資源簡介

4　電能的輸送
學(xué)習(xí)任務(wù)一　降低輸電損耗的兩個途徑
[科學(xué)論證] 人們常把各種形式的能(如水能、燃料化學(xué)能、核能等)先轉(zhuǎn)化為電能再進行利用,因為電能可以通過電網(wǎng)很方便地傳輸?shù)竭h方.電能從發(fā)電廠到遠方用戶的傳輸過程,可用圖表示,其中r表示輸電線的總電阻,I表示輸電線上的電流.
請同學(xué)們回答下列問題:
(1)輸電線的熱功率的表達式是什么 如何更有效地減小輸電線上的熱功率

(2)在保證用戶得到的電功率一定的前提下,怎樣減小輸電線中的電流

例1 (多選)遠距離輸送一定功率的交變電流,若輸電電壓升高為原來的n倍,則下列關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失的說法正確的是(不考慮電抗產(chǎn)生的損失) (　)
A.功率損失是原來的
B.功率損失是原來的
C.電壓損失是原來的
D.電壓損失是原來的n倍
[反思感悟]
變式1 在遠距離輸電時,輸送的電功率為P,送電的電壓為U,所用的導(dǎo)線的電阻率為ρ,橫截面積為S,線路總長度為L,輸電線損失的電功率為ΔP,用戶得到的電功率為P',則下列關(guān)系式正確的為 (　)
A.ΔP=;P'=P-
B.ΔP=;P'=P
C.ΔP=;P'=P
D.ΔP=;P'=P-
[反思感悟]
【要點總結(jié)】
輸電線路功率損失的計算方法
P損=R線 I線為輸電線路上的電流, R線為線路電阻
P損= ΔU為輸電線路上損失的電壓,R線為線路電阻
P損=ΔU·I線 ΔU為輸電線路上損失的電壓,I線為輸電線路上的電流
P損=ρ P為發(fā)電站輸出功率,U為輸電電壓,ρ為電阻率,L為輸電線的總長度,S為輸電線的橫截面積
學(xué)習(xí)任務(wù)二　遠距離輸電電路中的各種關(guān)系
例2 (多選)[2023·重慶南開中學(xué)期中] 如圖所示,一小水電站輸出的電功率為P=20 kW,輸出電壓U0=400 V,經(jīng)理想升壓變壓器T1變?yōu)?000 V電壓遠距離輸送,輸電線總電阻為r=10 Ω,最后經(jīng)理想降壓變壓器T2降為220 V向用戶供電.下列說法正確的是(　)
A.變壓器T1原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=1∶5
B.輸電線上的電流為50 A
C.輸電線上損失的電功率為25 kW
D.變壓器T2原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4=95∶11
[反思感悟]
變式2 風(fēng)力發(fā)電作為新型環(huán)保新能源,近幾年來得到了快速發(fā)展,如圖所示風(fēng)車陣中發(fā)電機輸出功率為100 kW,輸出電壓是250 V,用戶需要的電壓是220 V,輸電線電阻為10 Ω.若輸電線因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%,試求:
(1)在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比;
(2)用戶得到的電功率.
【要點總結(jié)】
1.分析遠距離輸電問題的基本思路
對遠距離輸電問題應(yīng)按“發(fā)電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”的順序分析,或者反過來從用電器到發(fā)電機一步一步地進行分析.
2.分析遠距離輸電問題的三個“關(guān)鍵”
(1)理清三個回路
(2)抓住兩個聯(lián)系
①回路1和回路2的聯(lián)系——升壓變壓器→基本關(guān)系:=,=,P1=P2.
②回路2和回路3的聯(lián)系——降壓變壓器→基本關(guān)系:=,=,P3=P4.
(3)明確三個重要關(guān)聯(lián)式(聯(lián)系兩個變壓器的紐帶)
①功率關(guān)聯(lián)式:P2=ΔP+P3 [其中ΔP=ΔUI線=R線=].
②電壓關(guān)聯(lián)式:U2=ΔU+U3.
③電流關(guān)聯(lián)式:I2=I線=I3.
1.(降低輸電損耗的兩個途徑)近年來,農(nóng)村對陳舊老化的電網(wǎng)進行改造,為減少遠距離輸電的損耗可采取的措施有 (　)
A.提高輸送功率
B.增大輸送電流
C.提高輸電電壓
D.減小輸電導(dǎo)線的橫截面積
2.(遠距離輸電電路中的各種關(guān)系)如圖所示,交流電源與理想升壓變壓器相連進行遠距離輸電,升壓變壓器與降壓變壓器間輸電線路的總電阻為R.降壓變壓器副線圈接入一臺電動機,電動機恰好正常工作.圖中電表均為理想電表,電壓表示數(shù)為U,電流表示數(shù)為I,下列說法一定正確的是 (　)
A.電動機內(nèi)線圈的阻值為
B.電動機的輸入功率為UI
C.輸電線路的損耗功率為I2R
D.輸電線路的總電阻R=
3.(遠距離輸電電路中的各種關(guān)系)(多選)如圖所示為某水電站遠距離輸電的原理圖.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了
4.(遠距離輸電電路中的各種關(guān)系)輸送4.0×106 W的電功率,若發(fā)電機輸出電壓為2000 V,選用變壓器升壓后應(yīng)用橫截面積為4.25 cm2的銅導(dǎo)線,把電能送到400 km遠處,線路損耗的功率為5.0×105 W.若已知銅的電阻率ρ=1.7×10-8 Ω·m.
(1)應(yīng)選用匝數(shù)比為多少的升壓變壓器
(2)在用戶方使用降壓變壓器,其原線圈兩端的電壓為多大
4　電能的輸送
[科學(xué)論證] (1)P=I2r.由公式可知,要減小輸電線上的熱功率,有兩種方法:一是減小輸電線的電阻;二是減小輸電線中的電流.根據(jù)電阻定律可知r=ρ,要減小輸電線的電阻r,可采用下述方法:
①減小材料的電阻率ρ.銀的電阻率最小,但價格昂貴,目前選用電阻率較小的銅或鋁作為輸電線材料.
②減小輸電線的長度l不可行,因為要保證輸電距離.
③增大導(dǎo)線的橫截面積.可適當增大導(dǎo)線的橫截面積,但導(dǎo)線太粗是不可能的,既不經(jīng)濟又架設(shè)困難.
故減小輸電線電阻局限性較大.
由P=I2r知,若電流減小一半,則輸電線上的熱功率減小到原來的四分之一,所以減小輸電線中的電流能更有效地減小輸電線的熱功率.
(2)在保證用戶得到的功率一定的條件下,由P=U2I可知,要減小輸電線中的電流I,必須提高U2,再由U2=U1-U線知,必須提高輸電電壓U1.
例1　BC　[解析] 設(shè)輸電電壓為U,所輸送的功率為P,輸電線路總電阻為R線,則輸電電流I線=,線路的功率損失ΔP=R線=,可知ΔP∝,當輸電電壓U升高為原來的n倍時,功率損失變?yōu)樵瓉淼?故B正確;線路上的電壓損失ΔU=I線R線=,可知ΔU∝,當輸電電壓升高為原來的n倍時,電壓損失變?yōu)樵瓉淼?故C正確.
變式1　B　[解析] 輸電線電阻R=ρ,輸電電流I=,故輸電線上損失的電功率為ΔP=I2R=R=,用戶得到的電功率為P'=P-ΔP=P,故選項B正確.
例2　AD　[解析] 據(jù)理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系可得===,所以A正確;理想變壓器原、副線圈電功率相等,則輸電線上的電流為I2== A=10 A,所以B錯誤;輸電線上損失的電功率為ΔP=r=102×10 W=1000 W,所以C錯誤;變壓器T2的原線圈電壓為U3=U2-I2r=2000 V-10×10 V=1900 V,變壓器T2原、副線圈的匝數(shù)比為===,所以D正確.
變式2　(1)　　(2)96 kW
[解析] (1)輸電線損失的功率P損=P×4%=100 kW×4%=4 kW
輸電線電流I2== A=20 A
升壓變壓器輸出電壓U2== V=5×103 V
升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比===
電壓損失U損=I2R線=20×10 V=200 V
降壓變壓器原線圈兩端電壓U3=U2-U損=4800 V
降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比==.
(2)用戶得到的電功率即降壓變壓器的輸出功率為P用=P-P損=P(1-4%)=100×96% kW=96 kW.
隨堂鞏固
1.C　[解析] 減少輸電損耗的途徑:一、減小輸電導(dǎo)線中的電流,即提高輸電電壓;二、減小輸電線的電阻,故C正確.
2.C　[解析] 因I不是通過電動機的電流,U也不是電動機內(nèi)阻上的電壓,則電動機內(nèi)線圈的阻值不等于,選項A錯誤;因為U和I均不是電動機兩端的電壓和通過電動機的電流,則電動機的輸入功率不等于UI,選項B錯誤;輸電線路的損耗功率為I2R,選項C正確;因U不是輸電線的電壓損失,則輸電線路的總電阻R≠,選項D錯誤.
3.BC　[解析] 由于發(fā)電廠輸出電壓恒為U,根據(jù)理想變壓器的規(guī)律,對于升壓變壓器=k,故電壓表V1的示數(shù)不變,發(fā)電廠輸出功率增加了ΔP,則發(fā)電廠輸出電流增加了ΔI=,根據(jù)理想變壓器的規(guī)律,對于升壓變壓器=k,A1示數(shù)增加了ΔI1=,由于A1示數(shù)增加,A2示數(shù)也將增加,降壓變壓器的輸入電壓將減少ΔU'1=ΔI1R,故V2示數(shù)也將減小,A錯誤,B正確;根據(jù)歐姆定律,輸電線上損失的電壓增加了ΔI1R=,C正確;輸電線上損失的功率增加了(I1+ΔI1)2R-R≠(ΔI1)2R,由于I1未知,故無法計算,D錯誤.
4.(1)　(2) 2.8×104 V
[解析] (1)由P=I2R得I=,式中P為線路損耗功率,R為線路總電阻
兩條導(dǎo)線總電阻R=ρ=ρ
則R=1.7×10-8× Ω=32 Ω
所以I==125 A
因為P輸入=P輸出,所以在升壓變壓器副線圈兩端的電壓為
U2==3.2×104 V
故==.
(2)設(shè)U'2為降壓變壓器原線圈兩端的電壓,則U'2=U2-IR=2.8×104 V.

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