【推荐】专题48 远距离输电-2017-2018学年高二物理专题提升之电学 13页

一：专题概述 远距离输电问题 ‎1．理清三个回路 回路1：发电机回路。该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。‎ 回路2：输送电路。I2＝I3＝IR，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3。‎ 回路3：输出电路。I4＝I用， U4＝U用，P4＝P用。‎ ‎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．掌握两种损耗 ‎(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU＝U2－U3＝IRR线。‎ ‎(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP＝P2－P3＝IR线。输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式ΔP＝IR线或ΔP＝。‎ ‎4．掌握一个守恒 能量守恒关系式P1＝P损＋P4。‎ 二：典例精讲 ‎1．输电的几个关系 典例1：(多选)在如图所示的远距离输电电路图中，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，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（ ） ‎ A. 升压变压器的输出电压增大 B. 降压变压器的输出电压增大 C. 输电线上损耗的功率减小 D. 输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 ‎【答案】CD ‎2． 输电线上功率损失 典例2：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—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. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】交流电源的电压的有效值为，根据公式可得输送电压为 ‎，因为输送功率为P，则输送电流为，输电线上损失的电功率为，联立解得 ‎，C正确．‎ ‎3．远距离输电与动态分析问题 典例3：如图所示为某小型电站高压输电示意图．发电机输出功率恒定，升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2．下列说法正确的是（ ）‎ A. 采用高压输电可以增大输电线中的电流 B. 升压变压器原、副线圈匝数比 ‎ C. 输电线损耗的功率为 D. 将P上移，用户获得的电压将升高 ‎【答案】D ‎4．远距离输电与传感器结合问题 典例3：(多选)如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW，则下列说法中正确的有(　　)‎ A．降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 Hz B．远距离输电线路损耗功率为180 kW C．当出现火警时，电压表V的示数变小 D．当出现火警时，输电线上的电流变小 ‎【答案】AC 三 总结提升 ‎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)减小输电导线中的电流：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．远距离高压输电的几个基本关系(以图2为例)‎ 图2‎ ‎(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.‎ ‎3．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：(a)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；(b)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；(c)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.‎ 四 提升专练 ‎1.(多选) 远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是( )‎ A. 可节省输电线的材料 B. 可根据需要调节交流电的频率 C. 可加快输电的速度 D. 可减少输电线上的能量损失 ‎【答案】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．‎ ‎2.(多选)据悉长白快速铁路项目将于2017年5月竣工，项目建成后长春至白城的运行时长将压缩在2小时以内，电力机车供电系统如图所示。发电厂利用升压变压器将低压交流电升至110kV，牵引变电所利用降压变压器将电力系统输送来的高压交流电变换为27.5kV，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压不变，输电线的电阻不能忽略，。若机车功率的增大，则（ ）‎ A. 升压变压器的输出电压增大 B. 降压变压器的输出电压增大 C. 输电线上损耗的功率增大 D. 输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 ‎【答案】CD ‎3.目前我国远距离输送交流电用的电压有110kV、220kV和330kV，输电干线已经采用500kV的超高压，西北电网的电压甚至达到750 kV．采用高压输电是为了 A. 加快输电的速度 B. 降低输电的技术要求 C. 方便调节交流电的频率 D. 减小输电线上的能量损失 ‎【答案】D ‎【解析】输电过程中输送的功率一定时，根据，可知，损失功率与送电电压的平方成反比，故采用高压输电的优点是可减少输电线上的电能损失，D正确；ABC错误；故选D。‎ ‎4.(多选)图是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. 增加输电导线的截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B. 高压输电是通过增大输电电压来减小输电线中的电流，有利于减小输电过程中的电能损失。‎ C. 在输送电压一定是=时，输送的电功率越大，输电过程中电能损失越小。‎ D. 高压输电时必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好。‎ ‎【答案】ABD ‎5.(多选) 在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损耗的功率 A. 随输电线电阻的增大而增大 B. 和输送电压的平方成正比 C. 和输送电压的平方成反比 D. 和输电线上电流的平方成正比 ‎【答案】ACD ‎【解析】输电线上损失的电功率等于电线的发热功率计算要根据P损= I2R求解。‎ 输电线上的功率损失P损=式中U为输电线上的电压降，所以B错误，ACD正确。故答案选ACD.‎ ‎6.(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和降压变压器向用户供电．已知输电线的总电阻为，降压变压器的原、副线圈匝数之比为，降压变压器副线圈两端交变电压，降压变压器的副线圈与阻值的电阻组成闭合电路．若将变压器视为理想变压器，电流表和电压表均为理想电表，则以下说法正确的是（ ）‎ A. 电压表的示数为 B. 电流表的示数为 C. 输电线上损失的功率为 D. 发电机的输出功率为 ‎【答案】AC ‎7.(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 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 ‎【答案】BD ‎8.(多选)如图所示为某小型电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率为20kW。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1：10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻为10，则下列说法正确的是 A. 采用高压输电可以增大输电线中的电流 B. 升压变压器的输出电压U2=2000V C. 用户获得的功率为19kW D. 将P下移，用户获得的电压将增大 ‎【答案】BC ‎【解析】A、根据高压输电原理，提高输电电压，输电电流减小，A错误；‎ B、根据电流互感器的原理，输电电流： ，输电电压： ，B正确；‎ C、输电线上的功率损失： ，用户获得的功率为： ‎ ‎，C正确；‎ D、将P下移，降压变压器原线圈匝数增加，根据变压器的变压规律，副线圈的电压减小，用户获得的电压将减小，D错误；故选BC。‎ ‎9.(多选)某同学在实验室中研究远距离输电．由于输电线太长，他将每100米导线卷成一卷，共卷成8卷来代替输电线路(忽略输电线路的电磁感应)．在输送功率相同时，第一次直接将输电线与学生电源及用电器相连，测得输电线上损失的功率为，第二次采用如图所示的电路输电，其中理想变压器与电源相连，其原、副线圈的匝数比为，理想变压器与用电器相连，测得输电线上损失的功率为．下列说法正确的是 A. 前后二次实验都可用于研究远距离直流输电 B. 实验可以证明， 采用升压变压器(匝数比为)能减小远距离输电的能量损失 C. 若输送功率一定，则 D. 若输送功率一定，则 ‎【答案】BD ‎ ，故D正确，C错误．故选BD．‎ ‎10.有一台发电机通过升压和降压变压器给用户供电，已知发电机的输出功率是300kW，端电压为800V，升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=1:15，两变压器之间输电导线的总电阻r=1.0，降压变压器输出电压U4=220V，求：‎ ‎（1）升压变压器的输出电压.‎ ‎（2）输送线路损失的功率.‎ ‎（3）输送线路损失的电压.‎ ‎（4）降压变压器的原、副线圈的匝数比.‎ ‎【答案】(1)12000V、(2)625W、(3)25V、(4)2395/44 ‎ ‎11.某发电厂通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明组成的用户，发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1:25，输电线上的功率损失为4%，用户所需要的电压为220V，则：‎ ‎(1)输电线的电阻和降压变压器的原、副线圈匝数比各为多少？画出输电线路示意图；‎ ‎(2)若有60kW分配给生产用电，其余电能用来照明，那么能装25W的电灯多少盏？‎ ‎【答案】(1) R＝15.625 Ω , ,‎ ‎ ‎ ‎ (2) N＝1.44×103盏 ‎【解析】(1)根据匝数比与原、副线圈电流成反比确定输电线中的电流，由输电线上消耗的功率确定输电线的电阻，在电能的分配上能量守恒．在处理变压器的关系时，一般将副线圈作为电源，原线圈作为用电设备来处理．输电线路示意图如图所示．‎ 升压变压器副线圈两端电压 输电线上的电流 输电线上损失的功率为PR＝4%P＝I2R 则 ‎12.如图所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户（升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器），若发电机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求：‎ ‎（1）升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；‎ ‎（2）若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。‎ ‎【答案】（1） 6 250 V 16 A （2）15．625 Ω 6 000 V ‎【解析】根据变压器输入电压与输出电压之比等于匝数之比求出升压变压器的输出电压．结合功率与输出电压的关系求出输出的电流．根据功率关系，结合焦耳定律求出输电线上的电阻，结合电压损失求出降压变压器原线圈的输入电压．‎ ‎ ‎ ‎(2) ，P损＝0.04P1‎ 所以 ‎ 因为△U=U2-U3=I2R线 所以U3=U2-I2R线=6250-16×15.6=6000V