【金版优课】高中物理人教版选修3-2练习课件：5.5 电能的输送

解析
(1)由于输送功率为 P＝500 kW，一昼夜输送电能 E＝ Pt＝12000 度，终点得到的
P 电能 E′＝7200 度，因此效率 η＝60%。输电线上的电流可由 I＝U计算，为 I＝100 A，而 4800 输电线损耗功率可由 P 损＝I2R 线计算，其中 P 损＝ ＝200 kW，因此可求得 R 线＝20 Ω。 24 (2)输电线上损耗功率
解析
2 P l 由线路功率损失 ΔP＝I2r＝ 2ρS可知，将电压提高到 10U，输送的电功率损失为 U
P l 1 1 0.01ΔP。由公式 ΔU＝Ir＝UρS知，电压损失降为原来的 ，用户得到的电压 U 用户＝10U－ 10 10
2 P l ΔU≠10(U－ ΔU)；若线路功率损失仍为 ΔP，由 ΔP＝I2r＝ 2ρS知，输电线的横截面积可减 U
用户得到的功率为 P4＝ U4· I4＝219.6×200 W＝4.392×104 W。
3 P 44×10 (3)若直接用 220 V 低压供电，电路如图所示，则输电电流 I＝ ＝ A＝ 220 A。 U1 220
输电线路上的电压损失 ΔU＝IR 线＝220×0.2 V＝40 V。 所以用户得到的电压 U2＝U1－ ΔU＝220 V－ 40 V＝180 V， 用户得到的功率为 P＝ U2I＝180×200 W＝ 3.6×104 W。
2 2 n4 4n2U1 2 2 则当用户用电器的总电阻增大时，输电线上 n R 负 n 3 4 2 n2 ＋ 1 R2 R线 线
损失的功率将减小，故 D 项正确。
• 7．某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压 为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为8 Ω， 要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5% 。 3 P 100×10 用户获得 220 V电压，求应选用匝数比分别为多大的升压变压 解析 依题意作出如下输电示意图，升压变压器原线圈的电流为 I1＝ ＝ A U1 250 器和降压变压器？ ＝400 A。当输电线上损失的电功率为输送电功率的 5%时，输电线中的电流为 I ，则 I2R
3 80 × 10 L － r＝ρS ＝2.4×10 8× Ω＝12.8 Ω， － 1.5×10 4
理想变压器，高压输出端功率 P 输＝ P0，P0 为发电机功率。
(1)设升压变压器的输出电压为 U 输，输电线上电流为 I，由线路损失可得 2· I2r＝ P 损 I＝ P0×4% ＝ 2r 104×103×0.04 A＝125 A， 2×12.8
• 点评 处理远距离输电问题，首先要画出输电线路示意图， 并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。其次解题时要 抓“两头”——电源、用电器。要注意“中间一条线”——输电 线，以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路。 以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起 来，抓住P入＝P出，利用变压比、变流比等规律进行分析与计 算。
4．发电厂发电机的输出电压是 U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为 R，导线中的电 流为 I，学校得到的电压为 U2，则输电线上损失的功率下列表达式错误的是( U2 1 A. R C．I2R U1－U22 B． R D．I(U1－U2) )
U2 解析 用 P＝ R 求电阻上损失的功率时，U 要与电阻 R 相对应，选项 A 中的 U1 是输出 电压不是输电线上的电压，故选项 A 是错误的。选项 B 中的 U1－U2 是输电线上的电压，因 此，选项 B 是正确的。选项 C、D 中的电流 I 是输电线中的电流，故选项 C、D 都是正确的。
第五章
第 5节
交变电流
电能的输送
课前预习作业
1．输送电能的基本要求 (1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障。
电压 和_____ 频率 稳定。 (2)保质：保证电能的质量——_____ 损耗 少。 (3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能_____
2．降低输电损耗的两个途径 (1)要减少输电线路上的电压损失，由公式 U 损＝IR 线知，必须减小电阻或减小电流。 l 横截面积 ， ①要减小电阻，从 R＝ρS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的__________ 电阻率 较小的导体。 这与节约相悖，当然也给铺设线路带来困难；还可以选用 ________
2 2
线
＝5%P。
所以 I2＝
5%P ＝ R线
0.05×100×103 A＝25 A 8
n1 I2 25 1 升压变压器 T1 的匝数比为： ＝ ＝ ＝ 。 n2 I1 400 16 降压变压器 T2 副线圈中电流 I4 即为提供给所有用户的总电流 I 总， 用户获得的总功率为： P 用＝ P－5%· P＝95%P。 又 P 用＝U4I 总＝U4I4， 95%P 0.95×100×10 所以 I4＝ ＝ A≈431.8 A。 U4 220 降压变压器 T2 原线圈中电流 I3＝I2＝25 A。 n3 I4 431.8 17 降压变压器 T2 的匝数比为： ＝ ＝ ≈ 。 n4 I 3 25 1
• 5．某发电站的输出功率为104 kW，输出电压为4 kV，通过理 想变压器升压后向80 km远处用户供电。已知输电线的电阻率 为ρ＝2.4×10－8 Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4 m2，输电 线路损失的功率为输出功率的4%，求： • (1)升压变压器的输出电压； 解析 设每根输电线的电阻为 r，则 • (2)输电线路上的电压损失。
• 3．如图为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( )
L 解析 依题输电原理，电路中的功率损耗 ΔP＝I2R 线，而 R 线＝ρS ，减小输电线的横截 面积，输电线的电阻会增大，则会增大输电线上的功率损失，A 错；由 P＝UI 可知，P 一定 的情况下，输送电压 U 增大，I 减小， ΔP 越小，B 对；若输送电压一定，输送功率越大， 则电流 I 越大， ΔP 越大，C 错；输送电压并不一定越高越好，因为电压越高，对于安全和 技术的要求越高，D 错。
n2 4n2U1 即 I 线＝ ， 则当升压变压器的输入电压 U1 和输电线上的电阻 R 线一定时， 输电 2 n1n2 R ＋ n R 3 负 4 线 n1 n3 线的电流 I 线与升压变压器的原、副线圈的匝数比 、降压变压器的原、副线圈的匝数比 和 n2 n4 负载电阻 R 负都有关系，故 C 项错误； 根据焦耳定律可得，输电线上损失的功率 P 损＝I2 线R 线 ， n2 4n2U1 又 I 线＝ ，即 P 损＝ 2 n1n2 R ＋ n R 负 线 3 4
P 2 1 P 损＝ U · R 线∝ 2，原来 U
P 损＝200 kW，现在要求 P 损′＝10 kW，
计算可得输电电压应调节为 U′＝22.4 kV。
答案
(1)60% 20 Ω
(2)22.4 kV
• 9．发电机的端电压为220 V，输出功率44 kW，输电导线的 电阻为0.2 Ω，如果用初、次级线圈匝数之比为1∶10的升压 变压器升压，经输电线后，再用初、次级线圈匝数比为10∶1 的降压变压器降压供给用户。 • (1)画出全过程的线路示意图； • (2)求用户得到的电压和功率； • (3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功 率。 • 解析 (1)示意图如下图所示。
少为 0.01S 或者输送的功率可增加为 10P。
• 2．[2014·吉林省长春二中高二上学期期末]远距离输电中，当 输送的电功率为P，输送电压为U时，输电线上损失的电功率 为ΔP，若输送的电功率增加为4P，而输电线中损失的电功率 减为ΔP/4，输电线电阻不变，那么输电电压应增为( ) • A．32U B．16U • C．8U D．4U • 解析 输电线上损失的电功率ΔP＝I2R＝(P/U)2R，当输送的 电功率P′＝4P，而输电线中损失的电功率ΔP′＝ΔP/4时，由ΔP′ ＝(P′/U′)2R得，输电电压U′＝8U。
课堂对点训练
知识点一 输电线上的电压损失和功率损失
• 1.(多选)远距离输电时，输出的功率为P，输电电压为U，输 电电线的横截面积为S，线路损失的功率为ΔP，若将电压提 高到10U，则( ) • A．不改变输电线路时，输送的电功率损失为0.01ΔP • B．不改变输电线路时，用户端的电压为原来的10倍 • C．若线路功率损失仍为ΔP，输电线的截面积可减少为0.1S • D．不改变输电线路，且线路功率损失仍为ΔP时，输送的功
n2 (2)由图可知，升压变压器次级的输出电压 U2＝ U1＝ 2200 V。据理想变压器 P 入＝ P 出， n1
3 P 44×10 则升压变压器次级的输出电流 I2＝ ＝ A＝ 20 A，输电线上的功率损失和电压损失 U2 2200 2 分别为 P 损＝I2 2R 线＝20 ×0.2 W＝80 W。
3
• 8．在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。 有一个电站，输送的电功率为P＝500 kW，当使用U＝5 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4800度。 • 求：(1)这时的输电效率η和输电线的总电阻R线。 • (2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站 应使用多高的电压向外输电？
P输 104 kW 由 P 输＝ U 输 I 得 U 输＝ I ＝ ＝80 kV。 125 A (2)输电线路上的电压损失 U 损 ＝ I· 2r＝125×12.8×2 V＝3.2 kV。
答案
(1)80 kV (2)3.2 kV
知识点二
远距离输电的综合应用问题
• 6.[2014·四川高考]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( )
• • • •
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小