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5.5 電能的輸送 學案（人教版選修3-2）

1．輸電線上的功率損失P＝________，降低輸電損耗的兩個途徑為：
___________ _________，____________________.
2．遠距離輸電基本原理：在發電站內用________變壓器______電壓，然后進行遠距離輸電，在用電區域通過______變壓器______所需的電壓．
3．下列關于電能輸送的說法中正確的是(　　)
A．輸送電能的基本要求是可靠、保質、經濟
B．減小輸電導線上功率損失的惟一辦法是采用高壓輸電
C．減小輸電導線上電壓損失的惟一方法是增大輸電線的橫截面積
D．實際輸電時，要綜合考慮各種因素，如輸電功率大小、距離遠近、技術和經濟條件等
4．輸電導線的電阻為R，輸送電功率為P.現分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為(　　)
A．U1∶U2 B．U21∶U22
C．U22∶U21 D．U2∶U1
5．如圖1所示為遠距離高壓輸電的示意圖．關于遠距離輸電，下列表述正確的是(　　)

圖1
A．增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失
B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發熱損耗
C．在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小
D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好

【概念規律練】
知識點一　線路損耗問題
1．發電廠發電機的輸出電壓為U1，發電廠至學校的輸電線電阻為R，通過導線的電流為I，學校輸入電壓為U2，下列計算輸電線損耗的式子中，正確的是(　　)
A.U21R B.?U1－U2?2R
C．I2R D．I(U1－U2)
2．某發電站采用高壓輸電向外輸送電能．若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導線的總電阻為R.則下列說法正確的是(　　)
A．輸電線上的電流I＝UR
B．輸電線上的電流I＝P0U
C．輸電線上損失的功率P＝(P0U)2R
D．輸電線上損失的功率P＝U2R
知識點二　遠距離輸電線路中各物理量的關系
3．一臺發電機最大輸出功率為4 000 kW，電壓為4 000 V，經變壓器T1升壓后向遠方輸電．輸電線路總電阻R＝1 kΩ.到目的地經變壓器T2降壓，負載為多個正常發光的燈泡(220 V，60 W)．若在輸電線路上消耗的功率為發電機輸出功率的10%，變壓器T 1和T2的耗損可忽略，發電機處于滿負荷工作狀態， 則(　　)
A．T1原、副線圈電流分別為103 A和20 A
B．T2原、副線圈電壓分別為1.8×105 V和220 V
C．T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1
D．有6×104盞燈泡(220 V,60 W)正常發光
4．某小型水電站的電能輸送示意圖如圖2所示，發電 機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)．要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則(　　)

圖2
A.n2n1>n3n4
B.n2n1C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
D．升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入 功率
【方法技巧練】
關于遠距離輸電問題的分析方法
5．發電機的端電壓 220 V，輸出電功率44 kW，輸電導線的電阻為0.2 Ω，如果用初、次級匝數之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經輸電線后，再用初、次級匝數比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶，則
(1)畫出全過程的線路示意圖；
(2)求用戶得到的電壓和功率；
(3)若不經過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率．

6．在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導線電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損失的電功率為P′，用戶得到的電功率為P用，則下列關系式正確的是(　　)
A．P′＝U2SρL B．P′＝P2ρLU2S
C．P用＝P－U2SρL D．P用＝P(1－PρLU2S)

參考答案
課前預習練
1．I2r　減小輸電導線的電阻　減小輸電導線中的電流
2．升壓　升高　降壓　降到
3．AD
4．C　[由P＝UI，P損＝I2R可得P損＝P2RU2，所以輸電線上損失的功率與輸送電壓的平方成反比，C項正確．]
5．ABD　[導線的橫截面積越大，導線的電阻越小，電能損失就越小，A對；在輸送功率一定的前提下，提高輸送電壓U，由I＝PU知，能減小電流I，從而減小發熱損耗，B對；若輸送電壓一定，由I＝PU知，輸送的電功率P越大，I越大，發熱損耗就越多，C錯；高壓輸電時要綜合考慮材料成本、技術、經濟性等各種因素，不是電壓越高越好，D對．]
課堂探究練
1．BCD　[輸電線的損耗P損＝I2R線＝U2線R線＝IU線
其中U線＝U1－U2，故B、C、D正確．]
點評　計算功率損失常用公式P損＝I2線R線和P損＝U2線R線，特別在利用P損＝U2線R線時要注意U線是R線上的電壓．
2．BC　[輸電線上的電流I線＝P0U＝U線R故A錯誤，B正確；輸電線上的功率損失P＝I2線R＝(P0U)2R＝U2線R，故C正確，D錯誤．]
點評　由功率損失P＝(P輸U輸)2R線知：當輸送功率P輸一定時減少輸電線上功率損失的方法為提高輸電電壓或減小輸電導線的電阻．
3．ABD　[輸電線上消耗的功率P線＝I22R＝400 kW，則I2＝P線R＝20 A，又P1＝U1I1，則I1＝P1U1＝103 A，故A正確；T1的變壓比U1U2＝I2I1＝150，又P＝U1I1＝U2I2，得U2＝2×105 V，輸電線上損失電壓U線 ＝I2R＝2×104 V，則T2原線圈的輸入電壓U3＝U2－U線＝1.8×105 V，又燈泡正常發光，T2的副線圈的電壓為220 V，B正確；T2的變壓比U3U4＝1.8×105220＝9 00011，C錯誤；根據U3I2＝60n，解得n＝6×104，D正確．]
點評　遠距離輸電線路圖如下

各物理量有下列關系
①電壓關系：U發＝U1，U1U2＝n1n2，U2 ＝U3＋U損，U3U4＝n3n4，U4＝U用；
②電流關系：n1I1＝n2I2，I2＝I線＝I3，n3I3＝n4I4；
③功率關系：P發＝P1＝P2，P2＝P3＋P損，P3＝P4＝P用，
P損＝I2R線，P損＝PU22R線，P損＝IU損．
4．AD　[由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率．P出－P損＝P入，故D正確.U2U1＝n2n1，U3U4＝n3n4，因為U1＝200 VU3＝U2－U線，故n2n1>n3n4，選項A正確．]
點評　在理解電壓關系時，可 把輸電線路理解為三個閉合回路．如圖

第一個回路發電機是電源，升壓變壓器的原線圈是用電器，若輸電線電阻忽略則有U發 ＝U1；第二個回路升壓變壓器副線圈是電源，降壓變壓器的原線圈為用電 器，則有U2＝U線＋U3；第三個回路降壓變壓器副線圈為電源，用戶為用電器，若輸電線電阻忽略則有U4＝U用．
5．(1)見解析　(2)219.6 V　4.392×104 W
(3)180 V　3.6×104 W
解析　(1)示意圖如下圖所示

(2)升壓變壓器次級的輸出電壓
U2＝n2n1U1＝101×220 V＝2 200 V
據升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知，升壓變壓器次級輸出電流
I2＝PU2＝44×1032 200 A＝20 A
輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為
UR＝I2R＝20×0 .2 V＝4 V
PR＝I22R＝202×0.2 W＝80 W
加到降壓變壓器初級上的輸入電流和電壓為
I3＝I2＝20 A
U3＝U2－UR＝2 200 V－4 V＝2 196 V
降壓變壓器次級的輸出電壓和電流為
U4＝n4n3?U3＝110×2 196 V＝219.6 V
I4＝n3n4?I3＝10×20 A＝200 A
用戶得到的功率為
P4＝I4U4＝200×219.6 W＝4.392×104 W
(3)若不采用高壓輸電，用220 V低壓直接供電時，電路如下圖所示，則輸電電流I＝PU1＝44×103220 A＝200 A，輸電線路上的電壓損失

UR′＝IR＝200×0.2 V＝40 V
所以用戶得到的電壓為
U4′＝U1－UR′＝220 V－40 V＝180 V
用戶得到的功率為P4′＝IU4′＝200×180 W＝3.6×104 W
方法總結　(1)求 解遠距離輸電的關鍵是熟悉輸電線路圖，并畫出示意圖，把需要的物理量都標在圖中的相應位置上．
(2)分別在“三個回路”以及“兩個變壓器”上找各物理量的關系，特別注意以升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路，在此回路中利用電路知識分析電壓關系和功率關系．
6．BD　[輸電線電阻R＝ρLS，輸電電流I＝PU
故輸電線上損失的電功率為P′＝I2R＝PU2ρLS＝P2ρLU2S
用戶得到的電功 率為P用＝P－P′＝P1－PρLU2S.故B、D正確．]

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