【紅對勾】2021屆高三物理(新課標(biāo))二輪專題復(fù)習(xí)突破：1-4-1遠(yuǎn)距離輸電問題的分析

難點突破遠(yuǎn)距離輸電問題的分析解決遠(yuǎn)距離輸電問題應(yīng)清楚以下內(nèi)容1．對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”這樣的挨次，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機”一步一步進行分析．2．遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖為例)，可分割為：三個回路，兩個變壓器．(1)整體功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3.(2)兩個變壓器電壓、電流關(guān)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)＝eq\f(I4,I3).(3)高壓輸電回路：U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線，I線＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U2－U3,R線)＝eq\f(ΔU,R線).P損＝I線ΔU＝Ieq\o\al(2,線)R線＝(eq\f(P2,U2))2R線＝eq\f(ΔU2,R線)＝eq\f(U2－U32,R線).3．削減電能損失的基本途徑：依據(jù)公式ΔP＝I2R線＝(eq\f(P,U))2R線可知有兩個基本途徑：(1)減小輸電線的電阻，如接受電阻率小的材料制作輸電線，加大導(dǎo)線的橫截面積等；(2)高壓輸電，在輸送功率肯定的條件下，提高輸電電壓，減小輸電電流．【典例】某發(fā)電廠發(fā)電機的輸出功率為P＝100kW，發(fā)電機端電壓為U＝250V，向遠(yuǎn)處送電的輸電線的總電阻R＝8Ω，要使輸電線上的功率損失不超過輸送功率的5%，用戶得到的電壓又正好是220V，則：(1)應(yīng)當(dāng)怎樣安裝變壓器？畫出輸電線路的示意圖．(2)所用的變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是多少？【解析】(1)只要安裝一臺升壓變壓器和一臺降壓變壓器，輸電線路示意圖如圖所示：(2)由題意知：P損＝5%P＝0.05×100×103W＝5×103W.設(shè)輸電線路中的電流為I，則P損＝I2R，代入數(shù)值得I＝25A輸送電壓為U2＝eq\f(P,I)＝eq\f(100×103,25)V＝4000V所以對升壓變壓器有eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(250,4000)＝eq\f(1,16)輸電線上損失的電壓為U線＝IR＝200V所以降壓變壓器原線圈兩端的電壓為U3＝U2－U線＝3800V即對降壓變壓器有eq\f(n3,n4)＝eq\f(U3,U4)＝eq\f(3800,220)＝eq\f(190,11).所以升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1：16.降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為190：11.隨著社會經(jīng)濟的進展，人們對能源的需求也日益增大，節(jié)能變得越來越重要．某發(fā)電廠接受升壓變壓器向某一特定用戶供電，用戶通過降壓變壓器用電，若發(fā)電廠輸出電壓為U1，輸出功率為P，輸電導(dǎo)線總電阻為R，在某一時段用戶需求的電功率為P0，用戶的用電器正常工作的電壓為U2，在滿足用戶正常用電的狀況下，下列說法正確的是()A．輸電線上損耗的功率為eq\f(P\o\al(2,0)R,U\o\al(2,1))B．輸電線上損耗的功率為eq\f(P2R,U\o\al(2,1))C．若要削減輸電線上損耗的功率可以接受更高的電壓輸電D．接受更高的電壓輸電會降低輸電的效率解析：遠(yuǎn)距離輸電示意圖如圖所示，則輸電線上損耗的功率為ΔP＝I2R＝eq\f(P2R,U\o\al(2,3))(U3為輸送電壓)，A、B錯；接受更高的電壓輸電(U3變大)，可以減小輸電線上的電流，進而減小輸電線損耗的功率，C對；由ΔP＝P－P0可知當(dāng)輸電線上損耗的功率減小，而用戶得到的功率不變時，發(fā)電廠輸出的總功率減小，即可提高輸電效率，D錯．答案：C一個小型水力發(fā)電站，發(fā)電機輸出電壓U0＝250V，內(nèi)電阻可以忽視不計，最大輸出功率為Pm＝30kW，它通過總電阻為R線＝2Ω的輸電線直接向遠(yuǎn)處的居民區(qū)供電．設(shè)居民區(qū)全部用電器都是額定電壓為U＝220V的白熾燈，總功率為P用＝22kW，不計燈絲電阻隨溫度的變化．(1)當(dāng)居民區(qū)的電燈全部使用時，電燈兩端的電壓是多少伏？發(fā)電機實際輸出的電功率為多大？(2)若接受高壓輸電，在發(fā)電機端用升壓變壓器，在用戶端用降壓變壓器，且不計變壓器和用戶線路的損耗．已知用戶端變壓器的降壓比為40：1，當(dāng)全部用戶電燈正常發(fā)光時，輸電線上損耗的功率為多大？解析：(1)由P＝eq\f(U2,R)知居民區(qū)的總電阻為R用＝eq\f(U2,P用)＝2.2Ω.所以當(dāng)居民區(qū)的電燈全部使用時，電燈兩端的電壓是U燈＝eq\f(U0,R用＋R線)R用≈131V.發(fā)電機實際輸出的電功率為P實＝eq\f(U\o\al(2,0),R用＋R線)≈14881W.(2)當(dāng)全部用戶的電燈正常發(fā)光時，用戶變壓器副線圈中的電流為I2＝eq