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  • 2021-05-27 发布

专题11-4+远距离输电-2018年高三物理一轮总复习名师伴学

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专题11.4+远距离输电 课前预习 ● 自我检测 ‎1. 判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”‎ ‎ (1)高压输电的目的是增大输电的电流。( × )‎ ‎(2)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输送过程中损失的功率越小。( × )‎ ‎(3)变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定。( √ )‎ ‎2.(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(  )‎ 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 ‎【答案】 BD ‎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2.5×10-4 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 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 ‎【答案】 C 课堂讲练 ● 典例分析 ‎【典例1】图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其它因素的影响,则输电线上损失的电功率为(  )‎ A.         B. C.422r D.422r ‎【答案】 C ‎【解析】 原线圈电压的有效值:U1=,根据=可求;U2=,又因为是理想变压器,所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P,所以输电线上的电流I=,输电线上损失的电功率为P′=I22r=4r22,所以C正确,A、B、D错误。‎ ‎【典例2】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 ‎【答案】 A ‎【反思总结】‎ ‎1. 解远距离输电问题必备技巧 ‎(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量。‎ ‎(2)抓住变压器变压前后各物理量间的关系,求出输电线上的电流。‎ ‎(3)计算电路功率问题时常用关系式:P损=IR线,注意输电线上的功率损失和电压损失。‎ ‎(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则,说明原线圈电流由副线圈电流决定 ‎2. 远距离输电模型 ‎(1) 输电过程的电压关系:U2=U3+Ur,即升压变压器副线圈两端电压U2等于降压变压器原线圈两端电压U3与输电线上的电压Ur之和。‎ ‎(2) 输电过程功率的关系:P1=P2+Pr,即升压变压器原、副线圈功率P1等于降压变压器原、副线圈功率P2与输电线损失功率Pr之和;输电线上损失功率Pr=Ir,其中输电电流I2=。‎ ‎(3) 解题过程中应注意变压器原副线圈之间电流、电压、功率的制约关系。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎1. 如图所示为远距离输电的示意图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。闭合开关S后(  )‎ A.升压变压器的输出电压增大 B.降压变压器的输出电流减小 C.输电线上损耗的功率增大 D.输电线上交流电的频率减小 ‎【答案】 C ‎2.如图所示,匝数为n=100、面积为S=0.448 m2的导线框ABCD所在处的磁感应强度大小B= T。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω=100π rad/s匀速转动,并与理想升压变压器相连进行远距离输电,升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5,理想降压变压器副线圈接入一只“220 V 1 100 W”的灯泡,且灯泡正常发光,输电线路总电阻r=20 Ω,导线框及其余导线电阻不计,电表均为理想电表。则下列说法中正确的是(  )‎ A.电压表的读数为448 V B.输电线路的电流为0.98 A C.电流表的读数为2.5 A D.降压变压器的原、副线圈匝数比为5∶1‎ ‎【答案】 ACD 设降压变压器的匝数比是n∶1,则降压变压器中的输入电流 I3=·I4=②‎ 该电流即为输电线中的输电电流,则输电线上损失的电压 ΔU3=I3·r③‎ 降压变压器的输入电压U3=U送-I3·r④‎ =⑤‎ 联立①②③④⑤得n=5,U3=1 100 V,I3=1 A,故B错误,D正确;升压变压器副线圈的电流与输送的电流是相等的,I2=I3=1 A,由于电流与匝数成反比,所以升压变压器原、副线圈电流之比为=,所以I1=I2=×1 A=2.5 A,故C正确。‎ ‎ 课后巩固 ● 课时作业 ‎1.一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为(  )‎ A.200           B.400‎ C.1 600 D.3 200‎ ‎【答案】 B ‎【解析】 根据变压器的变压规律=得,n2=n1=×800=400匝,选项B正确。‎ ‎2. 图示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是(  )‎ A.电压表V1示数增大 B.电压表V2、V3示数均增大 C.该变压器起升压作用 D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 ‎【答案】 D ‎3.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则(  )‎ A.U=66 V,k= B.U=22 V,k= C.U=66 V,k= D.U=22 V,k= ‎【答案】 A ‎【解析】 原、副线圈电压比等于匝数比,根据副线圈负载电阻的电压U,可知副线圈电压为U,原线圈电压为3U,副线圈电流I2=,根据=得原线圈电流I1=,那么原线圈输入电压220 V=3U+×R,整理可得U=66 V;原、副线圈电阻消耗的功率根据P=I2R,电阻相等,I1∶I2=1∶3,可得功率之比为P1∶P2=1∶9,即k=。根据以上分析可知选项A正确。‎ ‎4.一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是5∶1,原线圈接入电压为220 V的正弦交流电,各元件正常工作,一只理想二极管和一个滑动变阻器R串联接在副线圈上,如图所示,电压表和电流表均为理想交流电表。则下列说法正确的是(  )‎ A.原、副线圈中的电流之比为5∶1‎ B.电压表的读数约为44 V C.若滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω,则1分钟内产生的热量为2 904 J D.若将滑动变阻器的滑片向上滑动,则两电表读数均增大 ‎【答案】 C ‎5. 如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶10,在T1的原线圈两端接入一正弦交流电,输电线的总电阻为2r=2Ω,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,若T2的“用电设备”两端的电压为U4=200V且“用电设备”消耗的电功率为10kW,不考虑其他因素的影响,则(   )‎ A.T1的副线圈两端电压的最大值为2010V B.T2的原线圈两端的电压为2000V C.输电线上损失的电功率为50W D.T1的原线圈输入的电功率为10.1kW ‎【答案】 ABC ‎【解析】 =,解得U3=2000V,“用电设备”中的电流I4===50A,输电线上的电流I2=I3==5A,输电线上损失的电压为ΔU=I2·2r=10V,升压变压器副线圈两端的电压U2=U3+ΔU=2010V,T1的副线圈两端电压的最大值为2010V,A、B正确;输电线上损失的电功率ΔP=I·2r=50W,C正确;T1的原线圈输入的电功率为P′=P+ΔP=10000W+50W=10050W,D错误。‎ ‎6、如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为(  )‎ A. B. ‎ C. 422r D. 422r ‎【答案】 C ‎7. 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向R0=11 Ω的纯电阻用电器供电。已知输电线的总电阻R=10 Ω,T2的原、副线圈匝数比为4∶1,用电器两端的电压为u=220sin 100πt(V),将T1、T2均视为理想变压器。下列说法正确的是(  )‎ A.降压变压器的输入功率为4 400 W B.升压变压器中电流的频率为100 Hz C.输电线消耗的功率为500 W D.当用电器的电阻减小时,输电线消耗的功率减小 ‎【答案】 A ‎ ‎【解析】 由题可知,用电器两端电压有效值为220 V,交流电频率f== Hz=50 Hz,由电功率公式可知,降压变压器输出功率P==4 400 W,理想变压器输入功率与输出功率相等,故A项正确;理想变压器不改变交变电流的频率,B项错;由变压规律=可知,降压变压器输入电压为880 V,由电功率定义式P=UI可知,降压变压器输入电流为I=5 A,由焦耳定律可知,输电线电阻消耗的功率P=I2R=250 W,C项错;当用电器的电阻减小时,输出功率增大,故降压变压器输入功率增大,从而输入电流增大,再由P=I2R可知,输电线消耗的功率增大,D项错。‎ ‎8.在远距离输电时,要尽量考虑减少输电线上的功率损失。有一个电站,输送的电功率P ‎=500kW,当使用U=5kV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能表一昼夜表示数相差4800kW·h。求:‎ ‎(1) 输电效率η和输电线总电阻r。‎ ‎(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。‎ ‎【答案】(1)60% 20Ω (2)22.4kV ‎9.发电机的端电压为220 V,输出电功率为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,经输电线路后,再用初、次级匝数比为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,求用户得到的功率和电压。‎ ‎【答案】 (1)略 (2)219.6 V 43.92 kW (3)36 kW 180 V ‎【解析】 (1)线路图如图所示:‎ ‎(2)升压变压器次级的输出电压 U2=U1=2200 V 升压变压器次级输出电流I2=I1‎ 升压变压器初级输入电流,由P=U1I1得 I1== A=200 A 所以I2== A=20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=4 V PR=IR=0.08 kW ‎(3)若不采用高压输电,线路损失电压为 U′R=I1R=40 V 用户得到的电压 U′=U1-U′R=180 V 用户得到的功率为P′=U′I1=36 kW。‎ ‎ ‎