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：保證電能的質量——電壓和頻率穩定．3．經濟：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，應當選用電阻率小的金屬材料，還要盡可能增加導線的橫截面積．(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、電網供電1．遠距離輸電的基本原理：在發電站內用升壓變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區域通過降壓變壓器降到所需的電壓．2．電網：通過網狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區性的輸電網絡．3．電網輸電的優點(1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經濟效益．(2)減小斷電的風險，調劑不同地區電力供需的平衡．(3)合理調度電力，使電力的供應更加可靠，質量更高．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線材料；也可增大導線的橫截面積S，但過粗的導線會多耗費金屬材料，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I，根據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、解決遠距離高壓輸電問題的基本方法1．首先應畫出遠距離輸電的電路圖(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．常用關系(1)功率關系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.(2)電壓關系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4).(3)電流關系：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1：100，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為100Ω。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。電壓表顯示加在報警器兩端的電壓（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方向每秒鐘改變50次 B．未出現火警時，降壓變壓器的輸入電壓為22kV C．未出現火警時，降壓變壓器的輸出功率為570kW D．當傳感器R2所在處出現火警時，電壓表的示數變大2．（2021?湛江校級模擬）某發電廠用2.2kV的電壓將電能輸送到遠處的用戶，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1．（2021?三明三模）遠距離輸電線路簡化如圖所示，圖中標示了電壓、電流和線圈匝數，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?沙坪壩區校級模擬）相比于4G網絡技術，供電問題是困擾5G網絡技術發展的難題之一，一個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、副線圈匝數比應變為（）A．100：3 B．200：3 C．250：3 D．400：33．（2021春?黃埔區校級期中）如圖為遠距離輸電的示意圖，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一．選擇題（共20小題）1．（2021春?荔灣區校級期中）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，設發電機輸出電壓不變，則用戶端負載增加（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，某小型水電站發電機輸出的電功率P＝22kW，發電機的輸出電壓為u1＝400sin100πt（V），經變壓器升壓后向遠距離輸電，已知升壓變壓器原、副線圈的匝數比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、副線圈的匝數比n3：n4＝39：24．（2021?遂寧模擬）遠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、副線圈的匝數比為1：10，電流表的示數為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展戰略，也是我國西部大開發的四大工程之一。將西部地區的電能輸送到東部地區，為了減少輸電過程中的電能損失，實現遠距離輸電應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用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是電網的電壓，負載變化時電網電壓波動極小，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，輸電線的電阻為R0，則下列判斷錯誤的是（）A．當用戶增多負載增大時，用戶獲得的電壓會有所降低 B．當用戶增多負載增大時，R0的功率會增大 C．當用戶增多負載增大時，為了使用戶獲得的電壓穩定在220V應將P適當上調 D．當用戶增多負載增大時，為了使用戶獲得的電壓穩定在220V應將P適當下調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電網的電壓，負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，當用電器增加時，相當于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．變壓器原線圈的導線應該比副線圈的粗 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）如圖所示為某山區小型水電站的電能輸送示意圖，發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電機供電，該發電機內的矩形線圈面積為S＝0.2m2、匝數為N＝100匝、電阻為r＝2.5Ω，線圈所處的空間是磁感應強度為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、副線圈的匝數之比為2：1 C．電壓表的示數為160V D．發電機輸出的總功率為2560W12．（2021?泉山區校級模擬）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。其中外省電力的調入，起了有力保障，這就涉及遠距離輸電問題。遠距離輸電可簡化為如圖所示電路，發電廠發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、技術水平最先進的輸電工程，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）如圖所示為遠距離輸電的原理圖，發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、副線圈匝數之比為n。若用戶負載發生變化，電壓表V的示數變化△U，電流表A的示數變化△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公里外的山區送電，已知其輸出電功率是1.2×106kW。現用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，根據歐姆定律，輸電電流變為原來的2.5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的能源轉化成電力資源，輸送到電力緊缺的東部沿海地區。如圖是遠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、副線圈匝數比為n1：n2，降壓變壓器原、副線圈匝數比為n3：n4，發電廠輸出電壓為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、副線圈的匝數比為1：10，電流表的示數為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?讓胡路區校級一模）如圖所示為遠距離輸電的電路圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發電機輸出的電壓為U，升壓變壓器的原、副線圈匝數比為k1，降壓變壓器的原、副線圈匝數比為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）如圖所示為研究遠距離輸電的裝置。理想變壓器T1、T2的匝數比相等（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．閉合開關后，燈泡兩端的電壓為50V B．閉合開關后，通過燈泡電流的頻率為100Hz C．閉合的開關數越多，所有燈泡獲得的總功率越大 D．依次閉合開關S1、S2、S3…，燈泡L1越來越暗二．多選題（共10小題）21．（2021?武昌區校級模擬）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，發電廠輸出的電壓恒為U，若由于用戶端負載變化，使發電廠輸出功率增加了ΔP。下列說法正確的是（）A．電壓表V1的示數不變，電壓表V2的示數增大 B．電流表A1、A2的示數均增大 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，標志著福建電網邁進了超高壓時代。福建電網主網架由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。遠距離輸電時，首先要把電廠發電機組產生的500V電壓通過升壓變壓器升高到500kV，以40萬kW的功率遠距離送往泉州變電站，不同的輸送電壓、所用的導線及相應的線損率如表所示，則升級后（）電壓等級（kV）導線截面（mm2）線損率（%）2201*57035003*5701A．送往泉州變電站遠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）一臺發電機最大輸出功率為4000kW，電壓為4000V，經變壓器T1升壓后向遠方輸電。輸電線路總電阻R＝1kΩ.到目的地經變壓器T2降壓，負載為多個正常發光的燈泡（220V，60W）。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T1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）正常發光24．（2021春?朝陽區校級月考）如圖所示為某小型電站輸電示意圖，發電廠發出U1＝311sin100πt（V）的交流電通過升壓變壓器進行高壓輸電，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S1、S2都斷開，則電壓表示數為零 B．負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來提高輸電效率25．（2021?峨山縣校級模擬）遠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S由2改接為1時，下列說法正確的是（）A．電壓表讀數增大 B．電流表讀數增大 C．輸電線上損耗的功率減小 D．用戶的功率減小26．（2021?道里區校級二模）高壓輸電可大大節能，我國目前已經全面掌握了特高壓輸電核心技術并已應用在電路傳輸中。一個水電站，其交流發電機的輸出電壓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比為4：1，U4隨時間變化的規律如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．輸電線上損失的功率為且隨用戶使