☆大庆英杰物理工作室☆2015-2016高二同步辅导资料
第五节 电能的输送
1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。
2．知道降低输电损耗的两个途径。
3．了解电网供电的优点和意义。
理论知识一 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。
3．电压损失
(1) ΔU＝U－U′；(2) ΔU＝IR
4．功率损失
(1) ΔP＝P－P′；(2) ΔP＝I2R＝R
5．输送电流
(1) I＝；(2) I＝。
6．远距离输电应用
远距离输电问题的“三二一”
(1) 理清三个回路
(2) 抓住两个联系
①、理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2。
②、理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4。
(3) 掌握一个守恒
能量守恒关系式P1＝P损＋P3
【例1】如图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I1，其末端间的电压为U1。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I2。则( )
A．用户端的电压为
B．输电线上的电压降为U
C．理想变压器的输入功率为Ir
D．输电线路上损失的电功率为I1U
【例2】某变电站用220 V的电压送电，导线损失功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少?
【例3】发电机的端电压为220 V，输出的电功率为44 kW，输电线电阻为0.2 Ω，求用户得到的电压和电功率各是多少?如果发电站用匝数比为1∶10的变压器将电压升高，经过同样的输电线后再用匝数比为10∶1的变压器将电压降低供给用户，用户得到的电压和电功率各是多少?21教育网
【例4】 有条河流，流量Q=2 m3/s，落差h=5 m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻R=30 Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需要,则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?能使多少盏“220 V 100 W”的电灯正常发光?（g取10 N/kg)
1．(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
2．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
B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V
C．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定
D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
3．2013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2.5×10－4Ω，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( )21世纪教育网版权所有
型号
AED6500S
输出电压范围
220～300 V
最大输出功率
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
4．远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是( )21cnjy.com
A．＝ B．I2＝
C．I1U1＝IR D．I1U1＝I2U2
5．(多选)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( )21·cn·jy·com
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
6．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( )www.21-cn-jy.com
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
7．如图所示为远距离输电的电路原理图，下列判断正确的是( )
A．U1>U2 B．U2＝U3
C．I4I2
8．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示，发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为r Ω，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4＝n∶1，降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示，降压变压器的副线圈与阻值为R0＝22 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器，则下列说法正确的是( )2·1·c·n·j·y
A．发电机产生交流电的频率为0.5 Hz
B．降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式为
u＝220sin 100πt(V)
C．通过R0的电流的最大值为20 A
D．输电线损失的功率为 W
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第五节 电能的输送
1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。
2．知道降低输电损耗的两个途径。
3．了解电网供电的优点和意义。
理论知识一 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。
3．电压损失
(1) ΔU＝U－U′；(2) ΔU＝IR
4．功率损失
(1) ΔP＝P－P′；(2) ΔP＝I2R＝R
5．输送电流
(1) I＝；(2) I＝。
6．远距离输电应用
远距离输电问题的“三二一”
(1) 理清三个回路
(2) 抓住两个联系
①、理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2。
②、理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4。
(3) 掌握一个守恒
能量守恒关系式P1＝P损＋P3
【例1】如图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I1，其末端间的电压为U1。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I2。则( )
A．用户端的电压为
B．输电线上的电压降为U
C．理想变压器的输入功率为Ir
D．输电线路上损失的电功率为I1U
【例2】某变电站用220 V的电压送电，导线损失功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少?
【解析】设输送功率为R,输电线路电阻为R.
导线损失功率P损=I2R=()2R.可知在输送功率P及输电线路一定的情况下,有P损∝,则有
====2
所求输送电压U2=2U1=440 V.
【答案】440 V
【例3】发电机的端电压为220 V，输出的电功率为44 kW，输电线电阻为0.2 Ω，求用户得到的电压和电功率各是多少?如果发电站用匝数比为1∶10的变压器将电压升高，经过同样的输电线后再用匝数比为10∶1的变压器将电压降低供给用户，用户得到的电压和电功率各是多少?21世纪教育网版权所有
输电线中电流I′== A=20 A
输电线上损失的电压和电功率分别为
U损′=I′R线=20×0.2 V=4 V
P损′=I2′R线=202×0.2 W=80 W=0.08 kW
降压变压器初级电压
U降=U′-U损′=2 200 V-4 V=2 196 V
降压变压器次级电压为
U用′=U降=×2 196 V=219.6 V
所以,用户得到的电压和电功率分别为
U用′=U降′=219.6 V
P用′=P总′-P损′=44 kW-0.08 kW=43.92 kW.
【答案】180 V 36 kW 219.6 V 43.92 kW
【例4】 有条河流，流量Q=2 m3/s，落差h=5 m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻R=30 Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需要,则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?能使多少盏“220 V 100 W”的电灯正常发光?（g取10 N/kg)
【解析】设ρ为水的密度
电源端：P输出=mgh/t×50%
=Qρgh×0.5
=2×1×103×10×5×0.5 W=5×104 W
输出电压U0=240 V;输送电路如图所示.
为满足输电要求,据ΔP损=I送2R
有I送=== A=10 A
则送电电压为U送== V=5×103 V
所以升压变压器的变压比为n1∶n2=U0∶U送=240∶(5×103)=6∶125
输电线电压损失ΔU损=I送R=10×30 V=300 V
用户端：U1=U送-ΔU损=5×103 V-300 V=4 700 V,据题意可知,U2=220 V,所以降压变压器的匝数比为n1′∶n2′=U1∶U2=4 700∶220=235∶11.因为理想变压器没有能量损失,所以可正常发光的电灯盏数为：21教育网
N===470(盏).
【答案】n1∶n2=6∶125 n1′∶n2′=235∶11 N=470盏
1．(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
【解析】输电线路上损失电压ΔU＝IR，在R一定时，ΔU和I成正比，A正确；若U越高，I＝，I越小，那么ΔU越小，B错误；输电线路上损失的功率ΔP＝I2R，当P一定时，I＝，所以ΔP＝R，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故C正确，D错误。21cnjy.com
【答案】AC
2．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
B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V
C．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定
D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
3．2013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2.5×10－4Ω，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( )www.21-cn-jy.com
型号
AED6500S
输出电压范围
220～300 V
最大输出功率
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
【解析】当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时，输电线路中的电流为I＝＝200 A，A错；导线电阻为R＝2.5×10－4×400×2 Ω＝0.2 Ω，则发电机的实际输出电压为U输＝U＋IR＝260 V，B错；在输电线路上损失的电功率为P损＝I2R＝8 kW，C对；如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流，则其输出电压的最大值是Um＝U输＝368 V，D错。2·1·c·n·j·y
【答案】C
4．远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是( )【来源：21·世纪·教育·网】
A．＝ B．I2＝
C．I1U1＝IR D．I1U1＝I2U2
【解析】由于理想变压器的电流比与匝数比成反比，即＝，A错；由于R两端的电压不等于U2，故B错；由能量关系可得U1I1＝IR＋P用，故C错；由功率关系，P入＝P出可得I1U1＝I2U2，D项正确。21·世纪*教育网
【答案】D
5．(多选)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( )www-2-1-cnjy-com
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
【解析】由理想变压器输出功率决定输入功率可得，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可得，I1增加，P2、I2增加，由闭合电路欧姆定律得U3＝U2－I2R，故U3减小，降压变压器原、副线圈匝数不变，所以U4减小，故选项A错误，选项B正确；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，由以上分析可知P1、P2增大，故选项C错误，选项D正确。21·cn·jy·com
【答案】BD
6．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( )2-1-c-n-j-y
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
【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＝I2R＝，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。
【答案】C
7．如图所示为远距离输电的电路原理图，下列判断正确的是( )
A．U1>U2 B．U2＝U3
C．I4I2
【解析】在远距离输电的过程中，第一级为升压过程，故U1I2，A错误、D正确；由部分电路欧姆定律可得U3＝U2－I2R线，B错误；由于第二级为降压过程，故U3>U4，由U3I2＝U4I4，可知I2【答案】D
8．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示，发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为r Ω，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4＝n∶1，降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示，降压变压器的副线圈与阻值为R0＝22 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器，则下列说法正确的是( )【来源：21cnj*y.co*m】
A．发电机产生交流电的频率为0.5 Hz
B．降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式为
u＝220sin 100πt(V)
C．通过R0的电流的最大值为20 A
D．输电线损失的功率为 W
【解析】变压器不改变交流电的频率，由图乙可知交流电的频率为f＝ Hz＝50 Hz，A错误；由图乙知降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝220sin 100πt(V)，B正确；通过R0的电流的最大值为Im＝＝ A＝10 A，有效值为I＝＝10 A，C错误；根据变压器电流比关系可知通过输电线的电流为I3＝I＝ A，故输电线损失的功率为P＝Ir＝ W，D正确。
【答案】BD
