1、精品文檔用心整理人教版高中物理選修3-2知識點梳理重點題型（常考知識點）鞏固練習電能的輸送及應用【學習目標】1知道電能輸送的基本要求及電網供電的優點。2遠距離輸電過程負載發生變化時引起各個物理量變化的動態分析，尤其是能量傳遞 和轉化的動態分析。3分析論證：為什么在電能的輸送過程中要采用高壓輸電。4會計算電能輸送的有關問題。5了解科學技術與社會的關系。【要點梳理】要點一、輸電導線上的電功率損失1損失電能的分析任何輸電線都有電阻，因此當電能通過輸電線送向遠方時，電阻發熱而損失電功率。2設輸電電流為I ，輸電線電阻為R，則輸電線上的功率損失為P損I2R 。設輸送電功率為P ， 輸電電壓為U ， 輸電

2、線的總長度為L ， 橫截面積為S， 電阻率為，PL則輸電電流I ，輸電線電阻為R 。輸電線上的功率損失可表示為P P L 。US2輸送電能的基本要求（ 1）可靠：保證供電線路正常工作。（ 2）保質：保證供電質量電壓、頻率要穩定。（ 3，經濟：線路建設和運行的費用低能耗少、電價低。3減小輸電線上功率損失的方法（ 1）減小輸電線的電阻R減小輸電線長度L ：由于輸電距離一定，所以在實際中不可能用減小L 來減小R 。減小電阻率：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導線材料。增大導線的橫截面積S ： 這要多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設帶來很大的困難。（ 2）減小輸電電流，減小輸送功率P ：由于電

3、站的裝機容量一定，因此電站向外輸送的電功率是一定的，即在實際中不能以用戶少用或不用電來減少輸電線上的功率損失。提高輸電電壓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1到原來的n 倍，輸電線上的功率損失降為原來的2 倍。n采用高壓輸電是減小輸電線上功率損失最有效、最經濟的措施。要點二、輸電線上的電壓損失1 電壓損失U ：輸電導線有電阻，電流通過輸電導線時，會在導線上產生電勢降落，致使輸電線路末端的電壓U 比起始端電壓U 低，差值U U U 稱為輸電線路上的電壓損失。2造成電壓損失的因素（ 1）輸電線有電阻造成電壓損失。（ 2）輸電線的感抗和容抗造成電壓損失。要點詮釋：高中

4、階段在計算中只考慮輸電線電阻所造成的電壓損失。3減少輸電線路上電壓損失的方法（ 1）減小輸電線路電阻用增大輸電導線橫截面積來減小電阻，對低壓照明電路有效，在高壓線路中，因容抗和感抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大，故這種方法對高壓輸電效果不佳。（ 2）減小輸電電流IP因為 I ，在輸送電功率P 一定的前提下，提高輸電電壓U 是有效措施。高壓輸電既能減小功率損失，也能減小電壓損失，但在實際輸送電能時，還需綜合考慮各種因素，依照不同的情況，選擇合適的輸電電壓。要點三、遠距離輸電的基本電路由于發電機本身的輸出電壓不可能很高，所以采用高壓輸電時，在發電站內還需用升壓變壓器將電壓升高到幾百千伏后再向遠方

5、送電，到達用電區再用降壓變壓器降到所需的電壓，基本電路如圖所示。要點四、遠距離高壓輸電問題的處理方法1有關遠距離輸電問題，應首先畫出遠距離輸電的電路圖，并將已知量和待求量寫在2 以變壓器為界將整個輸電電路劃分為幾個獨立的回路，每個回路都可以用歐姆定律、電功率的公式等進行計算，聯系各回路的橋梁是原、副線圈電壓、3高壓輸電的幾個基本關系式1）功率關系P1P2P3P4P2P線P32）電壓、電流關系U 1n1I 2 U 3n3I 4U 2n2I 1 U 4n4I 3U2 U線 U3 I2 I3 I線3）輸電電流P2P3U2 U3I線U 2 U 3R線4）輸電導線上損耗的電功率P線I 線 U 線 I 線

6、 2 R線要點五、電能輸送中線路上電能損失的計算2U線由焦耳定律可知P耗I 線 R線 ，由于輸電線路的純電阻性，P耗或 P耗U 線 I 線 ，R線2PU線2但常用P耗I 線 R線 ，因為 I 線 較易求出且不易出錯，I 線 I 輸 ，而P耗 或U 輸R線P耗U 線 I 線 則不常用，因為一般情況下，U 線 不易求出，并且要注意U 輸 和 U 線 不是同一個量， U 線 指輸電線上的電壓降，U 輸 是指提供輸電線上與用戶的總電壓，切記不可混淆。2PP2根據P耗I 線 R線 和 I 輸 兩式可推得P耗R線 ， 由上式可以看出，當輸送電功U 輸U 輸21率一定時，輸電電壓增大到原來的n 倍，輸電導線

7、上損失的功率就減少到原來的12 。n思考： 用高壓送電，電壓是否越高越好并不是電壓越高越好，因為電壓升高，導線會對空氣放電，這就對導線的絕緣性能提出了更高的要求，另外高壓送電對變壓器也提出了更高的要求，因此輸電電壓也不是越高越好。在實際輸電過程中輸電電壓要根據輸送功率的大小、距離的遠近、技術和經濟各方面因素綜合考慮。【典型例題】類型一、遠距離輸電的定性問題分析例 1 在電能輸送過程中，若輸送的電功率一定、輸電線電阻一定，則在輸電線上損耗的電功率（）A 和輸送電線上電壓的平方成反比B 和輸送電流的平方成反比C和輸送電線上的電壓降的平方成正比D 和輸送電流的平方成正比【答案】ACD【解析】此題考查

8、了輸電線上的功率損失和導線電阻、輸電電壓、導線上的電壓損失、輸電電流的關系。輸電線上的功率損失P I 2 R，電壓損失U U U IR ，輸電電流I P/U ，所以2 U2 P 2P I 2RR，RU可見在輸送功率P 一定時，P 隨 R的增大而增大；P 與 I2成正比；P 與 U2成正比； P 與 U 2 成反比。P【點評】 當輸送功率P 一定時， 輸電電流I 輸 與輸電電壓U 輸 成反比， 即 I 輸 P ，提U輸高輸送電壓可以大幅度減少電能在輸送過程中的損失。舉一反三:【電能的輸送及應用例 1】【變式】遠距離輸送交變電流都是采用高壓輸電，我國正在研究用比330kV 高得多的電壓進行輸電，采

9、用高壓輸電的優點是（）A . 可節省電線的銅材料。B. 可根據需要調節交變電流的頻率C. 可減少輸電線上的能量損失D. 可加快輸電的速度【答案】AC類型二、輸電過程的功率損失例2 （ 2015 福建卷）圖為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器 T 的原、副線圈匝數分別為n1 、 n2 。在 T 的原線圈兩端接入一電壓u U m sin t的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r ，不考慮其它因素的影響，則輸電線上損失的電功率為（A.(nn12)U42rmB.(nn21)U42rmC.4(n1)2( P )2rn2 UmD.4( n2)2( P )2rn1U mU1Um

10、U12 ，由U 2n2 Um可得： U2n1 2輸電線上電流I，導線上損耗的電功率2P I 2 2r 4rn1n2資料來源于網絡僅供免費交流使用舉一反三:例 3】【電能的輸送及應用【變式】某水電站給遠處山村送電的輸出功率是100kW，用 2000V電壓輸送，線路上損失功率為2.5 104W，如果改用20000V高壓輸電，線路上損失功率是 W【答案】250W例 3在遠距離輸電時，如果升壓變壓器輸出電壓是2000V，輸出功率是10 kW ，輸電線電阻是20 ，求：（ 1）輸電線上損失的功率和損失的電壓；（ 2）用戶能得到的功率和電壓。【答案】 （ 1） P損500 W U損 1 00 V（ 2）

11、P用9500 W U用 1 900 V【解析】本題考查高壓輸電線路中電壓損失和功率損失，關鍵是先利用輸送功率損失，通過公式P I 2R ，求出輸送電流。1） 由P出I 線 U 出 ，得I線P出U出10 1032000A 5A。則輸電線上損失的功率22P損I線2r 52 20W 500W。損失的電壓U損 I線 r 5 20 V 100 V。2）用戶得到的電壓和功率分別為：U 用 U 出 U 損（2000 100） V 1900 V ，P U 高 I 線 ，求出輸送P用P出 P損（10 103 500） W 9500 W 。【點評】題目中輸電線路電阻是定值，輸送功率是定值，則利用U I 線 R 求

12、出 U ，然后求其它量。舉一反三:【電能的輸送及應用例 2】【變式】用10kV 的高壓輸送100kW的電功率，在輸電線上損失2% 的電功率，（ 1）則輸電線的電阻是多少？（2）如果把輸送電壓降到原來的一半，則輸送電線上損失的電功率占輸送功率的幾分之幾？【答案】 （ 1） 20（ 2） 8%【解析】 （ 1）在輸電線上損失的電功率P損2%P 2kW用 10kV的高壓輸送100kW的電流I P/U 10A則輸電線的電阻是R P損 / I 2 20（ 2）把輸送電壓降到原來的一半，則輸送電線上的電流I P/U 20A這時在輸電線上損失的電功率P損 I 2 R 8kW送電線上損失的電功率占輸送功率的比

13、例P損 / P 8%例 4分別用3.3 kV和 110 kV的電壓輸電，輸送的電功率相同，導線的材料和送電的距離也都相同，并且要求損失的功率相等，求所用導線的橫截面積之比。若用110 kV 電壓輸電時，導線橫截面積為4 mm2，則用3.3 kV電壓輸電的導線橫截面積為多大？【答案】見解析【解析】 本題考查了高壓輸電中的熱功率損失問題，解題的關鍵是找到橫截面積S 和誰有關。設輸送的電功率為P ，輸電電壓為U ，送電距離為l ，導線的橫截面積為S ，電阻率為 。則導線上損失的電功率P 2I 2r （ r 為一根導線的電阻）。由于P UI 、 r l ，S所以P 2P l。US1現在 P 、 l 相

14、同，且要求P 相等，則S ，所以U222S1U 21101111。S2U13.3即用 3.3 kV 電壓輸電的導線的橫截面積是用110 kV電壓輸電導線橫截面積的1111倍。2當 S2 4 mm 時，22S1 1111 S2 4444 mm 44.44 cm 。相當于直徑約為7.5 cm的導線橫截面積，這是一根很粗的金屬棒，用這樣粗的金屬棒輸電顯然是不合理的，所以遠距離輸電要用高壓電。1【點評】先推導橫截面積S的表達式，發現 S 2 ，再用比例式求比值和S，這樣快U2捷有效。舉一反三:【電能的輸送及應用例4】【變式】某電站給用戶輸送電功率為P ，輸電導線的總電阻為R ，輸電線上損失的功率是 P

15、 ，則輸電線上的電壓降為，電源的端電壓為。RP、 P R類型三、遠距離輸電的應用例5我國農村電網低壓改造已基本結束，由于低壓改造我國廣大農民獲得了實惠。農村電網改造之前，某村莊經常會出現以下現象（離變壓器較遠的用戶）：電燈不亮（達不到額定功率）；日光燈不能啟動；洗衣機轉速低等，尤其過節時現象更明顯，為什么？【答案】見解析【解析】低壓輸電線較細，電阻較大，另外當輸電功率一定時，由于電壓低，故輸電電P流 I 較大。 因此輸電線上的電壓損失U IR線 較大， 致使末端用戶得到的電壓遠低于額定電壓（有時才160 V ） 。到了過節的時候，各家用電器增多，線路電流又會增大，導線上分壓更多，用戶電壓更低，

16、以上現象更加明顯。經過低壓改造以后，以上現象不明顯了。【點評】 本題創新之處在于理論聯系實際，將剛剛學過的輸電的理論知識應用到實際生活中去， 解決實際問題。解決本題必須分析用戶端電壓不足的原因，從輸電線上損失的電壓、功率，用戶實際得到的電壓、功率展開分析，即可解決問題。例 6有一臺內阻為1 的發電機，供給一個學校照明用電，如圖所示，升壓變壓器的匝數比為1 4 ，降壓變壓器的匝數比為4 1，輸電線的總電阻R 4 。全校共22個班，每班有 220V40W 的燈 6 盞，若保證全部電燈正常發光，則：1）發電機輸出功率多大？2）發電機的電動勢多大？3）輸出效率是多少？4）若使用燈數減半并正常發光，發電

17、機輸出功率是否減半？、電功率計算和閉合電路歐姆定律等內容。題中未加特別說明，變壓器即視為理想變壓器。由于發電機到升壓變壓器及降壓變壓器到學校距離較短，不必考慮該兩部分輸電導線上的功率損耗。發電機的電動勢為E ，一部分降在電源內阻上，即I1r ，另一部分為發電機的路端電壓U 1 ；升壓變壓器副線圈電壓以的一部分降在輸電線上，即 I2R， 其余的就是降壓變壓器原線圈電壓U3， 而 U4應為燈的額定電壓U 額 ，具體計算由用戶向前遞推即可。（ 1）降壓變壓器輸出的功率為：P4=22 6 40 W=5280 W，且44U3 U4220V 880V，11所以P45280I 2 I 3A 6A 。23 U

18、 3880對升壓變壓器，初級輸入功率：P1P2U2I2U3I2R I2U3I2I22R5424 W。1222322322故發電機輸出功率為5424W。（ 2）因為U2 U3 I2R 880 V 6 4 V 904 V，所以1U1 U2226V。1 42而U1I1 U2I2，所以U2I2I 14I 2 24A 。U1所以E U 1 I1r 226 V 24 1 V 250 V 。（ 3）P有用100% 5280 100% 97% 。P總5424（ 4）電燈減少一半時，n P燈2640 W 。所以I2n P燈2640U2880A 3A 。2P出 n P燈I 2 R 2640W 32 4W 2676

19、W 。發電機的輸出功率減少一半還要多，因輸電線上的電流減少一半，輸電線上電功率的損1失減少到原來的1 。4【點評】解決多次變壓輸電時應先畫輸電電路草圖，并在草圖上標出各量，然后逐級計算。對理想變壓器來說P入P出 是常用方程。舉一反三【變式 1 】 （2015）如圖甲為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器。升壓變壓器原副線圈匝數比為l： 100，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為100 。降壓變壓器右側部分為一火警報警系統原理圖，其中R1 為一定值電阻，R2 為用半導體熱敏材料制成的傳感器，當溫度升高時其阻值變小。電壓表V 顯示加在報警器上的電壓 （ 報警器未畫出）。未出現火警時，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頻率為50HzB 遠距離輸電線路損耗功率為180kWC當傳感器R2 所在處出現火警時，電壓表V的示數變大D 當傳感器R2 所在處出現火警時，輸電線上的電流變大【答案】CD【解析】A、由于發電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器的匝數不變，所以升壓變壓器的輸出電壓不變，故A錯誤；B 、由于發電廠的輸出功率增大，則升壓變壓器的