专题54 远距离输电-高考全攻略之备战2018年高考物理考点一遍过 20页

一、远距离输电 ‎1．输电过程（如图所示）‎ ‎2．输送电流 ‎（1）；‎ ‎（2）。‎ ‎3．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。‎ ‎4．电压损失 ‎（1）ΔU=U–U′；‎ ‎（2）ΔU=IR。‎ ‎5．功率损失 ‎（1）ΔP=P–P′；‎ ‎（2）ΔP=I2R=()2R。‎ ‎6．降低输电损耗的两个途径 ‎（1）减小输电线的电阻，由电阻定律可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积；‎ ‎（2）减小输电导线中的输电电流，由P=UI可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流。‎ 二、远距离输电问题 ‎1．远距离输电的处理思路 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．远距离高压输电的几个基本关系（以下图为例）‎ ‎（1）功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3；‎ ‎（2）电压、电流关系：，，U2=ΔU+U3，I2=I3=I线；‎ ‎（3）输电电流：；‎ ‎（4）输电线上损耗的电功率：P损=I线ΔU=I线2R线=R线。‎ 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。‎ ‎3．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了回路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了回路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 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输电电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV高压输电，最后用户得到220 V、9.5 kW的电，求：‎ ‎（1）水电站升压变压器原、副线圈匝数比；‎ ‎（2）输电线路导线电阻R；‎ ‎（3）用户降压变压器、原副线圈匝数比。‎ ‎【参考答案】（1） （2） （3）‎ ‎【详细解析】（1）升压变压器原、副线圈匝数比为 ‎（2）导线电阻R与输送电流和输电线上损失的电功率有关，有 而输送电流决定于输出电压及输送功率，所以有 联立有 ‎（3）设降压变压器原线圈上电压为，则 ‎ ‎ 所以降压变压器原、副线圈匝数比为。‎ ‎1．在如图所示的远距离输电的电路图中，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，开关S闭合后，下列说法正确的是 A．升压变压器的输出电压增大 B．降压变压器的输入电压减小 C．流过灯泡L的电流减小 D．发电厂的输出功率增大 ‎【答案】BCD ‎2．一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给某工厂，已知发电机的输出功率为50 kW，输出电压为500 V，升压变压器原、副线圈匝数比为1:5，两个变压器间的输电导线的总电阻为15 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器本身的损耗忽略不计，在输电过程中电抗造成电压的损失不计，求：‎ ‎（1）升压变压器副线圈两端的电压；‎ ‎（2）输电线上损耗的电功率；‎ ‎（3）降压变压器原、副线圈的匝数比。‎ ‎（4）该厂安装的都是“220 V 40 W”的电灯，不考虑其他电器，则允许同时开多少盏灯？‎ ‎【答案】（1） （2） （3） （4）‎ 则输电线损耗功率 ‎（3）输电线上损耗的电压 降压变压器原线圈 降压变压器匝数比 ‎（4）‎ 所以灯的盏数盏 ‎1．如图为实用型高温超导电缆，利用超导电缆可实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V。若用临界温度以下的超导体电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为 A．1 kW B．10 kW C．1.6 kW D．1.6×103 kW ‎2．在远距离高压输电线路中，设输送电功率、输电线路上损失的功率、导线长度和材料均相同，若两次输电电压U1:U2=1:k，则此两种情况下导线横截面积S1:S2为 A．1:k B．k:1‎ C．1:k2 D．k2:1‎ ‎3．如图所示，发电机的输出电压U1和输电线的电阻r均不变，变压器均为理想变压器。随夏季来临，空调、冷风机等大功率电器使用增多，下列说法中正确的 A．变压器的输出电压U2增大，且U2>U1‎ B．变压器的输出电压U4增大，且U42R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时 A．A1、A2两表的示数相同 B．L1、L2两灯泡的亮度相同 C．R1消耗的功率大于R3消耗的功率 D．R2两端的电压小于R4两端的电压 ‎1．A【解析】输电导线上的输电电流，则输电线上损失的电功率P′=I2R=502×0.4 W=1 000 W，则若用超导材料可节约的电能为1 kW，故A项正确。‎ ‎【名师点睛】输电线是纯电阻电路，损失功率可以用三个公式求解，ΔP=I2R==ΔUI，其中ΔU是电压损耗，而不是输电电压。‎ ‎3．C【解析】由于发电厂的输出电压不变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压U2不变，升压变压器U1U3，所以，故A正确，B错误；由于远距离输电，输电线电阻不能忽略，导致输电线路上电压损失，使功率损失，所以升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，升压变压器的 输出功率大于降压变压器的输入功率，故C错误，D正确。故选AD。‎ ‎【名师点睛】理想变压器的输入功率与输出功率相等，且没有漏磁现象。远距离输电，由于导线通电发热导致能量损失，所以通过提高输送电压，从而实现降低电损。‎ ‎7．B【解析】根据理想变压器输入功率决定于输出功率，所以在用电高峰期，由输出功率变大可知输入功率变大，又因为输出电压稳定。所以输出电流变大，选项A错误；输电线电阻一定，电流增大，所以输电线路的功率损失变大，选项B正确；线圈的电压只与输入电压及原、副线圈匝数比有关，所以都不会随功率增大而发生变化，选项CD错误。故选B。‎ ‎8．B【解析】根据输出功率P=UI，得出输出电流，从而得出输出电压，根据求出损耗的功率，根据能量守恒求出用户得到的功率。根据得，输电线上的电流，A正确；当U是导线上损失的电压，可以用电流得出输电线上的电流，然而本题中U为输电电压，B错误；输电线上损耗的功率，C正确；损失的电压，故D正确。‎ ‎10．AC【解析】根据题意，所有灯都正常工作，它们的总功率为，总电流为：，由得两个变压器之间输电线上的电流为，输电线上损耗的电功率。升压变压器的输出功率为，而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率：，AC正确；降压变压器上的输入电压，输电线上的电压损失为，因此升压变压器的输出电压为，升压变压器的输入电压为 ‎，升压变压器的输入电流为，故发电机的电动势，BD错误。‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键知道升压变压器的输出功率等于线路损耗功率和降压变压器的输入功率之和，发电机的输出功率等于升压变压器的输出功率，以及知道升压变压器的输出电压等于电压损失与降压变压器的输入电压之和。‎ ‎11．AC【解析】根据，知输送功率不变，输送电压变为原来的20倍，则输电电流降为原来的，故A正确，B错误。根据P损=I2R得，电流降为原来的，则输电线上损耗的功率减为原来的。故C正确，D错误。故选AC。‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键掌握输送功率与输送电压和电流的关系，以及知道输电线上损耗的功率P损=I2R=，注意ΔU不是输电电压，而是输电线上的电压损失。‎ ‎【名师点睛】增加输电导线的横截面积能减小电阻，因此，有利于减少输电过程中的电能损失，高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗，输送的电功率越大，则输电线上流过的电流越大，输电过程中的电能损失越大，高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好。‎ ‎13．AD【解析】输送的功率一定，根据P=UI，知输电电压越高，输电电流越小，根据P损=I2R，知输电线上损耗的能量就小，在允许功率损耗相同的情况下，可以适当减小导线的横截面积，故AD正确，BC错误。故选AD。‎ ‎14．AC【解析】因降压变压器副线圈两端交变电压为，则副线圈电压有效值。由知流过电阻的电流，因变压器工作原理知变压器原副线圈两端电压、电流分别与匝数的关系为：和。由此知降压变压器原线圈两端电压 ‎，有，故；降压变压器原线圈中流过的电流，有，故。则电压表示数，故A选项正确；由选项A分析知电流表的示数即流过的电流大小，故，故B选项错误；输电线上损失的功率，故C选项正确；发电机的输出功率。故D选项错误。故选AC。‎ ‎【名师点睛】掌握住理想变压器的电压、电流之间的关系：电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，最大值和有效值之间的关系即可解决本题。‎ ‎15．（1） （2）n=900盏 ‎ V U3=U2–ΔU=10 000–400=9 600 V ‎（2）P灯=P– kW n=P灯/P1=36×103/40=900盏 ‎16．（1）见解析 （2） （3）‎ ‎【解析】（1）输电线路的示意图如图所示 ‎（2）用户得到的电功率 ‎（3）输电线损耗功率，又 输电线电流 原线圈中输入电流 所以 这样，‎ 所以 ‎17．（1） （2）盏 而 根据电流与匝数成反比，则有：‎ U3=U2–I2R线=(500×10–40×10) V=4 600 V 根据电压与匝数成正比，则：‎ ‎（2）据降压变压器输入功率等于输出功率有：P3=P4=200–16=184 kW 灯可以消耗的功率是：P灯=104 kW 所以还可装灯的盏数为：盏 ‎18．（1） W （2）‎ ‎【解析】（1）根据理想变压器的变压规律得输电电压 输电电流：‎ 输电线上损失的功率 W ‎（2）输电线上损失的电压 降压变压器原线圈两端的电压U3=U2–ΔU=12 000 V–100 V=11 900 V 根据理想变压器的变压规律得：‎ ‎19． I2=20 A 又P线=I22R线 输电线电流I2=I3=20 A 原线圈中输入电流 ‎20．（1）P出=5 424 W （2）‎ ‎【解析】（1）全校消耗的总功率：P用=NP0=22×40×6 W=5 280 W 设线路电流为I线，用电器电压为U4，降压变压器原线圈电压为U3，则根据变压比：，解得：‎ 线路损失功率 那么发电机的输出功率为：P出=P用+P损=5 280 W+144 W=5 424 W ‎（2）发电机的电流为：‎ 升压变压器的输入电压为：‎ 发电机的电动势为：‎ ‎【名师点睛】正确解答本题需要掌握：理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系。理想变压器电压和匝数关系。‎ ‎21．（1）P损=144 W （2）E=250 V ‎（2）降压变压器上U3=4U4=880 V 输电线上的电压损失为UR=IRR=24 V 因此升压变压器的输出电压为U2=UR+U3=24+880=904 V 输入电压为 输入电流为I1=4I2=24 A 发电机内阻上的电压Ur=I1r=24 V 发电机的电动势E=U1+Ur=226 V+24 V=250 V ‎【名师点睛】理想变压器的输入功率与输出功率相等，且没有漏磁现象。远距离输电，由于导线通电发热导致能量损失，所以通过提高输送电压，从而实现降低电损。输电线上的损失功率与其电流的平方成正比，而与输电线两端的电压的平方成反比。‎ ‎22．D【解析】取==k>1，降压变压器与L1部分可等效为电阻r====k2RL，则A1示数I3==，A2示数I2=，由+kRL–2R–RL=(k–1)(RL–)>0，故I3=I2，故L1更亮，B错误；由I3