生用書P99(單獨成冊)] 一、單項選擇題 1．下列關(guān)于高壓直流輸電的說法，正確的是 (　　) A．高壓直流電可以經(jīng)過變壓器提升電壓后進行輸送 B．在輸送過程中直流輸電不考慮輸電線的電感對電流的影響 C．在輸送過程中直流輸電不考慮輸電線的電阻對電流的影響 D．直流輸電，用戶可以直接得到直流電 解析：選B.現(xiàn)代的直流輸電，只有輸電這個環(huán)節(jié)使用高壓直流，發(fā)電、用電及升、降電壓仍然是交流，D錯誤；變壓器只能對交流起作用，對直流不起作用，A錯誤；在輸電功率大、輸電導(dǎo)線橫截面積大的情況下，對交流來說，感抗會超過電阻，但電感對直流就不會有影響，當(dāng)然電阻對直流和交流是同樣有影響的，B正

25、確，C錯誤． 2．對于電能輸送的以下說法，正確的是(　　) A．輸送電能的基本要求是經(jīng)濟實惠 B．減小輸電導(dǎo)線上功率損失的唯一方法是采用高壓輸電 C．減小輸電線上電壓損失的唯一方法是增大導(dǎo)線的橫截面積 D．實際輸電時，要綜合考慮各種因素，如輸送功率大小、距離遠近、技術(shù)和經(jīng)濟要求等 解析：選D.輸送電能的基本要求是可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟．減少輸電線上的功率損失可采用高壓輸電，也可采用減小輸電線電阻，即增大傳輸導(dǎo)線橫截面積的方法，但不經(jīng)濟，且增加架設(shè)難度．實際輸電時，要綜合考慮各種因素． 3．如圖所示是遠距離輸電的示意圖，下列說法正確的是(　　) A．a(chǎn)是升壓變壓器，b是降壓變壓器

26、 B．a(chǎn)是降壓變壓器，b是升壓變壓器 C．a(chǎn)的輸出電壓等于b的輸入電壓 D．a(chǎn)的輸出電壓等于輸電線上損耗的電壓 解析：選A.遠距離輸電先升壓，后降壓，選項A正確，選項B錯誤；由于輸電線上有電壓損耗，故a的輸出電壓等于b的輸入電壓與輸電線上損耗的電壓之和，選項C、D錯誤． 4．用電器電阻值為R，距交變電源的距離為L，輸電線電流為I，電阻率為ρ，要求輸電線上電壓降不超過U，則輸電線截面積最小值為(　　) A．　 B． C． D． 解析：選B.輸電線上電壓降U＝IR，其中R＝ρ，則Iρ＝U，得S＝，B正確． 5．遠距離輸電的原理圖如圖所示， 升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、

27、n2, 電壓分別為U1、U2，電流分別為 I1、I2，輸電線上的電阻為R.變壓器為理想變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是(　　) A．＝ B．I2＝ C．I1U1＝IR D．I1U1＝I2U2 解析：選D.根據(jù)理想變壓器的工作原理得I1U1＝I2U2、＝.U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠，而I1U1等于R上消耗的功率IR與下一級變壓器的輸入功率之和．只有選項D正確． 6．如圖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、理想變壓器的匝數(shù)均不變，且n1∶n2＝n4∶n3.當(dāng)用戶消耗的功率增大時，下列表述正確的是(　　) A．用戶的總電阻增大 B．用戶的電壓U4

28、增大 C．U1∶U2＝U4∶U3 D．用戶消耗的功率等于發(fā)電機的輸出功率 解析：選C.對兩個變壓器，＝，＝，所以＝，選項C正確；由能量守恒定律可知，發(fā)電機的輸出功率等于用戶消耗的功率和輸電導(dǎo)線消耗的功率之和，選項D錯誤；輸出電壓U1一定，U2也一定，當(dāng)用戶消耗的功率P出增大時，負載增多，并聯(lián)支路增加，用戶的總電阻減小，P出＝IR負載，降壓變壓器的輸出電流I4增大，由＝知，降壓變壓器的輸入電流I3增大，即I2增大，則U3＝U2－I2r減小，用戶的電壓U4減小，選項A、B錯誤． 二、多項選擇題 7．遠距離輸送交流電都采用高壓輸電，關(guān)于采用高壓輸電的優(yōu)點，下列說法正確的是 (　　)

29、 A．可節(jié)省輸電線的材料 B．可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率 C．可減少輸電線上的功率損失 D．可降低輸電線上的電壓損失 解析：選ACD.當(dāng)輸電功率一定時，設(shè)為P，P＝IU，I是輸電電流，U是輸電電壓，設(shè)輸電導(dǎo)線電阻為R，則輸電線上的損耗為P損＝I2R＝R，U損＝IR＝R，要減小損耗有兩條途徑：增大輸電電壓U、減小輸電電線電阻；輸電距離是一定的，要減小輸電電線電阻只能增大電線橫截面積，這樣就多用材料，如果采用更高的電壓輸電，就不用加粗導(dǎo)線，亦可換用鋁等電阻率稍大、但價格低廉的材料，A、C、D正確． 8．在電能輸電過程中，若輸電的電功率、輸電線的電阻一定，則在輸電線上損耗的電功率(　　)

30、 A．和輸電電壓的二次方成反比 B．和輸電電流的二次方成反比 C．和輸電線上的電壓降的二次方成正比 D．和輸電電流的二次方成正比 解析：選ACD.輸電線上的功率損耗ΔP＝I2R，電壓損耗ΔU＝U－U′＝IR，輸電電流I＝，所以ΔP＝I2R＝＝R.可見，在輸電功率P、輸電線的電阻R一定時，ΔP與I2成正比，與ΔU2成正比，與U2成反比．故選ACD. 9．一臺發(fā)電機的最大輸出功率為4 000 kW，輸出電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠方輸電，輸電線路總電阻R＝1 kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220 V　60 W)．若在輸電線路上損耗的功率為發(fā)電機

31、輸出功率的10%，變壓器T1和T2的損耗可忽略，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則(　　) A．T1原、副線圈的電流分別為103 A和20 A B．T2原、副線圈的電壓分別為1.8×105 V和220 V C．T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1 D．有6×104盞燈泡(220 V　60 W)正常發(fā)光 解析：選ABD.由輸電線路上損耗的功率ΔP＝400 kW＝IR可知輸電線中的電流I2＝20 A，對于T1，有P1＝U1I1，可知I1＝103 A，T1的變壓比為n1∶n2＝I2∶I1＝1∶50，選項A正確；根據(jù)P1＝P2＝U2I2，可知U2＝2×105 V，輸電線上損失的電壓U損＝I2

32、R＝2×104 V，則T2原線圈的輸入電壓為U3＝U2－U損＝1.8×105 V，又燈泡正常發(fā)光，可知副線圈輸出電壓為U4＝220 V，T2的變壓比為n3∶n4＝U3∶U4＝9 000∶11，選項B正確，C錯誤；根據(jù)U3I2＝60n，解得n＝6×104(盞)，選項D正確． 三、非選擇題 10．某發(fā)電站的輸出功率為104 kW，輸出電壓為4 kV，通過理想變壓器升壓后向80 km遠處用戶供電．已知輸電線的電阻率為ρ＝2.4×10－8 Ω·m，導(dǎo)線橫截面積為1.5×10－4 m2，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求： (1)升壓變壓器的輸出電壓； (2)輸電線路上的電壓損失． 解析：

33、設(shè)每根輸電線的電阻為r，則 r＝ρ＝2.4×10－8× Ω＝12.8 Ω， 理想變壓器，高壓輸出端功率P輸＝P0，P0為發(fā)電機功率． (1)設(shè)升壓變壓器的輸出電壓為U輸，輸電線上電流為I，由線路損失可得2·I2r＝P損 I＝?。健?A＝125 A， 由P輸＝U輸I得U輸＝＝＝80 kV. (2)輸電線路上的電壓損失 U損＝I·2r＝125×2×12.8 V＝3.2 kV. 答案：(1)80 kV　(2)3.2 kV 11．某一發(fā)電站輸出的電壓為220 V，輸出的電功率為44 kW，輸電線電阻為0.2 Ω. (1)求用戶得到的電壓和電功率各是多少？ (2)如果發(fā)電站用匝數(shù)比

34、為1∶10的變壓器將電壓升高，經(jīng)過同樣的輸電線后，再用匝數(shù)比為10∶1的變壓器將電壓降低供給用戶，用戶得到的電壓和電功率各是多少？ 解析：(1)當(dāng)發(fā)電站直接用220 V的電壓輸電時，輸電線路中的電流為I＝＝ A＝200 A 輸電線上損失的電壓和電功率分別為 U損＝IR線＝200×0.2 V＝40 V P損＝I2R線＝2002×0.2 W＝8×103 W＝8 kW 所以用戶得到的電壓和電功率分別為 U用＝U－U損＝220 V－40 V＝180 V P用＝P總－P損＝44 kW－8 kW＝36 kW. (2)通過變壓器升壓、降壓后向用戶供電的電路圖如圖所示． 升壓變壓器的輸出

35、電壓U′＝U＝×220 V＝2 200 V 輸電線中的電流I′＝＝ A＝20 A 輸電線上損失的電壓和電功率分別為 U損′＝I′R線＝20×0.2 V＝4 V P損′＝I′2R線＝202×0.2 W＝80 W 降壓變壓器的輸入電壓U降＝U′－U損′＝2 200 V－4 V＝2 196 V 所以此時用戶得到的電壓和電功率分別為 U用′＝U降＝×2 196 V＝219.6 V P用′＝P總－P損′＝44 kW－0.08 kW＝43.92 kW. 答案：(1)180 V　36 kW　(2)219.6 V　43.92 kW 12．有一臺內(nèi)阻為1 Ω的發(fā)電機，供給一個學(xué)校照明用電，如

36、圖所示，升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻R＝4 Ω，全校共22個班，每班有“220 V　40 W”的電燈6盞，若保證全部電燈正常發(fā)光，則： (1)發(fā)電機輸出功率多大？ (2)發(fā)電機電動勢多大？ (3)輸電效率是多少？ (4)若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，發(fā)電機輸出功率是否減半？ 解析：(1)對降壓變壓器P2′＝U2′I2＝U3I3＝nP燈＝22×6×40 W＝5 280 W，而U2′＝U3＝880 V，所以I2＝＝ A＝6 A．對升壓變壓器U1I1＝U2I2＝IR＋U2′I2＝(62×4＋5 280) W＝5 424 W，所以發(fā)電機的輸出功率P出

37、＝5 424 W. (2)因為U2＝U2′＋I2R＝(880＋6×4) V＝904 V，所以U1＝U2＝×904 V＝226 V，又U1I1＝U2I2，所以I1＝＝4I2＝24 A，E＝U1＋I1r＝(226＋24×1) V＝250 V. (3)η＝×100%＝×100%≈97%. (4)電燈減少一半時，n′P燈＝2 640 W. I2′＝＝ A＝3 A. 所以P出′＝n′P燈＋I2′2R＝2 640 W＋32×4 W＝2 676 W．　 發(fā)電機的輸出功率減小一半還要多，因輸電線上的電流減小一半，輸電線上功率的損失減小到原來的. 答案：(1)5 424 W　(2)250 V　(3)97%　(4)見解析 18