高壓輸電問題-2021年中考物理（解析版）

專題24高壓輸電問題

▲考點(diǎn)解讀

高壓輸電問題概述

因?yàn)檩旊娋€上的功率損耗正比于電流的平方（焦耳定律Q=/2/?r）。根據(jù)所以在遠(yuǎn)距離

輸電時(shí)就要利用大型電力變壓器升高電壓以減小電流，使導(dǎo)線減小發(fā)熱，方能有效地減少電

能在輸電線路上的損失。由發(fā)電廠發(fā)出的電功率是一定的，它決定于發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力，

根據(jù)P=UI,發(fā)電機(jī)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一定會(huì)減

小，輸電線損失的功率。=/2七一定會(huì)相應(yīng)減小，如果線路中電流降低到原來的1/2那么線路

中損失的功率就減少為遠(yuǎn)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Q=/2/?r,減小發(fā)熱Q有以下三種方法：□減小輸電時(shí)間3二是減小輸電線

電阻R,三是減小輸電電流I。可以看出，第三種辦法是很有效的：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，必須減小輸電電流，另一方面，輸電就是要

輸送電能，輸送的功率必須足夠大，才有實(shí)際意義。根據(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），就必須提高輸電電壓U。

顯然，高壓輸送經(jīng)濟(jì)。當(dāng)用高電壓把電能輸送到用電區(qū)后，需要逐次把電壓降低，恢復(fù)

到正常電壓。

▲習(xí)題練習(xí)

1.關(guān)于家庭電路，下列說法中正確的是（）

A.發(fā)電廠進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，為了減少輸電線電阻的發(fā)熱損耗的電能，通常采用高壓輸電的方式

B.在家庭電路中，安裝電燈的燈頭時(shí)，要保證燈頭的螺紋部分接觸的是零錢，開關(guān)不接在零線上，是因

為無法控制電燈的亮和滅

C.在家庭電路中有些用電器使用的是三線插頭，接線時(shí)要保證“左零右火中接地”，如果地線斷路，則用

電器不能正常工作

D.如果家庭電路中不安裝保險(xiǎn)絲，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，會(huì)因?yàn)橥ㄟ^用電器的電流過大而燒毀用電器

【答案】A

【解析】A.由尸=山可知，當(dāng)功率一定時(shí)，提高輸電電壓，則電路中電流就越??；根據(jù)焦耳定律Q=

可知，電阻和通過時(shí)間一定時(shí)，電流越小，電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量就越小，故A正確；

B.在家庭電路中，安裝電燈的燈頭時(shí)，要保證燈頭的螺紋部分接觸的是零錢，開關(guān)不接在零線上，是因

為防止觸電事故的發(fā)生，故B錯(cuò)誤；

C.在家庭電路中有些用電器使用的是三線插頭，接線時(shí)要保證“左零右火中接地“，如果地線斷路，則用

電器能正常工作，只是易發(fā)生觸電事故，故c錯(cuò)誤；

D.如果家庭電路中不安裝保險(xiǎn)絲，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，電路中的電流過大，用電器中沒有電流，故會(huì)因?yàn)橥?/p>

過用電器的電流過大而燒毀輸電線路，故D錯(cuò)誤。

故選Ao

2.國家電網(wǎng)輸送電能時(shí)采用1000千伏特高壓交流輸電線路輸送，可以減少輸電線上的電能損耗，這是因

為。

【答案】見解析

【解析】由「="可知，在輸出功率一定的情況下，提高輸出電壓，可以減少導(dǎo)線中的電流；由。=產(chǎn)即

可知，在R、f相同時(shí)，電流越小，電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量越小。

3.請閱讀《超導(dǎo)體》

超導(dǎo)體

1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的H?卡茂林?昂內(nèi)斯意外地發(fā)現(xiàn)，將水銀冷卻到-268.98C時(shí);水銀的電阻突然消

失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與水銀相類似的低溫下失去電阻的特性，由于材料的這種特殊導(dǎo)

電性能，昂內(nèi)斯稱其為超導(dǎo)態(tài)，處于這種狀態(tài)的導(dǎo)體稱為超導(dǎo)體。昂內(nèi)斯由于他的這一發(fā)現(xiàn)獲得了1913

年諾貝爾獎(jiǎng)。物質(zhì)的溫度低于它的臨界溫度(轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)的溫度)，這種物質(zhì)才會(huì)有超導(dǎo)性。一般金屬或

合金的臨界溫度都很低，例如鉛的臨界溫度是-265.97C,要維持這么低的溫度也是很困難的。超高壓輸

電會(huì)有很大的損耗，而利用超導(dǎo)體則可最大限度地降低損耗。但由于臨界溫度較高的超導(dǎo)體在應(yīng)用中面臨

著許多難題，從而限制了超導(dǎo)輸電的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，新的超導(dǎo)材料不斷涌現(xiàn)，人們期盼著超導(dǎo)輸

電能在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)。

請根據(jù)上述材料，回答下列問題：

(1)超導(dǎo)體是指在降低到足夠低時(shí)，某些金屬材料的會(huì)突然變?yōu)榱愕膶?dǎo)體。

(2)超導(dǎo)體(選填"能”或"不能”)用來制作滑動(dòng)變阻器。

(3)利用超導(dǎo)材料輸電，可最大限度地減少電能轉(zhuǎn)化為(選填"核能”、"化學(xué)能”或“內(nèi)能”)所造

成的能量損失。

【答案】溫度電阻不能內(nèi)能

【解析】(1)口］［2］由題意“許多金屬和合金都具有與水銀相類似的低溫下失去電阻”可知，超導(dǎo)體是指在溫度

降低到足夠低時(shí)，某些金屬材料的電阻會(huì)突然變?yōu)榱愕膶?dǎo)體。

(2)［3］超導(dǎo)體不能用來制作滑動(dòng)變阻器，變阻器的電阻絲的電阻較大，通過滑片位置的改變調(diào)節(jié)連入電阻的

大小，若電阻為零，它就不能改變阻值了。

(3)［4］用超導(dǎo)體做輸電導(dǎo)線，可以減小由電能到內(nèi)能的損耗，提高傳輸效率。

4.“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一定的，它決定于

發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力.根據(jù)P=UI中發(fā)電機(jī)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一定會(huì)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,

所以采用輸電線的電阻要盡量小.如果線路中電流降低到原來的5那么線路中損失的熱功率就減少為原來

的%因此提高電壓可以很有效地降低輸電線路中的熱功率損失.

設(shè)發(fā)電廠的輸出電功率Po=l」xlO8W,輸電線路上的總電阻為10Q?

（1）若采用11OkV的超高壓輸送電能，輸電線路的電流I產(chǎn),輸電線路損失的熱功率P尸W,

其與發(fā)電廠輸出電功率Po之比Pi：Po=.

（2）若采用llOOkV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Pi之比P2：Pi=.所以采用超高壓遠(yuǎn)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，還可以采用做為輸電線材料.

【答案】1000IxlO71：11IxlO51：100熱功率超導(dǎo)材料

【解析】采用UOkV的超高壓輸送電能,即Ui=110kV=1.1x105V；

由P=U/得輸電線路的電流為：

/i=fl=H^=1000AJ

1Ui1.1X1O5V

此時(shí)輸電線路的熱功率:

r2)

Pi=I；R線=aoooA；xion=l.oxio7w

此功率與輸出電功率Po之比為:

Pl1.OX1O7W1

-=----o-=一

8

Po1.1X1OW11

2L若采用llOOkV超高壓輸送電能，即6=1100kV=1.1x1。6丫；

此時(shí)輸電線路的電流為

8

Po_1.1x10W

‘2=員=1.1x106V=100A

則輸電線路的熱功率為

c2一

5

P2=eR線=6100A；xion=1.0x10W

該功率與高壓輸送電能損失的熱功率Pi之比為

P1.0x105W1

2--=-----------=---

P11.0x107W100

可見采用超高壓遠(yuǎn)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，根據(jù)P=/2R可知，只能是導(dǎo)線的電阻為零，所以還可以采用

超導(dǎo)體做為輸電線材料。

5.請閱讀《特高壓輸電》并回答問題。

特高壓輸電

2020年12月10日，白鶴灘一江蘇，特高壓±800千伏直流輸電工程開工建設(shè)。工程線路全長2087公里，

途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽、江蘇，工程額定電壓±800千伏，額定輸送功率800萬千瓦，計(jì)劃于2022

年建成投運(yùn)。工程投運(yùn)后，每年可輸送電量312億千瓦時(shí)，減少煤炭運(yùn)輸1400萬噸，減排二氧化碳2542

萬噸、二氧化硫25萬噸，對滿足電力供應(yīng)、優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、緩解大氣污染防治壓力具有重要意義。

特高壓輸電是指±800千伏及以上直流輸電電壓和1000千伏及以上交流輸電電壓等級。之所以采用特高壓

輸電的方式是因?yàn)樵谙嗤旊姽β实那闆r下，電壓越高電流就越小，這樣就能減少輸電時(shí)的電流，從而降

低因電流產(chǎn)生的熱損耗和降低遠(yuǎn)距離輸電的材料成本。特高壓輸電輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、

占用土地少。100萬伏特高壓輸電線路輸送電能的能力（技術(shù)上叫輸送容量）是50萬伏超高壓輸電線路的

5倍。所以有人這樣比喻，特高壓輸電是“電力高速公路

在電力工程技術(shù)上有一個(gè)名詞叫“經(jīng)濟(jì)輸送距離”，是指某一電壓等級輸電線路最經(jīng)濟(jì)的輸送距離。因?yàn)檩?/p>

電線路在輸送電能的同時(shí)本身也有損耗，線路太長，損耗太大，經(jīng)濟(jì)上不合算。50萬伏超高壓輸電線路的

經(jīng)濟(jì)輸送距離一般為600~800公里，而100萬伏特高壓輸電線路因?yàn)殡妷禾岣吡?，能達(dá)到10007500公里

甚至更長，這樣就能解決把西部能源搬到中東部地區(qū)使用的問題。

特高壓直流輸電技術(shù)解決了國內(nèi)的電力輸送問題，為全球能源互聯(lián)提供了“中國方案”，推動(dòng)我國能源領(lǐng)域

高新技術(shù)強(qiáng)勢“走出去

請根據(jù)上述材料，回答下列問題：

（1）有人將特高壓輸電比喻為“電力高速公路”，是由于。

（2）不同電壓等級的輸電線路有不同的“經(jīng)濟(jì)輸送距離”，其原因是（）

A□輸電線路是導(dǎo)體

Bl輸電線路中有電流通過

C」輸電線路的長度越長電阻越大

（3）請你分析通過提高電壓從而降低電流產(chǎn)生的熱損耗的原因，并寫出依據(jù)的公式。（）

【答案】特高壓輸電輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少C見解析

【解析】根據(jù)短文知道，“特高壓輸電輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少。100萬

伏特高壓輸電線路輸送電能的能力（技術(shù)上叫輸送容量）是50萬伏超高壓輸電線路的5倍?！彼?，有人

將特高壓輸電比喻為“電力高速公路”。

（2）［2］根據(jù)短文知道“因?yàn)檩旊娋€路在輸送電能的同時(shí)本身也有損耗，線路太長，損耗太大，經(jīng)濟(jì)上不合算

即輸電線路的長度越長電阻越大。

故選Co

p

（3）［3］因?yàn)樵谙嗤旊姽β实那闆r下，由/=）知道，電壓越高，則電流越??；輸電導(dǎo)線上產(chǎn)生的電熱功率

為《&=尸火，由于輸電線的電阻不變，電流減小，因此在輸電線上的熱損失減小。

6.特高壓輸電是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵.準(zhǔn)東--皖南特高壓輸電電壓恒為1.1x106V.當(dāng)輸送的電功率

為Llxioiow時(shí)，輸電電流為A.lh輸送的電能為度，當(dāng)輸送的電功率不同時(shí)，若輸送的

電功率用P輸表示，輸電導(dǎo)線上消耗的電功率用P任表示，則P耗與P*,的（填“一”或“二”）次方成

正比.

【答案】io41.1X107二次

【解析】解：（1）由P=UI可得，輸電電流為

/J.1X1。：07,

U1.1X1O6V

根據(jù)W=Pt可得，lh輸送的電能為

lo-377

W=Pt=l.lxlOxlO）llVxl/7=l.lxlO）tW7/=l.lxlO（度）

（2）已知特高壓輸電電壓恒定，當(dāng)輸送的電功率不同時(shí)，凄=/2H=（%）2R.輸電電壓U和輸電線電

耗U

阻R一定，所以輸電導(dǎo)線上消耗的電功率P札與輸電功率P輸?shù)钠椒匠烧?即Pn與P輸?shù)亩畏匠烧?

7.家用電冰箱正常工作時(shí)，其兩端的電壓為伏.電冰箱工作時(shí)將轉(zhuǎn)化為其他形式的能.遠(yuǎn)距

離輸電是通過輸電線路輸送的（選填“高壓”或"低壓”）.

【答案】220電能高壓

【解析】（1）我國家庭電路中各用電器的額定電壓是220V,所以電冰箱正常工作的電壓是220V；電冰

箱工作時(shí)消耗電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；

（2）在輸送功率一定時(shí)，山尸=。/可知電壓越高，電流越??；山Q=/2及可知輸送過程中損失的能量越

小，所以遠(yuǎn)距離輸電采用高壓輸電.

8.某小型水力發(fā)電站的發(fā)電輸出功率為5xl04w,輸電線的總電阻R=5C,為了使輸電資上損失的功率不

高于發(fā)電機(jī)輸出功率的4%,必須采用遠(yuǎn)距離高壓輸電的方法。則發(fā)電輸出電壓至少為V。

【答案】2500

【解析】由控制線路損失功率為輸出功率的4%可知損失的功率