课件53张PPT。5 电能的输送1.电阻定律公式：R=___。
2.焦耳定律公式：Q=_____，电功率公式：P=___，热功率公
式：P=___。
3.变压器的电压、电流、功率关系：
（1）电压关系：_______。
（2）电流关系：_______。
（3）功率关系：_____。I2RtUII2RP1=P2一、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——_____和_____稳定。
3.经济：输电线路建造和运行的费用低，电能_____少。
二、降低输电损耗的两个途径：
1.输电线上的功率损失：ΔP=___，I为输电电流，r为输电线的电阻。电压频率损耗I2r2.降低输电损耗的两个途径：
（1）减小输电线的_____：在输电距离一定的情况下，为了减
小_____，应当选用_______小的金属材料，还要尽可能增加导
线的_________。
（2）减小输电线中的_____：为减小输电_____，同时又要保
证向用户提供一定的电功率，就要_____输电电压。电阻电阻电阻率横截面积电流电流提高三、电网供电
1.远距离输电基本原理：在发电站内用___________升压，然
后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电
压。
2.电网输电的优点：
（1）降低一次能源的_________，获得最大经济效益。
（2）减小断电的风险，_____不同地区电力供需的平衡，保障
供电的_____。
（3）合理_____电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。升压变压器运输成本调剂质量调度【思考辨析】
1.判断正误：
（1）输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。（ ）
（2）降低输电损耗的唯一途径是减小输电线的电阻。
（ ）
（3）采用高压输电可以减少输电损耗。（ ）
（4）现在世界各国普遍采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式。（ ）
（5）采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。（ ）提示：（1）√。输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。
（2）×。降低输电损耗有减小输电线电阻和提高输电电压两个途径。
（3）√。提高电压，可以减小输电电流，从而降低损耗。
（4）×。现在世界各国不采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式，而是通过电网向用户供电。
（5）√。采用电网送电使电能更容易输送，故采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。2.问题思考：
（1）电能的应用越来越广泛，如图为常见的家用电器。电能的应用具有哪些优点？提示：①使用方便；
②便于转化且转化率高；
③便于输送、快捷。（2）为什么要采用高压输电？
提示：输电功率P=UI，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，可减小输电电流，从而减少输电线上的电能损失。一 输电线路上的电压及功率损失
1.输电线路上的电压损失：
（1）电压损失：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。
（2）减少输电线路电压损失的两种方法。
①减小输电线路电阻：由 可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻。
②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。2.输电导线上的电功率损失：
（1）电功率损失。
①原因：任何输电导线都有电阻，因此当电流通过输电导线向远方输送时，输电线因有电阻而发热。
②功率损失的计算：ΔP=I2R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻。
（2）减少功率损失的方法。
①减小输电线的电阻R，根据 ，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；增大导线的横截面积S，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 ，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，根据P损=
（ ）2R知，输电线上的功率损耗将降为原来的【特别提醒】（1）输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU=IR。
（2）输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率。
（3）无论从减少输电线路上的功率损失，还是减少电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流。【典例1】（多选）（2013·茂名高二检测）远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压器，当K由2改接为1时，下列说法正确的是（ ）
A.电压表读数变大 B.电流表读数变大
C.电流表读数变小 D.输电线损失的功率减小【解题探究】（1）K由2改接为1时，升压变压器的副线圈匝数_____，输电电压_____。
（2）K由2改接为1时，如何分析输电电流和输电线上损失的功率的变化？
提示：根据K由2改接1之后升压变压器匝数的变化，确定输送电压的变化和线路上输电电流的变化，从而确定输电线的功率损失和用户端电压的变化。增多提高【标准解答】选A、B。由 知，当K由2改接为1时，升
压变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数变大，输送电压变
大，降压变压器的输入电压和输出电压均变大，电压表示数变
大，选项A正确；降压变压器的输出电压变大时，流过灯泡的
电流I灯也变大，输电线上的电流I线也随着I灯的变大而变大，
所以电流表读数变大，选项B正确，C错误；I线变大时，输电
线损失的功率P线=I线2R变大，选项D错误。【变式训练】如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是（ ）A.减小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功率损耗
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【解析】选B。依据输电原理，电路中的功率损耗ΔP=I2R线，而R线= ，减小输电线的横截面积，输电线的电阻会增大，则会增大输电线上的功率损失，A错；由P=UI可知，P一定的情况下，输送电压U越大，I越小，ΔP越小，B对；若输送电压一定，输送功率越大，则电流I越大，ΔP越大，C错；输送电压并不一定越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，D错。二 高压输电线路的分析与计算
1.输送过程图：2.对高压输电（输送回路）中几个电压的理解：
（1）输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。
（2）用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。
（3）损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值（ΔU=U2-U3=I2R），形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。3.基本关系式：
（1）功率关系：
P1=P2，P2=P线+P3，P3=P4。
（2）电压、电流关系：
U2=U线+U3，I2=I3=I线。
（3）输电电流：I线=
（4）输电导线上损耗的电功率：【特别提醒】（1）物理量较多，注意不要混淆，如电压U1、U2、ΔU、U3、U4的物理意义，功率P1、P2、P3、P4的区别和联系等。
（2）在高压输电线路中升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，但升压变压器的输出电流等于降压变压器的输入电流。【典例2】（2013·济宁高二检测）水力发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。某小河水流量为40m3/s，现欲在此河段安装一台发电功率为1 000千瓦的发电机发电。
（1）设发电机输出电压为500V，在输送途中允许的电阻为5Ω，允许损耗总功率的5%，则所用升压变压器原、副线圈匝数比应是多少？
（2）若所用发电机总效率为50%，要使发电机能发挥它的最佳效能，则拦河坝至少要建多高？（g取10m/s2）【解题探究】（1）要求解升压变压器原、副线圈匝数比，可
以根据损耗功率先求出_________，再求出_________，根据
_______求匝数比。
（2）利用水能发电过程中的能量转化是怎样的？
提示：50%的重力势能转化为电能。输电电流输电电压【标准解答】（1）设送电电流为I，损耗的功率为P耗，导线电阻为R线，由P耗=I2R线得：
设送电电压为U送，由P=IU得：
则升压变压器原、副线圈匝数比：（2）发电时水的重力势能转化为电能，故
50%mgh=Pt
其中 =1×103×40 kg/s=4×104 kg/s
所以
答案：（1）1∶20 （2）5 m【总结提升】分析输电类问题时要注意的三点
（1）要弄清输电导线的电阻是功率损失和电压损失的原因所在；
（2）在高压输电中，一般是通过电流来计算相关的电压、功率或热量等；
（3）结合欧姆定律、焦耳定律和变压器的相关知识来解出正确答案。【变式训练】（2013·白城高二检测）如图所示，某水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V，通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。若输电线上损失的功率为5kW，不计变压器的损耗，求：（1）输电导线上输送的电流；
（2）升压变压器的输出电压U2；
（3）降压变压器的匝数比。【解析】（1）输电线上的电流为I，
（2）根据P2=U2I2，
（3）降压变压器的输入电压
U3=U2-IR=4 000 V-25×8 V=3 800 V，
降压变压器的匝数比
答案：（1）25 A （2）4 000 V （3）【变式备选】某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处供电。已知输电导线的电阻率为ρ=2.4×10-8Ω·m，导线横截面积为1.5×10-4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：
（1）升压变压器的输出电压；
（2）输电线路上的电压损失。【解析】（1）输电线的电阻为
P损=P1×4%=400 kW
P损=I22R，得I2= =125 A
由P2=P1，P2=I2U2，得升压变压器的输出电压U2= =
80 000 V。
（2）输电线上的电压损失：ΔU=I2R=3 200 V。
答案：（1）80 000 V （2）3 200 V【典例】有一台内阻为1Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4Ω。全校共有22个班，每班有“220V 40W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则（1）发电机的电动势为多大？
（2）发电机的输出功率为多大？
（3）输电效率为多少？【标准解答】由题意知U4=220 V
则
由降压变压器变压关系：
得
由降压变压器变流关系：
得
又因为U2=U3+I2R=880 V+6×4 V=904 V
由升压变压器变压关系：
得U1=226 V由升压变压器变流关系：
得I1=24 A
所以（1）发电机的电动势：
E=U1+I1r=250 V。
（2）发电机的输出功率
P出=EI1-I12r=5 424 W。
（3）输电的效率
答案：（1）250 V （2）5 424 W （3）97%【案例展示】（12分）某发电站通过燃烧煤来发电，每1kg标准煤完全燃烧放出2.93×107 J的热能，①发电效率为80%。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用于生产和照明的用户，发电机输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器原、副线圈匝数比是1∶25，②输电线上功率损失为4%，用户需用电压为220 V。则：（1）输电线的电阻和③降压变压器的匝数比是多少？
（2）若有60kW分配给生产用电，其余电能用来照明，那么④可装25W的电灯多少盏？
（3）完全燃烧10kg煤有多少热能转化为电能？审题——抓住信息，快速推断答题——规范解题，步步得分
（1）如图所示，升压变压器副线圈两端电压
（1分）
所以 （1分）输电线上损失的功率：I22R=4%P，
得R≈15.6 Ω。
降压变压器原线圈两端电压为：
U3=U2-I2R≈6×103 V。 （2分）
所以 （1分）
（2）由能量守恒可知：P=PR+P生产+P照明，
所以P照明=P-PR-P生产=3.6×104 W，
可装25 W电灯盏数n= =1 440盏。 （3分）（3）燃烧10 kg煤可放出的热能为10×2.93×107 J=
2.93×108 J。 （2分）
转化为电能的部分为2.93×108 J×80%
=2.34×108 J。 （2分）
答案：（1）15.6 Ω 300∶11 （2）1 440盏
（3）2.34×108 J1.（多选）（基础理论辨析题）关于电能的输送，下列说法正确的是（ ）
A.减小输电线的电阻和电流是降低输电损耗的两个途径
B.减小输电线电流的方法是降低电压
C.输电线电阻为R，输电电压为U，则功率损失
D.输电线电阻为R，输电电流为I，则功率损失ΔP＝I2R
E.采用电网供电，是输电技术的重要发展【解析】选A、D、E。减小输电线的电阻和电流是降低输电损耗的两个途径，A正确；提高输电电压才能减小输电电流，B错误；由于输电电压只有一小部分加在输电线上，R两端的电压不等于输电电压U，故C错误；输电线功率损失ΔP=I2R，D正确；采用电网供电，是输电技术的重要发展，E正确。2.在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是（ ）
A.使输电线粗一些 B.减小输电线长度
C.减少通电时间 D.采用高压输电
【解析】选D。从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻、减小输电电流，减小电阻已达到目前技术的极限了，因此，应当采用高压输电，减小输电电流。3.（多选）（2013·茂名高二检测）某发电站采用高压输电向外输送电能。若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R，则下列说法正确的是（ ）
A.输电导线上的电流
B.输电导线上的电流
C.输电导线上损失的功率P=（ ）2R
D.输电导线上损失的功率P=
【解析】选B、C。输电电流I= ，B对；输电导线损失的功率P=I2R＝（ ）2R，C对。4.发电机输出功率为40 kW，输出电压为400 V，用变压比（原、副线圈匝数比）为1∶5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5 Ω，到达用户后再用变压器降为220 V，求：
（1）输电线上损失的电功率是多少？
（2）降压变压器的变压比是多少？【解析】（1）发电机输出的电压为400 V，经升压变压器后电压为U= ×400 V=2.0×103 V，由P=UI得输电线上的电流
输电线上的功率损失ΔP=I2r=202×5 W=2.0×103 W
（2）输电线上的电压损失ΔU=Ir=20×5 V=100 V
加在降压变压器原线圈两端的电压
U3=U-ΔU=2.0×103 V-100 V=1.9×103 V
降压变压器副线圈两端的电压（用户所需的电压）
U4=220 V
降压变压器的变压比
答案：（1）2.0×103 W （2）95∶11温馨提示：
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课时提升卷（十一）
电能的输送
（40分钟 50分）
一、选择题（本题共6小题，每小题5分，共30分）
1.远距离输送一定功率的交流电，若输送电压提高，则（ ）
A.输电线上的电压损失增大
B.输电线上的电能损失增大
C.输电线上的电压损失不变
D.输电线上的电能损失减少
2.（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的电流成正比
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
3.（多选）（2013·武汉高二检测）某小型水电站的电能输送示意图如图所示。发电机的输出电压为200V，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220V的用电器正常工作，则（ ）
A.>
B.<
C.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
4.（2013·青岛高二检测）随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，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（ ）
A.输电线上损耗的功率为
B.输电线上损耗的功率为
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
5.寒冷的冬季，低温雨雪冰冻天气容易让高压输电线因结冰而损毁，为清除高压输电线上的结冰，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9I B.输电电流为I
C.输电电压为U D.输电电压为3U
6.（多选）（2013·郑州高二检测）如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处为用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有（ ）
A.U2减小，U4变大 B.U2不变，U3变小
C.P1变小，P2变小 D.P2变大，P3变大
二、非选择题（本题共2小题，共20分。需写出规范的解题步骤）
7.（10分）某交流发电机输出功率为5×105W，输出电压为U=1.0×103V，假如输电线的总电阻R=10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U用户=380V。
（1）画出输电线路的示意图。（标明各部分的符号）
（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）
8.（10分）（能力挑战题）风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图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：
（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。
（2）画出此输电线路的示意图。
（3）用户得到的电功率是多少。
答案解析
1.【解析】选D。由P=UI知，输电线的电流为I=，当输电电压U提高时，电流减小，由ΔU=IR得，输电线上的电压损失减少，再由P线=I2R线，可知输电线上的电能损失减少，D选项正确。
2.【解析】选A、C。输电线路上损失的电压ΔU=IR，在R一定时，ΔU和I成正比。U越高，根据I=可知，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=（）2R，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故A、C正确。
【变式备选】假设甲、乙两地原采用500kV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 000kV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. B. C.2P D.4P
【解析】选A。由P=UI可知由500kV的超高压输电变为1000kV特高压输电时，因为输送功率不变，故输电线电流变为原来的，再根据P损=I2R线可得输电线上损耗的电功率将变为，故A项正确。
3.【解析】选A、D。对于升压变压器，电压关系为=，对于降压变压器，=，故>，A正确，B错误；由于输电线上有电压损失，故U3
4.【解析】选C。设发电厂输出功率为P，则输电线上损耗的功率ΔP=P-P0，
ΔP=I2R=，A、B两项错误；采用更高的电压输电，可以减小导线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，C项正确；采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，则发电厂输出的总功率减少，故可提高输电的效率，D项错误。
5.【解析】选C。输电线上的热损耗功率变为原来的9倍，由公式P=I2R得电流变为原来的3倍，即3I，A、B项错；输电线上输送的电流大小为I=，则输电电压为原来的，即U，所以C正确，D错误。
6.【解析】选B、D。由理想变压器输出决定输入可得，当用户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P1增大，输入电压U1为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压U2不变，由于P1增大，由P1=U1I1=P2=U2I2可知，I1增加，P2、I2增加，由闭合电路欧姆定律：U3=U2-I2R，故U3减小；降压变压器原、副线圈匝数不变，所以随U3减小，U4减小，由于用户功率增加，即P4增加，理想变压器无功率损耗，可得：P3=P4，功率P3也增加。综上所述，A、C错误，B、D正确。
7.【解析】（1）画出电路如图所示：
（2）I1==500A
P损=5%P=5%×5×105W=2.5×104W
P损=IR，I2==50A
I3===A=1.25×103A
所以===
===。
答案：（1）见解析（2）1∶10 25∶1
【总结提升】远距离输电问题的解题技巧
在求解与远距离输电有关问题时，会涉及较多的物理量，常发生同类物理量之间相互混淆的现象。因此，弄清楚各物理量间的关系是解决此类问题的关键。
（1）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）以变压器为界将输电线路分为三个独立的回路，每个回路都可以用欧姆定律、串并联电路的特点、电功和电功率的公式计算。联系各个回路的桥梁是原、副线圈的电压与匝数的关系，电流与匝数的关系以及输入功率与输出功率的关系。
8.【解题指南】解答本题时可按以下思路分析：
（1）根据损失功率可求出输电线上的电流及用户得到的功率。
（2）根据升压变压器的输出功率可求升压后的电压。
（3）根据损失电压可求降压变压器的输入电压。
【解析】（1）输电线损失的功率
P损=P×4%=100kW×4%=4kW。
输电线电流I2==A=20A。
升压变压器输出电压U2==V=5×103V。
升压变压器原、副线圈匝数比：===。
电压损失U损=I2R线=20×10V=200V。
降压变压器原线圈端电压U3=U2-U损=4 800V。
降压变压器原、副线圈匝数比==。
（2）如图所示
（3）用户得到的功率P户=P-P损=96kW。
答案：（1）1∶20 240∶11 （2）见解析图 （3）96kW
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