2024-2025學(xué)年初中物理電學(xué)同步專題點撥與強化專題45高壓輸電問題含解析

Page1專題45高壓輸電問題高壓輸電問題概述因為輸電線上的功率損耗正比于電流的平方（焦耳定律）。依據(jù)所以在遠距離輸電時就要利用大型電力變壓器上升電壓以減小電流，使導(dǎo)線減小發(fā)熱，方能有效地削減電能在輸電線路上的損失。由發(fā)電廠發(fā)出的電功率是肯定的，它確定于發(fā)電機組的發(fā)電實力，依據(jù)P=UI，發(fā)電機的功率不變效應(yīng)，若提高輸電線路中的電壓U那么線路中電流I肯定會減小，輸電線損失的功率肯定會相應(yīng)減小，假如線路中電流降低到原來的1/2那么線路中損失的功率就削減為遠損耗的1/4，因此說提高電壓可以很有效的降低線路中的功率損失。減小發(fā)熱量的方法由焦耳定律，減小發(fā)熱Q有以下三種方法：①減小輸電時間t，二是減小輸電線電阻R，三是減小輸電電流I?？梢钥闯觯谌N方法是很有效的：電流減小一半，損失的電能就降為原來的四分之一。要減小電能的損失，必需減小輸電電流，另一方面，輸電就是要輸送電能，輸送的功率必需足夠大，才有實際意義。依據(jù)公式P=UI，要使輸電電流I減小，而輸送功率P不變（足夠大），就必需提高輸電電壓U。明顯，高壓輸送經(jīng)濟。當用高電壓把電能輸送到用電區(qū)后，須要逐次把電壓降低，復(fù)原到正常電壓。對點訓(xùn)練1．“西電東送”是將我國西部發(fā)電車發(fā)出的電輸送到我國東部，由發(fā)電廠輸出的電功率是肯定的，它確定于發(fā)電機組的發(fā)電實力.依據(jù)P=UI中發(fā)電機的功率不變效應(yīng)，若提高輸電線路中的電壓U，那么線路中的電流I肯定會減小，反之亦然.輸電線路的電能損耗主要是輸電線電流熱效應(yīng)，輸電線損失的熱功率P=I2R，所以采納輸電線的電阻要盡量小.假如線路中電流降低到原來的12，那么線路中損失的熱功率就削減為原來的1設(shè)發(fā)電廠的輸出電功率P0=1.1×108W，輸電線路上的總電阻為10Ω。（1）若采納110kV的超高壓輸送電能，輸電線路的電流I1=_____，輸電線路損失的熱功率P1=______W，其與發(fā)電廠輸出電功率P0之比P1：P0=_______.（2）若采納1100kV超高壓輸送電能，輸電線路損失的熱功率P2=______W，其與高壓輸送電能損失的熱功率P1之比P2：P1=_______.所以采納超高壓遠距離輸電可以大大降低輸電線路的______________的損失.（3）若想使輸電線路中的熱功率損耗為零，還可以采納________做為輸電線材料.【答案】10001×1071：111×1051：100熱功率超導(dǎo)材料【解析】（1）采納110kV的超高壓輸送電能，即U1由P=UI得輸電線路的電流為：I1此時輸電線路的熱功率：P此功率與輸出電功率P0之比為：P1（2）若采納1100kV超高壓輸送電能，即U2此時輸電線路的電流為I則輸電線路的熱功率為P該功率與高壓輸送電能損失的熱功率P1之比為P可見采納超高壓遠距離輸電可以大大降低輸電線路的熱功率損失；（3）若想使輸電線路中的熱功率損耗為零，依據(jù)P=I2R2．如圖是供電設(shè)備向居民樓用戶輸電的示意圖，為保證居民樓內(nèi)的用戶全部用電器都能正常工作，居民樓的輸入導(dǎo)線間電壓必需保證為220V，當居民樓內(nèi)消耗的功率為44kW時，（1）通過輸電線的電流為多少安?（2）若輸電線的總電阻為0.1Ω，供電設(shè)備的輸出電壓是多少伏？（3）居民樓內(nèi)由于家用電器的增加，將向供電部分申請“增容”，即增加用電功率．在不變更輸電線狀況下，當居民的用電器的額定功率由44kW增加到88kW，全部用電器均在正常工作時，輸電線路損失的功率比“增容”前增加了多少?（4）若要求減小輸電線損失的功率，用學(xué)過的公式及學(xué)問說明應(yīng)實行的措施．【答案】（1）200A（2）240V（3）12000w（4）由P損=I2R線可知，導(dǎo)線上損失的功率與電流的平方和導(dǎo)線的電阻有關(guān)．減小輸電線損失的電功率時，為保障用戶的用電器正常工作，I不能減小，只能減小R線．R線隨導(dǎo)線長度的變短而變小，隨橫截面積變大而變小，還跟材料有關(guān)．因居民樓到供電設(shè)備間距離不能變短，所以導(dǎo)線的長度不能變小，減小輸電線的電阻應(yīng)換用較粗的導(dǎo)線或變更輸電線的材料【解析】①通過輸電線的電流為：I1=P1/U1=44kw/220V=200A②輸電線分擔(dān)的電壓：U2=IR=200A×0.1Ω=20V供電設(shè)備的輸出電壓：U=U1+U2=220V+20V=240V③增容后輸電線中電流：I-2=P2/U1=88kw/220V=400A增容后輸電線損失的功率：P損2=I2·R=（400A）2×0.1Ω=16000w增容前輸電線損失的功率：P損1=I12R=（200A）2×0.1Ω=4000w輸電線損失的功率比“增容”前增加了：△P損=16000-4000w=12000w④由P損=I2R線可知，導(dǎo)線上損失的功率與電流的平方和導(dǎo)線的電阻有關(guān)．減小輸電線損失的電功率時，為保障用戶的用電器正常工作，I不能減小，只能減小R線．R線隨導(dǎo)線長度的變短而變小，隨橫截面積變大而變小，還跟材料有關(guān)．因居民樓到供電設(shè)備間距離不能變短，所以導(dǎo)線的長度不能變小，減小輸電線的電阻應(yīng)換用較粗的導(dǎo)線或變更輸電線的材料（例如：鋁線換成銅線），從而達到減小輸電線損失的功率的目的．3．有一根兩端電壓為220kV的高壓輸電線，是用一般的鋁絞線制成的，允許通過的最大電流為300A，但弱小的鳥兒踩在袒露的高壓線上卻安穩(wěn)無恙．如圖，假如小鳥兩爪間的距離是5cm，這段5cm長的鋁導(dǎo)線的電阻是15×10﹣5Ω．求：（1）假如通過鳥兒兩爪間輸電導(dǎo)線的電流為300A，則這段5cm長的鋁導(dǎo)線兩端的電壓為多少V？（2）假如小鳥的電阻為1000Ω，此時通過小鳥身體的電流為多少A？【答案】（1）4.5×10﹣2V；（2）4.5×10﹣5A【解析】（1）這段導(dǎo)線兩端的電壓：U＝IR＝300A×15×10-5Ω＝4.5×10-2V；（2）小鳥與這段導(dǎo)線并聯(lián)，則小鳥兩爪間的電壓U＝4.5×10-2V，通過小鳥的電流：I′＝＝＝4.5×10-5A．4．南陽市南召縣回龍抽水蓄能電站，是我省第一座抽水蓄能電站。在深夜用電低谷，它用電網(wǎng)過剩的電能把山下水庫的水抽到山頂水庫內(nèi)，白天用電高峰時放水發(fā)電，補充電網(wǎng)電能不足，為緩解我省電網(wǎng)的調(diào)峰壓力做出了貢獻。(1)蓄能電站放水發(fā)電時，_______能轉(zhuǎn)化為_______能。(2)該蓄能電站的發(fā)電總功率為110MW，采納220kV高壓進行輸電，求高壓輸電線中的電流。(3)該蓄能電站每天可發(fā)電5小時，假如一天的發(fā)電量由熱電轉(zhuǎn)換效率為30%的熱電廠來供應(yīng)，須要消耗多少煤？(煤的熱值q=3.0×I07J/kg)【答案】（1）機械電（2）500A（3）【解析】（1）蓄能電站也是電站，電站的核心就是發(fā)電機，所以發(fā)電時是將水的機械能轉(zhuǎn)化為電能；（2）依據(jù)電功率計算式P=UI可得高壓輸電線的電流為：；（3）5小時發(fā)電量為：，須要的熱量為：，所以須要的煤的質(zhì)量為：。5．中國95后的天才科學(xué)家曹原，在2024年3月5日，勝利實現(xiàn)了石墨烯的“超導(dǎo)電試驗”，破解了困擾全球物理學(xué)界107年的難題，為超導(dǎo)探討打開了一扇新的大門，可能成為常溫超導(dǎo)體探討的里程碑，超導(dǎo)應(yīng)用即將走進我們的生活．現(xiàn)有一個小型水電站，如圖所示，發(fā)電機供應(yīng)的電壓U=250V，保持恒定，通過輸電線向較遠處用戶輸電，輸電線的總電阻R0=0.15Ω．閉合開關(guān)S，若發(fā)電機供應(yīng)應(yīng)電路的總功率P=50kW，求：（1）通過輸電線的電流和輸電線上損耗的熱功率P0；（2）用戶得到的功率P1和輸電效率η；（3）若將輸電線改為超導(dǎo)輸電線，在保證用戶得到以上功率不變的狀況下（此時可在用電器前端加一調(diào)壓裝置，以保證用電器能正常工作），與原來相比，每天節(jié)約的電能可供一個額定功率P2=1kW的電飯煲正常工作多少天？（假設(shè)電飯煲每天工作2小時）【答案】（1）200A6kW（2）88%（3）72天【解析】（1）通過輸電線的電流I==200A，輸電線上損耗的熱功率P0=I2R0=(200A)2×0.15Ω=6×103W=6kW；（2）用戶得到的功率P1=P總-P0=50kW-6kW=44kW，輸電效率η==88%；（3）依據(jù)能量關(guān)系得到W0=W2，P0t1=P2t2N，6000W×24×3600s=1000W×2×3600s×N，N=72天．答：（1）通過輸電線的電流是200A，輸電線上損耗的熱功率是6kW；（2）用戶得到的功率是44kW，輸電效率是88%；（3）每天節(jié)約的電能可供一個額定功率P2=1kW的電飯煲正常工作72天．6．抗“疫”就是號令，時間就是生命。7000人10天建成火神山醫(yī)院，中國速度再次驚艷世界！如圖所示，火神山醫(yī)院用電是通過設(shè)立在旁邊的“變電站”供應(yīng)的，正常供電時，為保證醫(yī)院的用電器能正常工作，醫(yī)院的輸入電壓應(yīng)為U0，已知醫(yī)院用電器的總功率為P0、輸電線的總電阻為r，請完成以下問題：（特殊提示：當導(dǎo)線比較短的時候，其電阻通常忽視不計。但長距離輸電時，輸電線的電阻則不能忽視不計。）(1)正常供電時，輸電線中的電流及變電站的輸出電壓；(2)假如醫(yī)院須要“增容”，即增加醫(yī)院的用電功率，為保證醫(yī)院的用電器仍能正常工作，變電站的輸出電壓應(yīng)相應(yīng)的增加。若變電站的輸出電壓增加了ΔU，則醫(yī)院用電器的總功率在P0的基礎(chǔ)上增加了多少？輸電線上消耗的功率比“增容”前增加多少？【答案】(1)；；(2)；【解析】(1)正常供電時，輸電線中的電流變電站的輸出電壓(2)增容后電路中電流增加ΔI=醫(yī)院用電器總功率增加ΔP0=U0ΔI=U0增容前導(dǎo)線損失的功率P線=I2r=()2r增容后導(dǎo)線損失的功率增容后導(dǎo)線損失的功率增加答：(1)正常供電時，輸電線中的電流是，變電站的輸出電壓是；(2)醫(yī)院用電器的總功率在P0的基礎(chǔ)上增加了，輸電線上消耗的功率比“增容”前增加。7．如圖所示是某醫(yī)院的應(yīng)急供電線路示意圖。柴油發(fā)電機到用電區(qū)的輸電線路所用導(dǎo)線單位長度的電阻為5×10－4Ω/m，柴油發(fā)電機的輸出電壓為260V。用電區(qū)內(nèi)每個用電器的額定電壓均為220V，總功率為44kW，當這些用電器都正常工作時，求：⑴輸電線路中的電流多大？⑵輸電線路損失的電功率是多少？⑶發(fā)電機與用電區(qū)間的距離？⑷若應(yīng)急供電1小時，發(fā)電機效率為30%，醫(yī)院最少須要打算多少柴