高考物理模型全归纳 第92讲+远距离输电原理及其动态分析

高考物理全归纳——模型专题

在高中物理教学中，引导学生认识、理解和建立“物理模型”，是培养学生创造性思维和创新能力的有效途径。

一、什么是物理模型

自然界中事物与事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并都处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，进行科学研究时，总是遵循这样一条重要的原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。

物理模型有三个类型：（1）物理研究对象的理想化（对象模型）；（2）物理条件的理想化（条件模型）；（3）物理过程的理想化（过程模型）

二、为什么要建立物理模型

1、帮助学生掌握学习方法      2、落实“过程与方法”的教学目标

3、提高学生解决问题能力

三、如何帮助学生的建立物理模型

（一）提高认识，重视过程：

对研究对象建立理想的物理模型和在研究物理过程中选择最简单的物理模型，在教学中是经常涉及到的，但学生总不能从中得到启示。

（二）概括总结，触类旁通：

新课程提出高中阶段应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自已解决问题的能力。

第92讲 远距离输电原理及其动态分析

1．（2020•浙江）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100kW，发电机的电压U1＝250V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220V．已知输电线上损失的功率P线＝5kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（　　）

A．发电机输出的电流I1＝40A 

B．输电线上的电流I线＝625A 

C．降压变压器的匝数比n3：n4＝190：11 

D．用户得到的电流I4＝455A

一.知识回顾

1．降低输电损耗的两个途径

减少输电损耗的理论依据：P损＝I2r。

(1)减小输电线的电阻：根据电阻定律r＝ρ，要减小输电线的电阻r，在输电距离一定的情况下，可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积的方法。

(2)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压。

2.远距离输电问题的分析方法

对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析。

3．远距离高压输电的几个基本关系(以下图为例)

(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3。

(2)电压、电流关系：＝＝，＝＝，

U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线。

(3)输电电流：I线＝＝＝。

(4)输电线上损耗的电功率

P损＝I线ΔU＝IR线＝2R线。

当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的。

二.典型例题

题型一：计算输电线损失的功率及高压输电的意义

（多选）例1．（2020•新课标Ⅱ）特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU．在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′．不考虑其他因素的影响，则（　　）

A．ΔP′ΔP B．ΔP′ΔP C．ΔU′ΔU D．ΔU′ΔU

题型二：计算输电线电流及变压器原副线圈匝数比

（多选）例2．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100kW，发电机的电压U1＝250V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220V。已知输电线上损失的功率P线＝5kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的

是（　　）

A．发电机输出的电流I1＝40A 

B．输电线上的电流I线＝25A 

C．降压变压器的匝数比n3：n4＝190：11 

D．用户得到的电流I4＝455A

题型三：动态分析

（多选）例3．如图所示为一理想变压器，原线圈a、b两端接入电压u＝Umsinωt的交变电流，Um和原线圈接入电阻阻值均保持不变。当用户并联在副线圈两端上的用电器增加时，下列说法正确的是（　　）

A．电流表A1的示数变大 B．电流表A2的示数变小 

C．电压表V1的示数变大 D．电压表V2的示数变小

三.举一反三，巩固练习

1. 2021年下半年，东北一些地区、一些时段实行了限电、停电，引起人们对输电、用电、节能的关注。某电站的电能输送示意图如图所示，升压变压器与降压变压器间输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数之比m，降压变压器原、副线圈匝数之比k。变压器均为理想变压器，如果发电机的输出电压为U1，用户输入端电压为U2，用户消耗电功率为P，则输电线上消耗电功率为（　　）

A． B． C． D．

2. 输电能耗演示电路如图所示。左侧升压变压器原、副线圈匝数比为1：3，输入电压为7.5V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为10Ω。开关S接1时，右侧降压变压器原、副线圈匝数比为2：1，R上的功率为10W；接2时，匝数比为1：2，R上的功率为P。下列说法中正确的是（　　）

A．接1时，左侧升压变压器副线圈两端电压为U2＝2.5V 

B．接1时，右侧降压变压器原线圈中的电流为I3＝2A 

C．导线总电阻r＝10Ω 

D．接2时，R上的功率P＝22.5W

3. 北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为250V，通过理想变压器向远处输电，如图，输电线的总电阻为8Ω，升压变压器T1原、副线圈匝数比为1：16，下列说法正确的是（　　）

A．若用户消耗功率减少，则升压变压器T1输出电压U2减小 

B．若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压U4增大 

C．若该发电系统输送功率为1×105W，则输电线损失的功率为5×103W 

D．若该发电系统输送功率为1×105W，用户获得220V电压，则降压变压器T2原、副线圈的匝数比为200：11

4. 我国能源分布很不均匀，远距离大容量输电有着特别重要的意义。远距离高压交流输电的示意图如图所示，变压器均为理想变压器，发电机的输出功率P1＝1750kW，发电机的输出电压U1＝350V，通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线的总电阻r＝16Ω

。若输电线上损失的功率ΔP＝40kW，则下列说法正确的是（　　）

A．输电线上输送的电流为500A 

B．升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2＝1：10 

C．降压变压器原线圈两端的电压为34200V 

D．输电线上损失的电压为35000V

5. 如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压恒为U1、输电线的电阻及理想变压器的匝数均不变，下列表述正确的是（　　）

A．若，则用户获得的电压U4＝U1 

B．若用户开启的用电器增多，则升压变压器输出的U2增大 

C．若用户开启的用电器增多，则输电线消耗的功率增大 

D．若用户开启的用电器增多，则发电机输出的功率减小

6. 白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，用500千伏特高压向四川远距离输电。在远距离输电中，输电线的电阻是不可忽略的，如图，为白鹤滩水电站输电线路原理图，水电站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U后向四川供电，输送的总功率为P。用户端理想变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，R1为输电线总电阻，R2为不断电用户电阻（可视为定值电阻），R为可变用户电阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R减小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为ΔU、ΔI，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（　　）

A． 

B． 

C．对于原线圈回路，虚线框所圈部分的等效电阻为 

D．输电线路上损耗的功率为

7. 红旗渠是二十世纪六十年代的伟大工程，被誉为“人工天河”，红旗渠居高临下，果线长，落差大，沿渠建电站，发电、灌溉两受益。红旗果灌区某小型水电站远距离输电的简化电路如图所示，若发电机输出的电压随时间变化的函数关系式为u＝Umsinωt，则下列说法正确的是（　　）

A．用户用电器上交流电的频率为 

B．发电机输出交流电的电压有效值为Um 

C．输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定 

D．当只有用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小

8. （多选）如图所示为远距离输电的原理图，升压变压器T1、降压变压器T2均为理想变压器，T1、T2的原、副线圈匝数比分别为k1、k2。输电线间的总电阻为R0，可变电阻R为用户端负载。U1、I1分别表示电压表V1、电流表A1的示数，输入电压U保持不变，当负载电阻R减小时，理想电压表V2的示数变化的绝对值为ΔU，理想电流表A2的示数变化的绝对值为ΔI，下列说法正确的是（　　）

A．R0 

B．R0k22 

C．电压表V1示数增大 

D．电流表A2的示数增加了

9. （多选）如图所示为远距离输电线路示意图，T1和T2为两理想变压器，T2变压器的原线圈匝数n3可以调节。输电线的等效总电阻为r，纯电阻用电器R1和R2的额定电压均为U、阻值均为R。断开S，调节n3匝数为N1时，用电器R1正常工作，此时输电线上损耗的功率为P1；闭合S，调节n3匝数为N2时，用电器R1也能正常工作，此时输电线上损耗的功率为P2。则（　　）

A．N2＜N1 B．N2＞N1 C． D．

10. （多选）如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器匝数均不变，且n1：n2＝n4：n3。下列表述正确的是（　　）

A．U1：U2＝U4：U3 

B．若用户总电阻增大，U1：U2≠U4：U3 

C．用户的功率增大时，输电线消耗功率增加 

D．用户的功率增大时，发电机的输出功率减小

11. （多选）小型发电厂输出电压为（V）的交流电，经过升压变压器输送到较远的地区后，再经过降压变压器输送给用户使用，如图所示。已知变压器都是理想变压器，升压变压器和降压变压器的匝数比分别为1：n和m：1，下列说法中正确的是（　　）

A．由于输电线有电阻，升压变压器原线圈功率大于副线圈功率 

B．升压变压器原线圈中的交流电的频率一定等于降压变压器中副线圈中交流电的频率 

C．若要用户得到的电压有效值也为220V，升压变压器原线圈中的电流将小于降压变压器中副线圈中的电流 

D．若要用户得到的电压有效值也为220V，则m＜n

12. 图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数比为k。在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsinωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率（　　）

A．2（）2r B．2（）2r C．4（）2r D．4（）2r