（浙江专版）2018-2019学年高中物理 第五章 第5节 电能的输送讲义（含解析）新人教版选修3-2.doc

电能的输送降低输电损耗的两个途径探新知基础练1输送电能的基本要求(1)可靠：指保证供电线路可靠的工作，少有故障。(2)保质：保证电能的质量电压和频率稳定。(3)经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。2降低输电损耗的两个途径要减少输电线路上的功率损失，由公式P损I2R线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流。(1)要减小电阻，从R看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体。(2)从公式PIU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压。前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。3高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离送电采用的电压有110 kV,220 kV,330 kV，输电干线已采用550 kV，西北电网甚至达到750 kV。(2)高压输电并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压。辨是非(对的划“”，错的划“”)1仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少。()2在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小。()3一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银，原因是同种情况下，使用银材料，输电线损失的功率大。()答案：1.2.3.释疑难对点练1输电线路中的几个概念(1)输电电压：是指加在输电线始端的电压，如图中的U。注意：输电电压是发电厂输出端电压U，而不是用户端得到的电压U。(2)损失电压：是指输电线路始端电压U与末端电压U的差值，即损失在输电线路上的电压。U损UUIR线R线。由公式可知，输电电流I越大，则损失的电压U损越大。(3)输送功率：是指输电线始端输入的功率，如图中的P，PIU。(4)损失功率：是指由于输电线发热而消耗的功率，即输送功率与用户实际得到功率的差值。P损I2R线2R线PP。由P损I2R线知，I越大，P损越大。2高压输电原理由P损R线可知，要使P损降低，可有两个途径：一是使导线电阻尽可能小；二是提高输电电压。高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实际输送电能时，还需综合考虑各种因素，选择合适的输电电压。关于输电线路上的功率损耗的计算，主要考虑因导线电阻的存在而发热造成的损失，故由P损I2R线及U损IR线可知P损I2R线IU损，但必须注意，式中U损为输电线路上的电压损失，不能与输电线路的始端电压U或末端电压U相混淆，U损UU。虽然降低功率损耗有两个途径，但是导线的电阻过低，会使导线过粗，故从降低电阻这一方面来说是有一个限度的。另外输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济，所以远距离输电都采取高压输电的方式。试身手1水电站向小山村输电，输送电功率为50 kW，若以1 100 V送电，则线路损失为10 kW，若以3 300 V送电，则线路损失可降为()A3.3 kWB1.1 kWC30 kWD11 kW解析：选B由PUI，PI2r可得：Pr，所以当输送电压增大为原来的3倍时，线路损失变为原来的，即P1.1 kW，B正确。电网供电探新知基础练1远距离输电基本原理在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。2电网通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络。3电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。辨是非(对的划“”，错的划“”)1从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。()2为减小远距离输电的损失可采取增大输送电流的措施。()3远距离输电线上的功率损失与输电线上电压损失的平方成正比。()4采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。()答案：1.2.3.4.释疑难对点练远距离输电线路原理图：1正确理解几个基本关系(1)功率关系：P1P2，P2P损P3，P3P4。(2)电压关系：，U2U线U3，。(3)电流关系：，I2I线I3，。(4)输电电流：I线。(5)输电导线上损耗的电功率P损P2P3I线2R线U线I线。(6)输电导线上的电压损失U线I线R线U2U3。2分析远距离输电电路的有效方法：理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个(能量守恒)定律。(1)三个回路：回路：由发电机和输电线路的升压变压器的原线圈1组成。这个回路又可称为发电机电路(或输入电路)。在这个电路中，发电机是电源，线圈1相当于用电器，导线的直流电阻可以忽略。通过线圈1中的电流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，即I1I机，U1U机，P1P机。回路：由输电线路的升压变压器的副线圈2和降压变压器的原线圈3组成。这个回路又可称为输送电路。在这个电路中，线圈2相当于电源，而线圈3相当于用电器，由于线圈2与线圈3相距较远，输电导线的电阻(设为R线)不可忽略，故R线也是该回路中的一个用电器。回路：由用户与降压变压器的副线圈4组成。这个回路又可称为输出电路。在这个电路中，线圈4相当于电源，由它向用户供电，考虑到变压器与用户相距较近，线路中导线的电阻可忽略不计。(2)两个联系：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：，I1n1I2n2，P1P2；线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：，I3n3I4n4，P3P4。(3)一个定律：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回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1P损P用户。试身手2远距离高压输电时，已知升压变压器的输出电压为U，功率为P，降压变压器的输入电压为U，输电线的电阻为R，则输电线损耗的功率P损，可用下列哪种方法计算()AP损BP损CP损DP损解析：选D升压变压器的输出电流为I，由焦耳定律可知损耗的功率为P损I2RR。故D正确。输电线上功率损失的计算典例1在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P，用户得到的电功率为P用，则P、P用的关系式正确的是()APBPCP用PDP用P思路点拨首先根据电阻定律计算输电线的电阻，再根据输送的功率及电压求出电流，然后利用PI2R求出输电线上损失的功率，最后根据P、P、P用之间的关系求出用户得到的功率。解析输电线电阻R，输电电流I，故输电线上损失的电功率为：PI2R2用户得到的功率为：P用PPP。故选D。答案D(1)计算输电线上损失的功率可以有多种方法：P损I2R线U损I。(2)用户得到的功率可以根据用户所用电器计算，也可以根据公式P用P输P损计算。远距离输电典例2远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是()A输电线上的电流变为原来的n倍B输电线上的电压损失变为原来的1/n2C输电线上的电功率损失变为原来的1/nD若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍解析由公式PUI知，当U变为原来的n倍时，I变为原来的；输电线上的电压损失：UR线电功率损失：P损2R线输电线电阻R线，当l变为原来的n2倍时，电阻增大为原来的n2倍，由式知P损不变。综上所述，D正确。答案D典例3发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，每条输电线的电阻为0.2 ，求：(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为110的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经101的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？思路点拨 解析(1)输电线上的电流IR A200 A损失的电压URIRR20020.2 V80 V损失的功率PRURIR80200 W16 kW故用户得到的电压U用户UUR140 V用户得到的功率P用户PPR28 kW。(2)已知升压变压器的匝数比n1n2110输入电压U1220 V因此，升压变压器的输出电压U2U12 200 V输电线上的电流IR A20 A损失的电压URIRR2020.2 V8 V损失的功率PRURIR820 W160 W因此，降压变压器的输入电压U3U2UR2 192 V已知降压变压器的匝数比n3n4101所以用户得到的电压U4U3219.2 V用户得到的功率P用户PPR43.84 kW。答案(1)140 V28 kW(2)219.2 V43.84 kW本题是输送电压和输送功率一定的问题，计算这类问题，一般是根据要求从前向后逐步进行；若已知用户得到的电压和功率，则一般是根据题目要求从后向前逐步进行。课堂对点巩固1在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是()A使输电线粗一些B减短输电线长度C减少通电时间D采用高压输电解析：选D从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻或减小输电电流。减小电阻的方法实现起来较困难，因此应当采用高压输电，减小输电电流。D正确。2假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为()A.B.C2PD4P解析：选A输送电功率不变，则输电电压与输电电流成反比，所以用1 000 kV特高压输电时，输电电流为原来输电电流的一半；而输电线上损耗的电功率与输电电流的平方成正比，所以输电线上损耗功率为原来输电线上损耗功率的，即，A项正确。3下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是()A因为热功率P，所以应降低输送的电压，增大输电导线的电阻，才能减小输电导线上的热损耗B因为热功率PIU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗C因为热功率PI2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D以上说法均不正确解析：选C在求热损耗时，可用P损I线2R线或P损U线I线，也可用P，但U必须为输电线两端的电压。可得C正确。4某发电站输送的电功率为P500 kW，当使用U5 kV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度表一昼夜示数相差4 800度。求：(1)这时的输电效率和输电线的总电阻r；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，发电站应使用多高的电压向外输电。解析：(1)由于输送功率为P500 kW，一昼夜输送电能EPt12 000度，终点得到的电能E7 200度，因此效率100%60%。输电线上的电流I，解得I100 A，输电线损耗功率PrI2r，其中Pr kW200 kW，解得r20 。(2)输电线上损耗功率Pr2r，原来Pr200 kW，现在要求Pr10 kW，计算可得输电压 U22.4 kV。答案：(1)60%20 (2)22.4 kV课堂小结课时跟踪检测(十三)一、单项选择题1以下关于电能输送的说法不正确的是()A输送电能的基本要求是可靠、保质、经济B减小输电导线上功率损失的唯一方法是要采用高压输电C增大导线的横截面积可以减小输电导线上的功率损失D实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件解析：选B输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。减小输电线上的功率损失可采用高压输电，也可以减小输电线电阻，即增大导线横截面积，但不经济。实际输电时，应综合考虑各种因素。故选B。2边远农村电网改造中，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采用的措施有()A提高输送功率B增大输送电流C提高输电电压D减小输电导线的横截面积解析：选C提高输电电压和减小输电线电阻(即增大输电导线的横截面积)都可减少远距离输电的损耗，易知C选项正确。3关于电能输送的以下分析，正确的是()A由公式P知，输电电压越高，输电线上功率损失越少B由公式P知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少C由公式PI2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大D由公式PUI知，输电导线上的功率损失与电流成正比解析：选C输电线上损失的功率P损I2R线，U损指输电线上的分压，而不是输电电压，比较各选项可知，选项C正确。4(2016浙江兰溪一中高二检测)在电能的输送过程中，若输送的电功率一定，则关于输电线上损耗的电功率的以下说法中不正确的是()A与输送电压的平方成反比B与输电线上的电压降的平方成正比C与输送电压成反比D与输电线中的电流的平方成正比解析：选C由PI线2R线2R线知，A正确，C错误；由P知B正确；由PI线2R线知D正确。5远距离输电，原来用电压U0输电，在输电线上损失的电功率为P0，现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的1/10，则输电电压应为()A100 U0B. U0C.D.解析：选B设线路电阻为r，损失电功率为P损I2r，线路电流为I，解得P损r，则P损，当P损为原来的时，U0 U0，选项B正确。6远距离输电线路的示意图如图所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是()A升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压解析：选C变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项A、B错误；用户用电器总电阻减少，根据P，消耗功率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C项正确；升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压，D项错误。7用U1和U2两种电压通过相同长度和材料的导线输电，若输送的电功率相等，在输电导线上损失的电功率也相同，则在两种情况下输电导线截面积之比S1S2为()A.B.C.2D.2解析：选C由输送的电功率PIU，损失的电功率PI2R，得PR。由题意知，R1R2，由此得，因为R，所以。C项正确。8“西电东送”工程中为了减少输电损耗，必须提高输电电压。从西部某电站向华东某地区输送的电功率为1106 kW，输电电压为1 000 kV，输电线电阻为100 。若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为()A1105 kWB1104 kWC1106 kWD1103 kW解析：选A输电电流I，输电线路损失的电功率P损I2R2R1105 kW；当改用超导材料输电时，不损失电能，因此减少的输电损耗就等于P损，A正确。二、多项选择题92016年入夏以来，我国南方省市部分地区出现持续高温、少雨天气，引起不同程度旱情，导致大面积农作物受灾，造成群众饮水短缺等基本生活困难，电力部门全力确保灾区的用电供应。如图所示，发电厂的输出电压和输电线的电阻、变压器均不变，如果发电厂欲增大输出功率，则下列说法正确的是()A升压变压器的输出电压不变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减小解析：选AC由题意可知，输电线中电流一定增大，输电线上损耗的功率占总功率的比例增大，选项C正确，D错误；发电厂的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，输电线上电压损失增大，降压变压器的输入电压减小，输出电压减小，选项A正确，B错误。10某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则()A.B.C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率解析：选AD由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故D正确。，因为U1200 VU4220 V，U2U3U2U线，故，A正确。11(2017浙江东阳高二检测)远距离输送交变电流都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV高很多的电压进行输电，采用高压输电的优点是()A可节省输电线的铜材料B可根据需要调节交流电的频率C可减小输电线上的能量损失D可加快输电的速度解析：选AC远距离输电往往输送的电功率一定，根据PUI知，输送电压U越高，则输送电流I越小，据P损I2r知，在输电线损耗一定的情况下，输电线电阻可略大，导线可做得细一些或选择电阻率略大的材料(非铜材料)；若输电线确定，即r确定，则可减小输电线上的能量损耗，故选项A、C正确。交变电流的频率是一定的，不需调节，输电的速度就是电磁波的传播速度，故选项B、D错误。三、非选择题12在远距离输电时，如果升压变压器输出电压是2 000 V，输出功率是10 kW，输电线电阻是20 ，求：(1)输电线上损失的功率和损失的电压；(2)用户能得到的功率和电压。解析：(1)由P出I线U出，得I线 A5 A，则输电线上损失的功率P损I线2R5220 W500 W，损失的电压UI线R520 V100 V。(2)用户得到的电压和功率分别为U用U出U2 000 V100 V1 900 V，P用P出P损10103 W500 W9 500 W。答案：(1)500 W100 V(2)9 500 W1 900 V