【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

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第五章 交变电流
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
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3
第五章 交变电流
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？
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第五章 交变电流
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
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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。
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第五章 交变电流
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
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%。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器和降压变压器？ 3 P 100×10 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
＝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 I2，则 I2 2R 线 ＝5%P。
l ＝ρS)。
输电电压 ，减小__________ 输电电流 。 ②提高__________
前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。
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第五章 交变电流
3．远距离输送一定功率的交变电流时，若将输送电压提高到原来的n倍，则输送电流 1 1 将为原来的_____ n ，输电线上损失的电压为原来电压损失的_____ n ，输电线上损失的功率为原 1 来功率损失的_____ n2 。 4．用电压U和KU分别输送相同电功率，且在输电线上损失的功率相同，导线长度和材
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第五章 交变电流
解析 根据图乙可知，发电机输出的交流电的周期为 0.02 s，根据频率与周期的关系得 发电机输出的交流电的频率为 50 Hz， 由于变压器在传输电能的过程中不改变交流电的频率， 故用户用电器上交流电的频率为 50 Hz， A 项错误；根据图乙可知，发电机输出的交流电的 最大值为 500 V，由于该交流电是正弦式交变电流，根据正弦式交变电流的有效值与最大值 的关系可得，发电机输出的交流电的有效值为 250 2 V，故 B 项错误；根据输电线上的电 n1 流与升压变压器的输入电压 U1、升压变压器的原、副线圈的匝数比 、降压变压器的原、副 n2 U1 · n －I R n3 n 4 2 n1 2 线 线 线圈的匝数比 、 输电线上的电阻 R 线和负载电阻 R 负的关系可得 I 线＝I3＝ ( ) ， n4 n3 R负
(2)输电线路上的电压损失。
解析 设每根输电线的电阻为 r，则
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。
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第五章 交变电流
(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
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第五章 交变电流
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；
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第五章 交变电流
②从公式 P ＝ IU 来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高
输电电压 。 __________
(2)减少输电导线上的功率损耗，由 P 损＝I2R 线可知，具体的方法有：
电阻 ，如果采用电阻率相同的材料，可加大导线的__________( 横截面积 由 R ①减小输电导线的_____
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
少为 0.01S 或者输送的功率可增加为 10P。
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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 C．8U 解析 B．16U D．4U 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 )
料也相同，此两种情况下导线横截面积之比为_____ 。 K2∶1
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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
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第五章 交变电流
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。
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第五章 交变电流
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
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
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
D．不改变输电线路，且线路功率损失仍为ΔP时，输送的功率可增加为10P
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第五章 交变电流
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．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 ________