14.5电能输送（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

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第14.5讲 电能输送
【知识点精讲】
一、电能的输送
如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R。
1．输出电流
I＝ eq \f(P,U) ＝ eq \f(P′,U′) ＝ eq \f(U－U′,R) 。
2．电压损失
ΔU＝U－U′＝IR。
3．功率损失
ΔP＝P－P′＝I2R＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U))) eq \s\up12(2) R。
4．减少输电线上电能损失的方法
(1)减小输电线的电阻R。由R＝ρ eq \f(l,S) 知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。
【温馨提示】采用该种方法效果有限，因为加大输电线的横截面积会增加材料的使用量，而且输电线的重力增大给架设线路带来困难。
(2)减小输电线中的电流。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。
二、电压互感器和电流互感器的比较
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【方法归纳】分析远距离输电问题的三个“关键”
1．理清三个回路
2．抓住两个联系
(1)回路1和回路2的联系——升压变压器→基本关系： eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) ， eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(n2,n1) ，P1＝P2。
(2)回路2和回路3的联系——降压变压器→基本关系： eq \f(U3,U4) ＝ eq \f(n3,n4) ， eq \f(I3,I4) ＝ eq \f(n4,n3) ，P3＝P4。
3．明确三个重要关联式(联系两个变压器的纽带)
(1)功率关联式：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔUI线＝I线2R线＝ eq \f(ΔU2,R线) 。
(2)电压关联式：U2＝ΔU＋U3。
(3)电流关联式：I2＝I线＝I3。
【最新高考题精练】
1．（2023年6月高考浙江选考科目）我国1100kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是（ ）
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1100kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
【参考答案】A
【名师解析】由于只有交流电才能通过变压器变压，所以送电端先升压在整流，用户端先变交流电在降压，A正确B错误；特高压输电1100kV是指直流电压，C错误；输电功率由用户端电压决定，D错误。
2. （2023高考山东高中学业水平等级考试）某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1= 250V，输出功率500kW。降压变压器的匝数比n3：n4= 50：1，输电线总电阻R = 62.5Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4= 220V，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（ ）

A. 发电机的输出电流为368A
B. 输电线上损失的功率为4.8kW
C. 输送给储能站的功率为408kW
D. 升压变压器的匝数比n1：n2= 1：44
【参考答案】C
【名师解析】
由题知，发电机的输出电压U1 = 250V，输出功率500kW，则有，A错误；
由题知，用户端电压U4 = 220V，功率88kW，则有，P′ = U4I4
联立解得：I4 = 400A，I3 = 8A，U3 = 11000V
则输电线上损失的功率为P损 = I32R = 4kW
且U2 = U3＋I3R = 11500V
再根据，解得，BD错误；
根据理想变压器无功率损失有P = U2I3＋P储
代入数据有 P储 = 408kW，C正确。
3.（2023高考天津卷） 下图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器和降压变压器都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，下列说法正确的有（ ）

A. 输出电压与输入电压相等
B. 输出功率大于输入功率
C. 若用户接入的用电器增多，则R功率降低
D. 若用户接入的用电器增多，则输出功率降低
【参考答案】B
【名师解析】
由于输电过程中电阻R要产生热量，会损失功率，故输出功率大于输入功率；输出电压大于输入电压，故A错误，B正确；
由于输入电压不变，所以变压器的输出变压不变，随着用户接入的用电器增多，导致用户端的等效电阻变小，则电流变大，根据
可知R功率增大；故C错误；
用户接入电路的用电器越多，用电器消耗功率增大，即输出功率增大，故D错误。
4. （2022新高考福建卷）某同学利用如图所示电路模拟远距离输电．图中交流电源电压为，定值电阻，小灯泡、的规格均为“ ”，理想变压器、原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1．分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ，两电路都稳定工作时，（ ）
A. 与一样亮
B. 比更亮
C. 上消耗的功率比的大
D. 上消耗的功率比的小
【参考答案】BC
【命题意图】此题考查远距离电能输送、变压器、电功率及其相关知识点。
【名师解析】
若开关接cd端，则若电源电压为，理想变压器、的匝数比为
用户电阻为，输电线电阻为，由变压器工作原理和欧姆定律。升压变压器次级电压

降压变压器初级电压
降压变压器次级电压


可得输电功率为
输电线上损耗的电功率为
用户得到的电功率为
若开关接ab端，则负载得到的功率
输电线上损耗的电功率为
将， ，k=3带入可知
可得
即比更亮；
上消耗的功率比的大。故选BC。
【最新模拟题精练】
1．(2023山东泰安模拟). 如图所示为某小型发电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入甲、乙两个互感器，两互感器原、副线圈的匝数比分别为200:1和1:20，电压表的示数为220V，电流表的示数为4A，输电线路总电阻r=20Ω，则下列说法正确的是（ ）

A. 甲是电流互感器，乙是电压互感器
B. 线路上损耗的功率为320W
C. 用户得到的电功率为3392kW
D. 用电设备增多，降压变压器输出电压U4变大
【参考答案】C
【名师解析】
互感器甲的原线圈并联在升压变压器副线圈两端，是电压互感器，互感器乙的原线圈串联在输电线电路中，是电流互感器，故A错误；
电流表的示数为，电流互感器乙原、副线圈的匝数比为，可知输电线上的电流为I2=80A，输电线路总电阻，则有输电线路上损耗的功率为
故B错误；
电压表的示数为，电压互感器A的原、副线圈的匝数比为，可知升压变压器副线圈两端电压为U2=44000V，则升压变压器的输出功率为
则有升压变压器的输入功率为3520kW，用户得到的功率为3392kW，故C正确；
用电设备增多，降压变压器副线圈回路的电流增大，则输电线上的电流增大，输电线上的电压降增大，降压变压器的输入电压U3变小，降压变压器输出电压U4变小，D错误。
2. （2023辽宁教研联盟二模）有一台内阻为1n的发电机，给一个学校照明供电，如图所示，T1、T2分别为理想的升压变压器和降压变压器，升压变压器匝数比为1：4，降压变压器匝数比为4：1，T1与T2之间输电线的总电阻为10Ω。全校共有22个班，每班有220V、40W的日光灯6只，若保证灯管全部正常发光，则（ ）
A. 输电线上的电流为8A
B. 输电线上的损失电压为240V
C. 发电机的电动势为259V
D. 发电机的输出功率为5280W
【参考答案】C
【名师解析】
22个班电灯都正常工作时，则干路的总电流为
理想变压器原副线圈电流与匝数成反比，故输电线上的电流为，A错误；
输电线上损失的电压为，B错误；
理想变压器原副线圈电压与匝数成正比，可得
解得的原线圈两端的电压为
故的副线圈两端的电压为
原线圈两端的电压为
的原线圈的电流为
根据闭合电路的欧姆定律，发电机电动势，C正确；
发电机输出功率为 ，D错误。
。
3. （2023福建南平政和一中质检）如图，利用理想变压器进行远距离输电，发电厂的输出电压恒定，输电线路的电阻不变，当用电高峰到来时（ ）
A. 输电线上损失的功率增大
B. 电压表V1的示数减小，电流表A1的示数增大
C. 电压表V2的示数增大，电流表A2的示数减小
D. 用户功率与发电厂输出功率的比值减小
【参考答案】AD
【名师解析】
当用电高峰到来时，用户消耗的功率变大，则降压变压器副线圈的电流变大，即电流表A2的示数变大，由于匝数比不变，输电线上的电流I随之变大，A1的示数增大，输电线上损失的功率变大，A正确；因发电厂的输出电压U1恒定，则升压变压器的副线圈两端的电压U2不变，即电压表V1的示数不变，故B错误；
输电线上的电压损失 ，变大，故降压器原线圈两端的电压减小，副线圈两端的电压也减小，即电压表V2的示数减小，C错误；
设电厂输出功率为P，输电线上电流为I，用户消耗的功率与发电厂输出功率的比值
＝＝
因为输电线上的电流I增大，则电压损失增大，U2不变，所以用户消耗的功率与发电厂输出功率的比值减小，D正确。
4. （2023重庆信息联考卷3） 如图所示是远距离输电的示意图，远距离输电要采用高压输电，输电电压330kV、550kV乃至750kV的线路，称为超高压输电线路，输电交流电压为1000kV（直流电压为）及以上的线路，称为特高压输电线路．我国已实现大功率的远距离输电，构建了大规模“西电东送”“北电南送”的能源配置格局，2018年，我国开始建造世界上容量最大的特高压多端直流输电工程．下列说法正确的是（ ）
A. 远距离输电的输送电压指升压变压器原线圈端电压
B. 远距离输电的输送电压可以无限制地提高
C. 远距离输电的输送电流指一次高压变电站副线圈的电流
D. 特高压远距离输电可以采用交、直流结合的方式输电
【参考答案】D
【名师解析】
远距离输电的输送电压指升压变压器副线圈端电压，故A错误；
不能无限制提高电压，电压越高对输电线路绝缘的要求越高，线路修建费用越高，故B错误；
远距离输电的输送电流指二次高压变电站副线圈的电流，故C错误；
为了增加输电效率，特高压远距离输电可以采用交、直流结合的方式输，故D正确.
5. （2023天津南开二模） “张北的风点亮北京的灯”深刻体现了2022年北京冬奥会的“绿色奥运”理念。张北可再生能源示范项目，把张北的风转化为清洁电力，并入冀北电网，再输向北京、延庆、张家口三个赛区。现有一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向北京赛区某场馆1万个额定电压为、额定功率为的LED灯供电。当发电机输出如图乙所示的交变电压时，赛区的空LED灯全部可以正常工作。已知输电导线损失的功率为赛区获得总功率的4%，输电导线的等效电阻为。则下列说法正确的是（ ）
A. 风力发电机的转速为
B. 风力发电机内输出的电能为
C. 降压变压器原、副线圈匝数比为
D. 升压变压器副线圈输出的电压的有效值为
【参考答案】ACD
【名师解析】
由图乙可知该交流电的周期为
所以风力发电机的转速为，故A正确；
风力发电机输出功率，故B错误；
输电线上损耗的功率为
由可得
降压变压器副线圈电流
所以降压变压器原、副线圈匝数比为 ，故C正确；
降压变压器原线圈电压
输电线上损耗的电压为
所以升压变压器副线圈输出的电压的有效值为 ，故D正确
6.（2023四川成都七中二诊）某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出功率为100kW，输出电压为，输电导线的总电阻为，导线上损耗的电功率为4kW，要使额定电压为220V的用电器正常工作，不计变压器损耗，则下列判断正确的是（ ）
A．，用电器得到的交流电频率为50Hz
B．升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为和
C．若用电器功率变大，则输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
D．若用电器功率变大，升压变压器的输出电压增大
【参考答案】BC
【名师解析】由输出电压表达式可知
用户得到的交流电频率为 ，A错误；
升压变压器原线圈电流为
根据
输电电流为
升压变压器原、副线圈的匝数比为
升压变压器输出电压为
降压变压器原线圈电压为
降压变压器原、副线圈的匝数比为 ，B正确；
若用电器功率变大，则用户端电流变大，输电电流变大，损失功率占总功率的比为
可知，升压变压器输出电压与发电机输出电压和升压变压器匝数比有关，则U2不变，输电线上损耗的功率占总功率的比例增大，C正确，D错误。
。
7. (2023云南昆明一中第9次质检)图甲为远距离输电示意图，发电站发出的电通过升压变压器升压，经过电线远距离传输后，再通过降压变压器降压后输入用户。已知升压变压器原、副线圈匝数比为，降压变压器原、副线圈匝数比为，升压变压器原线圈输入电压如图乙所示，用户端连接的电灯额定功率均为，电阻均为，变压器均为理想变压器，当用户接入1100盏电灯时电灯均正常发光，则（ ）
A. 发电机的输出功率为
B. 远距离输电线的总电阻为
C. 随着用户数量的增加，电灯的亮度会变暗
D. 随着用电量的增加，损耗的电能与电站输出的总电能之比越来越小
【参考答案】BC
【名师解析】
根据题意有，
解得
根据变压器的原理，有，，
而
可得
再由功率之间关系可得，故A错误，B正确；
随着用户数量增加，线路中的电流增大，导致输电线上的分压增大，使得用户获得的电压减小，故C正确；
损耗的电能与电站输出的总电能之比为
可知，随着用电量的增加，损耗的电能占比会越来越大，故D错误。
8. （2023广东实验中学三模）我国是全球唯一掌握超特高压直流输电技术的国家。下图是特高压直流输电系统的模拟图（只显示变压与传输部分），则以下说法正确的是（ ）
A. 题中描述的“特高压直流输电”，说明变压器可以直接对直流电进行变压作用
B. 变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高
C. 在输电功率一定条件下，输电电压提高十倍，线路损耗功率将降低为原来的一百分之一
D. 在上图中，用户接入电路的用电器越多，流过的电流越大，由匝数比等于电流的反比可知，流过电阻的电流变小
【参考答案】C
【名师解析】
根据变压器工作原理可知，变压器不可以直接对直流电进行变压作用，故A错误；
变压器在升压过程中频率保持不变，故B错误；
根据 ，
联立可得
在输电功率一定条件下，输电电压提高十倍，线路损耗功率将降低为原来的一百分之一，故C正确；
在上图中，用户接入电路的用电器越多，流过的电流越大，根据
可知随着增大，流过电阻的电流变大，故D错误。
9. (2023天津一中质检)如图所示为某水电站远距离输电的原理图。升压变压器的原副线圈匝数比为k，输电线的总电阻为R，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂输出的电压恒为U，若由于用户端负载变化，使发电厂输出功率增加了。下列说法正确的是（ ）
A. 电压表的示数不变，电压表的示数增大
B. 电流表、的示数均增大
C. 输电线上损失的电压增加了
D. 输电线上损失的功率增加了
【参考答案】BC
【名师解析】
由于发电厂输出电压恒为U，根据理想变压器的规律，对于升压变压器
故电压表的示数不变，发电厂输出功率增加了，则发电厂输出电流增加了
根据理想变压器的规律，对于升压变压器
示数增加了
由于示数增加，示数也将增加，降压变压器的输入电压将减少
故示数也将减小，A错误，B正确；
根据欧姆定律，输电线上损失的电压增加了 ，C正确；
输电线上损失的功率增加了
由于未知，故无法计算，D错误。
10. （2023辽宁鞍山一模） 疫情期间，为保障医院用电安全，供电部门专门为医院ICU病房区设计供电系统以及输电电路如图所示，发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，线框面积S=0.25m2，匝数n=100匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OOʹ以3000转/分的转速匀速转动，其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连，图中电压表示数为250V，降压变压器原、副线圈的匝数之比为5:1，降压变压器的副线圈接入到病房区供电，两变压器间的输电线等效电阻R=20Ω，变压器均为理想变压器。医院有五间标准ICU病房，病房内医疗设备额定工作电压均为U=220V，每间病房的最大功率为P=4400W。当五间病房均满负荷工作时（ ）
A. 输电线上损失的电压为500V
B. 匀强磁场B的大小为
C. 升压变压器原、副线圈匝数之比1:6
D. 该供电系统的输电效率为80%
【参考答案】BC
【名师解析】
当五间病房均满负荷工作时，降压变压器副线圈的电流
根据变压器原副线圈电流关系
代入数据得降压变压器原线圈的电流为
所以输电线上损失的电压为 ，故A错误；
线框转动的角速度为
线框在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，感应电动势最大值
解得，故B正确；
根据变压器原副线圈电流关系 ，
解得
设升压变压器原线圈电压为U1，副线圈电压为U2，在输电回路中有
则升压变压器得原副线圈匝数之比 ，故C正确；
该供电系统的输电效率为 ，故D错误。
11. （2023辽宁大连金州高中三模）交流发电机的输出电压为U，采用图示理想变压器输电，升压变压器原、副线圈匝数比为m，降压变压器原、副线圈匝数之比为n，输电导线电阻为r，用户的工作电压为U。下列说法正确的是（ ）
A. mn=1B. mn>1
C. 输电线上损失的功率为D. 输电线上损失的功率为
【参考答案】C
【名师解析】
若变压器的输电功率为P，用户得到的功率为P′，由于升压变压器输入电压为U，降压变压器输出电压为U，则升压变压器输出电压
降压变压器输入为
U3=nU
由于在输电线上有功率损失，所以P>P′，又
整理可得
mn＜1
故选项A、B错误；
CD．根据变压器的规律，升压变压器副线圈的电压
降压变压器原线圈电压
U3=nU
线路损失的电压
△U=U3-U2
损失的功率
由以上式子代入求得
故选项C正确，D错误。
12.（2023浙江名校联考） 如图为远距离输电的示意图。升压变压器的原副线圈匝数比为，输电线总电阻为R，不计升压变压器和降压变压器的各种损耗，发电厂输出的电压恒为U，若由于用户端负载变化，使输电线损失的功率增加了ΔP。下述正确的是（ ）
A. 是由于用户端消耗的总功率减小的缘故
B. 电流表A1、A2的示数均增大
C. 电流表A1的示数必定增加了
D. 发电机的输出功率增加了
【参考答案】B
【名师解析】
设电流表A1、A2的示数分别为、，降压变压器原副线圈的匝数分别为、，输电线损失的功率为
由于输电线损失的功率增大，可知增大，根据
可知增大，即电流表A1、A2的示数均增大，输电线损失的功率增大，是由于用户端消耗的总功率增大的缘故，故A错误，B正确；
设原来电流表A1的示数为，变化后电流表A1的示数为，则有
可知电流表A1的示数增加量满足
故C错误；
设升压变压器副线圈的输出电压为，则有
可得
则发电机的输出功率增加量为，故D错误。
13. （2023山东潍坊期末）如图所示，某小型水电站通过升压变压器T₁、高压输电线路和降压变压器T₂将产生电能输送给5km外的用户，水电站输出电压为400V，高压输电线路的阻值为1Ω/km，输电总功率为20kW，用户端电压为220V。两变压器均为理想变压器，T1的匝数比为1：5。下列说法正确的是（ ）
A. T1的输出电压为2000V
B. T2的匝数比 n1：n2 =95：11
C. 高压输电线上的电流为5A
D. 高压输电线上损失的电功率为1kW
【参考答案】ABD
【名师解析】
根据变压器电压与匝数比关系，可得
解得T1的输出电压为，故A正确；
高压输电线上的电流为，故C错误；
高压输电线总电阻
高压输电线上损失的电功率为，故D正确；
B．高压输电线上损失的电压为
T2的输入电压为
T2的匝数比，故B正确。电压互感器
电流互感器
原理图
原线圈的连接
并联在高压电路中
串联在交流电路中
副线圈的连接
连接电压表
连接电流表
互感器的作用
将高电压变
为低电压
将大电流变
成小电流
利用的公式
eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2)
I1n1＝I2n2