2025新課改-高中物理-選修第2冊（16講）11 B電能的輸送 中檔版

2025新課改-高中物理-選修第2冊（16講）11B電能的輸送中檔版電能的輸送知識點：電能的輸送一、輸送電能的基本要求1．可靠：指供電線路可靠地工作，故障少．2．保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定．3．經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少．二、降低輸電損耗的兩個途徑1．輸電線上的功率損失：P＝I2r，I為輸電電流，r為輸電線的電阻．2．降低輸電損耗的兩個途徑(1)減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下，為了減小電阻，應(yīng)當(dāng)選用電阻率小的金屬材料，還要盡可能增加導(dǎo)線的橫截面積．(2)減小輸電線中的電流：為了減小輸電電流，同時又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高輸電電壓．三、電網(wǎng)供電1．遠(yuǎn)距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓．2．電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)．3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經(jīng)濟效益．(2)減小斷電的風(fēng)險，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡．(3)合理調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高．技巧點撥一、輸電線上的電壓和功率損失1．輸電線上的電壓損失圖2ΔU＝U－U′＝Ir＝eq\f(P,U)r.2．輸電線上的功率損失(1)ΔP＝I2r，其中I為輸電線上的電流，r為輸電線的電阻．(2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝eq\f(ΔU2,r)，其中ΔU為輸電線上的電壓損失．3．減少電壓損失和功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻r，根據(jù)r＝ρeq\f(L,S)，可減小電阻率ρ，目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導(dǎo)線材料；也可增大導(dǎo)線的橫截面積S，但過粗的導(dǎo)線會多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難．(2)減小輸電電流I，根據(jù)I＝eq\f(P,U)，在輸送功率P一定，輸電線電阻r一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸送電流可減為原來的eq\f(1,n)，輸電線上的功率損耗將降為原來的eq\f(1,n2).二、解決遠(yuǎn)距離高壓輸電問題的基本方法1．首先應(yīng)畫出遠(yuǎn)距離輸電的電路圖(如圖)，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(yīng)位置．2．理清三個回路：回路1：P1＝U1I1回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R線＋P3，I2＝I3回路3：P4＝U4I4.3．常用關(guān)系(1)功率關(guān)系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.(2)電壓關(guān)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4).(3)電流關(guān)系：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，I2＝I線＝I3，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3).(4)輸電電流：I線＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(ΔU,R線).(5)輸電線上損耗的電功率：ΔP＝P2－P3＝I線2R線＝eq\f(ΔU2,R線)＝ΔU·I線．(6)輸電線上的電壓損失：ΔU＝I線R線＝U2－U3.例題精練1．（2021?淄博二模）圖甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器。升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1：100，其輸入電壓如圖乙所示，遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為100Ω。降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖，其中R1為一定值電阻，R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，當(dāng)溫度升高時其阻值變小。電壓表顯示加在報警器兩端的電壓（報警器未畫出）。未出現(xiàn)火警時，升壓變壓器的輸入功率為750kW。下列說法中正確的有（）A．降壓變壓器副線圈輸出的交流電方向每秒鐘改變50次 B．未出現(xiàn)火警時，降壓變壓器的輸入電壓為22kV C．未出現(xiàn)火警時，降壓變壓器的輸出功率為570kW D．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時，電壓表的示數(shù)變大2．（2021?湛江校級模擬）某發(fā)電廠用2.2kV的電壓將電能輸送到遠(yuǎn)處的用戶，后改用22kV的電壓，仍然用該輸電線路輸送同樣的電功率。則前后兩種輸電方式消耗在輸電線上電功率之比為（）A．1：1 B．10：1 C．100：1 D．1000：1隨堂練習(xí)1．（2021?三明三模）遠(yuǎn)距離輸電線路簡化如圖所示，圖中標(biāo)示了電壓、電流和線圈匝數(shù)，其中輸電線總電阻為R，若電廠輸送電功率不變，變壓器均可視為理想變壓器，則（）A．n2I1＝n1I2 B．輸電線損失的電功率為 C．電廠輸送的電功率為U2I2 D．提高輸送電壓U2，則輸電線電流I2增大2．（2021?沙坪壩區(qū)校級模擬）相比于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，供電問題是困擾5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的難題之一，一個100kV變電站給某4G基站供電，線路電阻為90Ω，現(xiàn)要將該基站改造為5G基站；如圖所示.5G基站功耗為4kW，要求線路損耗為總功耗的20%，在只更換變壓器（均為理想變壓器）的前提下，高壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)變?yōu)椋ǎ〢．100：3 B．200：3 C．250：3 D．400：33．（2021春?黃埔區(qū)校級期中）如圖為遠(yuǎn)距離輸電的示意圖，若電廠輸出電壓不變，輸電線路的電阻為R，下列表述正確的是（）A．U1＜U2＜U3 B．損耗的功率為 C．在輸出功率不變的條件下，若U2提高為原來的10倍，輸電線上損失的功率為原來的 D．用戶功率增大，則輸電過程電能損耗越小綜合練習(xí)一．選擇題（共20小題）1．（2021春?荔灣區(qū)校級期中）如圖是某小型電站高壓輸電示意圖，升壓、降壓變壓器均為理想變壓器，輸電線總電阻為R，設(shè)發(fā)電機輸出電壓不變，則用戶端負(fù)載增加（用電高峰期）時，下列說法錯誤的是（）A．降壓變壓器輸出電壓增大 B．升壓變壓器輸出電壓不變 C．輸電線上損失的電壓增大 D．發(fā)電機的輸出功率增大2．（2021春?湖南月考）某電站通過升壓變壓器和降壓變壓器（均可視為理想變壓器）遠(yuǎn)距離給用戶輸電，已知該電站的輸出功率為6×105kW，測得升壓變壓器的副線圈兩端的電壓為1000kV，測得降壓變壓器的原線圈兩端的電壓為9.4×102kV，則下列說法正確的是（）A．輸電線上輸送的電流為6×103A B．輸電線的總電阻為100Ω C．若改用500kV的電壓輸電，則輸電線上損失的功率為原來的2倍 D．若改用250kV的電壓輸電，則輸電線上損失的功率為原來的8倍3．（2021春?煙臺期中）如圖所示，某小型水電站發(fā)電機輸出的電功率P＝22kW，發(fā)電機的輸出電壓為u1＝400sin100πt（V），經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)距離輸電，已知升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1：n2＝1：11，輸電線的總電阻為r＝22Ω，最后通過降壓變壓器將電壓降為220V向用戶供電。若兩個變壓器均為理想變壓器，則下列說法正確的是（）A．用戶端交流電的頻率為100Hz B．用戶得到的功率為20kW C．輸電線上損失的功率為500W D．降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3：n4＝39：24．（2021?遂寧模擬）遠(yuǎn)距離輸電線路簡化如圖所示，電廠輸送電功率不變，變壓器均為理想變壓器，圖中標(biāo)示了電壓電流，其中輸電線總電阻為R，則（）A．I2＝ B．輸電線損失的電功率為 C．提高輸送電壓U2，則輸電線電流I2增大 D．電廠輸送電功率為U2I25．（2021春?鼓樓區(qū)校級月考）如圖所示為某小型電站高壓輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機輸出功率為20kW。在輸電線路上接入一個電流互感器，其原、副線圈的匝數(shù)比為1：10，電流表的示數(shù)為1A，輸電線的總電阻為10Ω，則下列說法正確的是（）A．采用高壓輸電可以增大輸電線中的電流 B．若將P下移，用戶獲得的功率一定增加 C．用戶獲得的功率為190kW D．升壓變壓器的輸出電壓U2＝2000V6．（2021春?盱眙縣校級月考）“西電東送”是我國一項重大的能源發(fā)展戰(zhàn)略，也是我國西部大開發(fā)的四大工程之一。將西部地區(qū)的電能輸送到東部地區(qū)，為了減少輸電過程中的電能損失，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電應(yīng)采用的最有效的方法是（）A．增大輸電的電流 B．提高輸電電壓 C．減小輸電線電阻 D．以上辦法都不行7．（2021?河南模擬）如圖是變電所為市區(qū)用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時電網(wǎng)電壓波動極小，可視為不變。變壓器可視為理想變壓器，其變壓比通過P可調(diào)，輸電線的電阻為R0，則下列判斷錯誤的是（）A．當(dāng)用戶增多負(fù)載增大時，用戶獲得的電壓會有所降低 B．當(dāng)用戶增多負(fù)載增大時，R0的功率會增大 C．當(dāng)用戶增多負(fù)載增大時，為了使用戶獲得的電壓穩(wěn)定在220V應(yīng)將P適當(dāng)上調(diào) D．當(dāng)用戶增多負(fù)載增大時，為了使用戶獲得的電壓穩(wěn)定在220V應(yīng)將P適當(dāng)下調(diào)8．（2021?天津模擬）如圖甲所示是街頭常見的變壓器，圖乙是街頭變壓器給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時輸入電壓基本不變。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，兩條輸電線的總電阻用R0表示，電阻器R代表用戶用電器的總電阻，當(dāng)用電器增加時，相當(dāng)于R的值減小。不考慮變壓器的能量損耗，下列說法正確的是（）A．變壓器原線圈的導(dǎo)線應(yīng)該比副線圈的粗 B．用電器增加時，輸電線損耗的功率減小 C．用電器增加時，變壓器的輸出功率增大 D．用電器增加時，用電器兩端的電壓保持不變9．（2021春?始興縣校級期中）如圖所示為某山區(qū)小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機輸出的電壓和輸電線路上的電阻恒定，用電器均為純電阻元件。當(dāng)用電高峰來臨時，下列判斷正確的是（）A．用電器等效電阻R0變大 B．升壓交壓器T1的輸出電壓變大 C．降壓變壓器T2的輸出電壓不變 D．輸電線路總電阻R上消耗的功率變大10．（2021?昆明一模）某電站向遠(yuǎn)處輸電，輸電線的總電阻為50Ω，輸送功率為1.0×105kW。若采用500kV高壓輸電，下列說法正確的是（）A．采用高壓輸電，是為了增大輸電線上的電流 B．輸電線上的電流為1.0×104A C．輸電線上電阻造成的電壓損失為500kV D．輸電線上電阻造成的功率損失為2.0×103kW11．（2021?湖南模擬）如圖所示的電路由一小型發(fā)電機供電，該發(fā)電機內(nèi)的矩形線圈面積為S＝0.2m2、匝數(shù)為N＝100匝、電阻為r＝2.5Ω，線圈所處的空間是磁感應(yīng)強度為B＝T的勻強磁場，線圈每秒鐘繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動10圈。已知與變壓器原、副線圈相連的定值電阻阻值分別為R1＝5Ω、R2＝20Ω，變壓器為理想變壓器，兩電表均為理想電表，R1和R2消耗的功率相等。則（）A．通過原線圈的電流方向每秒鐘改變10次 B．原、副線圈的匝數(shù)之比為2：1 C．電壓表的示數(shù)為160V D．發(fā)電機輸出的總功率為2560W12．（2021?泉山區(qū)校級模擬）2020年冬季，南方多地拉閘限電，湖南、浙江、江西等地出臺限電措施，而山東在這一方面做得比較好。其中外省電力的調(diào)入，起了有力保障，這就涉及遠(yuǎn)距離輸電問題。遠(yuǎn)距離輸電可簡化為如圖所示電路，發(fā)電廠發(fā)出的電先通過升壓變壓器升壓傳輸，再通過降壓變壓器降壓到用戶端。若所用變壓器均為理想變壓器，U1、U2分別表示升壓變壓器的原、副線圈電壓，U3、U4分別表示降壓變壓器的原、副線圈電壓，發(fā)電廠輸出電壓及輸電線的電阻R均不變。若用戶端消耗的功率增加，下列說法正確的是（）A．輸電線上損失的電壓變小 B．升壓變壓器的輸出功率變小 C．輸電線上損耗的功率變大 D．用戶端的電壓U4變大13．（2021?聊城一模）“新疆準(zhǔn)東﹣安徽皖南”±1100kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的輸電工程，輸電容量1200萬千瓦。輸電線路流程可簡化為：若直流輸電線電阻為10Ω，不計變壓器與整流等造成的能量損失，直流變交流時，有效值不會變大。當(dāng)輸電線路電流為5×103A時，下列說法正確的是（）A．輸電功率為1.2×1010W B．輸電導(dǎo)線上損失的功率為2.5×108W，損失的電壓為50kV C．降壓變壓器匝數(shù)比為11：5 D．若保持輸送功率不變，用550kV輸電，用戶得到的功率比1100kV輸電時減少1×109W14．（2021?泰州二模）如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電的原理圖，發(fā)電機輸出電壓保持不變，升壓變壓器、降壓變壓器均為理想變壓器，降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n。若用戶負(fù)載發(fā)生變化，電壓表V的示數(shù)變化△U，電流表A的示數(shù)變化△I，||＝k。則兩變壓器間輸電線的總電阻R等于（）A．nk B． C．n2k D．15．（2021?寧波模擬）某小型電站用兩根單位長度電阻為2.5×10﹣4Ω/m的電纜直接向10公里外的山區(qū)送電，已知其輸出電功率是1.2×106kW?，F(xiàn)用200kV電壓輸電，則下列說法正確的是（）A．輸電線上輸送的電流大小為4×104A B．輸電線上由電阻造成的損失電壓為30kV C．若改用500kV電壓輸電，根據(jù)歐姆定律，輸電電流變?yōu)樵瓉淼?.5倍 D．若改用50kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為8×106kW16．（2021?河北模擬）“西電東送”就是把煤炭、水能資源豐富的西部省區(qū)的能源轉(zhuǎn)化成電力資源，輸送到電力緊缺的東部沿海地區(qū)。如圖是遠(yuǎn)距離輸電的電路示意圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1：n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n3：n4，發(fā)電廠輸出電壓為U1，輸出功率為P，升壓變壓器和降壓變壓器之間輸電線總電阻為R，下列說法正確的是（）A．若用戶獲得的電壓也為U1，則＝ B．用戶獲得的電壓不可能大于U1 C．當(dāng)用戶用電器總電阻增大時，輸電線R上損失的功率增大 D．輸電線R上損失的功率為ΔP＝（）2R17．（2020秋?杭州期末）某水電站用總電阻為2.5Ω的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3×106kW。現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是（）A．輸電線上輸送的電流大小為2×105A B．輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kV C．若改用250kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為原來的2倍 D．若改用250kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為原來的8倍18．（2021春?鼓樓區(qū)校級月考）如圖是某小型電站高壓輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機的輸出功率為20kW。在輸電線路上接入一個電流互感器，其原、副線圈的匝數(shù)比為1：10，電流表的示數(shù)為1A，輸電線的總電阻為10Ω，下列說法錯誤的是（）A．輸電線中電流的有效值為10A B．升壓變壓器的輸出電壓U2＝2kV C．用戶獲得的功率為19kW D．將P下移，用戶獲得的電壓將增大19．（2021?讓胡路區(qū)校級一模）如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電的電路圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機輸出的電壓為U，升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為k1，降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為k2，輸電線上損耗的功率為輸送功率的，用戶得到的電壓為U4，則為（）A．k1k2 B． C． D．20．（2021?福州一模）如圖所示為研究遠(yuǎn)距離輸電的裝置。理想變壓器T1、T2的匝數(shù)比相等（n1：n2＝n4：n3），變壓器T1的輸入電壓u1＝e＝50sin100πt（V），輸電線的總電阻為r，則（）A．閉合開關(guān)后，燈泡兩端的電壓為50V B．閉合開關(guān)后，通過燈泡電流的頻率為100Hz C．閉合的開關(guān)數(shù)越多，所有燈泡獲得的總功率越大 D．依次閉合開關(guān)S1、S2、S3…，燈泡L1越來越暗二．多選題（共10小題）21．（2021?武昌區(qū)校級模擬）如圖所示為某水電站遠(yuǎn)距離輸電的原理圖。升壓變壓器的原副線圈匝數(shù)比為k，輸電線的總電阻為R，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠輸出的電壓恒為U，若由于用戶端負(fù)載變化，使發(fā)電廠輸出功率增加了ΔP。下列說法正確的是（）A．電壓表V1的示數(shù)不變，電壓表V2的示數(shù)增大 B．電流表A1、A2的示數(shù)均增大 C．輸電線上損失的電壓增加了 D．輸電線上損失的功率增加22．（2021?泉州模擬）福建省第一座500kV變電站﹣﹣泉州變電站的建成，標(biāo)志著福建電網(wǎng)邁進(jìn)了超高壓時代。福建電網(wǎng)主網(wǎng)架由220kV升級到500kV超高壓，有力地支撐了泉州500億kW?h的年用電量。遠(yuǎn)距離輸電時，首先要把電廠發(fā)電機組產(chǎn)生的500V電壓通過升壓變壓器升高到500kV，以40萬kW的功率遠(yuǎn)距離送往泉州變電站，不同的輸送電壓、所用的導(dǎo)線及相應(yīng)的線損率如表所示，則升級后（）電壓等級（kV）導(dǎo)線截面（mm2）線損率（%）2201*57035003*5701A．送往泉州變電站遠(yuǎn)距離輸電線的電流約是8000A B．電廠的升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1：1000 C．送往泉州變電站的輸電線損耗功率比升級前減少約8000kW D．送往泉州變電站的輸電線的電壓損失為500V23．（2021春?大竹縣校級期中）一臺發(fā)電機最大輸出功率為4000kW，電壓為4000V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電。輸電線路總電阻R＝1kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個正常發(fā)光的燈泡（220V，60W）。若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則（）A．T1原、副線圈電流分別為103A和20A B．T2原、副線圈電壓分別為2×105V和220V C．T1和T2的變壓比分別為1：50和40：1 D．有6×104盞燈泡（220V，60W）正常發(fā)光24．（2021春?朝陽區(qū)校級月考）如圖所示為某小型電站輸電示意圖，發(fā)電廠發(fā)出U1＝311sin100πt（V）的交流電通過升壓變壓器進(jìn)行高壓輸電，接近用戶時再通過降壓變壓器給用戶供電。圖中高壓輸電線部分總電阻為r，負(fù)載端的電壓表是理想交流電表，下列說法正確的是（）A．若開關(guān)S1、S2都斷開，則電壓表示數(shù)為零 B．負(fù)載端所接收到交流電的頻率為25Hz C．用戶增多時，高壓輸電線上損失的功率會變大 D．可通過增加升壓變壓器副線圈的匝數(shù)來提高輸電效率25．（2021?峨山縣校級模擬）遠(yuǎn)距離輸電原理圖如圖所示，原線圈輸入電壓及輸電功率恒定，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，當(dāng)S由2改接為1時，下列說法正確的是（）A．電壓表讀數(shù)增大 B．電流表讀數(shù)增大 C．輸電線上損耗的功率減小 D．用戶的功率減小26．（2021?道里區(qū)校級二模）高壓輸電可大大節(jié)能，我國目前已經(jīng)全面掌握了特高壓輸電核心技術(shù)并已應(yīng)用在電路傳輸中。一個水電站，其交流發(fā)電機的輸出電壓U1一定，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，如圖甲所示。輸電線的總電阻為R，T1的輸入電壓和輸入功率為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2，T2的輸入電壓和輸入功率為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4，T2的原副線圈線圈的匝數(shù)比為4：1，U4隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．輸電線上損失的功率為且隨用戶使