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  • 2021-05-28 发布

专题37+远距离输电(精讲)-2019年高考物理双基突破(二)

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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。‎ ‎(1)减少输电电能损失的两种方法 ‎①理论依据:P损=I2R.‎ ‎②减小输电线的电阻:根据电阻定律R=ρ,要减小输电线的电阻R,在保证输电距离情况下,可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法。‎ ‎③减小输电导线中电流:在输电功率一定的情况下,根据P=UI,要减小电流,必须提高电压。‎ ‎(2)输电线路功率损失的计算方法 ‎① P损=P-P′,P为输送的功率,P′为用户所得功率。‎ ‎ ②P损=IR线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻。‎ ‎③P损=,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻。‎ ‎④P损=ΔUI线,ΔU为输电线路上损失的电压,I线为输电线路上的电流。‎ ‎3.电压损失:‎ ‎(1)ΔU=U-U′;‎ ‎(2)ΔU=IR。‎ ‎4.功率损失:‎ ‎(1)ΔP=P-P′;‎ ‎(2)ΔP=I2R=()2R。‎ ‎5.输送电流:‎ ‎(1)I=;‎ ‎(2)I=。‎ ‎【题1】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 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 ‎【题2】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 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 ‎【答案】C ‎【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。‎ ‎【题3】(多选)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向用户供电。已知输电线的总电阻为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压u=220sin (100πt) V,降压变压器的副线圈与阻值R0=11 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是 A.通过R0电流的有效值是20 A ‎ B.降压变压器T2原、副线圈的电压比为4∶1‎ C.升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压 D.升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率 ‎【答案】ABD ‎【题4】(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 ‎【答案】AC ‎ 【解析】输电线路上损失电压ΔU=IR,在R一定时,ΔU和I成正比.若U越高,I=,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。 间的基本结构,如图所示。输电过程的电路被划分为三个独立的回路,即电源回路、输送回路和用户回路。在每个回路中,变压器的原线圈是回路的用电器,而相应的副线圈是下一个回路的电源,每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律,而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。‎ ‎2.抓住两个联系 ‎(1)理想的升压变压器联系了电源回路1和输送回路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输送回路2和用户回路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.掌握一个能量守恒定律 发电机把机械能转化为电能,并通过导线将能量输送给线圈1,线圈1上的能量就是远程输电的总能量,在输送过程中,先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分,剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗,所以其能量关系为P1=P线损+P用户。‎ ‎4.远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)‎ ‎(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:I线===。‎ ‎(4)输电线上损耗的电功率:P损=I线ΔU=IR线=()2R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。‎ ‎5.远距离输电问题的分析思路及常见的“三个误区”‎ ‎(1)分析思路: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)三个误区:‎ ‎①不能正确地利用公式P损=()2R计算输电线上的损耗功率导致错误;‎ ‎②不能正确理解升压变压器的输出电压U2、降压变压器的输入电压U3和输电线上损失的电压ΔU的关系导致错误,三者关系是U2=ΔU+U3;‎ ‎③不能正确理解升压变压器的输入功率P1、降压变压器的输出功率P4和输电线上损失的功率P损的关系导致错误,三者关系是P1=P损+P4。‎ ‎【题5】(多选)一台发电机最大输出功率为4000 kW,电压为4000 V,经变压器T1升压后向远方输电.输电线路总电阻为R=1 kΩ.到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220 V、60 W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则 A.T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A B.T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V C.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1‎ D.有6×104盏灯泡(220 V、60 W)正常发光 ‎【答案】ABD ‎【题6】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.当用户用电器总电阻增大时,输电线上损失的功率减小 ‎【答案】D ‎【题7】(多选)某发电机输出的交流电如图,经理想变压器升压后向远处输送,最后经理想变压器降压后输送给用户。则下列说法正确的是 A.发电机输出交流电的有效值为500 V B.用户获得的交流电频率为50 Hz C.若增加用户用电负载数量,输电线上损失的功率将增加 D.若增加升压变压器原线圈的匝数,输电线上损失的功率将减小 ‎【答案】BC ‎【解析】由题图图象可知交流电的最大值为Um=500 V,因此其有效值为U==250 V,故A错误;由题图可知,T=2×10-2 s,故f==50 Hz,故B正确;若增加用户用电负载的数量,总电阻减小,电流增大,由ΔP=I2R知损失功率增大,故C正确;增大升压变压器原线圈匝数,输出电压减小,损失的功率为ΔP=()2R,损失功率增大,故D错误。 的电压,负载变化时输入电压不会有大的波动。两条输电线总电阻用R0表示。当负载增加时,则 A.电压表V1、V2的读数几乎不变 B.电流表A2的读数增大,电流表A1的读数减小 C.电压表V3的读数增大,电流表A2的读数增大 ‎ D.电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变 ‎【答案】AD ‎【题9】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 ‎【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。 ‎ ‎【题10】如图所示为重庆某中学教学区供电示意图,供电部门通过理想变压器原线圈A、B端送电,虚线框内表示教学区内各教室的照明电路。已知变压器副线圈C、D两端距教学区输入端E、F距离较远,电路之间输电线电阻不能忽略,设定A、B端输入电压一定,则以下说法正确的是 ‎ ‎ A.如果教学区同时使用的电灯减少,A、B端输入功率仍不变 B.C、D端电压一定为220 V C.E、F端电压一定为220 V ‎ D.教学区内同时使用的电灯越多,E、F端输入电压越低 ‎【答案】D ‎【题11】某电厂要将电能输送到较远的用户,输送的总功率为9.8×104 W,电厂输出电压仅为350 V,为减少输送功率损失,先用一升压变压器将电压升高再输出。已知输电线路的总电阻为4 Ω,允许损失的功率为输送功率的5%,所需电压为220 V,求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少?‎ ‎【答案】1∶8 133∶11‎