（山東省專用）2022高中物理 第五章 交變電流 第5節(jié) 電能的輸送講義（含解析）新人教版選修3-2

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1、（山東省專用）2022高中物理 第五章 交變電流 第5節(jié) 電能的輸送講義（含解析）新人教版選修3-2 1．輸送電能的基本要求是可靠、保質、經(jīng)濟。 2．根據(jù)P損＝I2r可知，減小輸電線上的功率損失有兩個途徑：一是減小輸電線的電阻，二是減小輸電電流。 3．在輸送功率一定時，提高輸送電壓，可以減小輸電電流。 一、降低輸電損耗的兩個途徑 1．輸送電能的基本要求 (1)可靠：指保證供電線路可靠的工作，少有故障。 (2)保質：保證電能的質量——電壓和頻率穩(wěn)定。 (3)經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用，電能損耗。 2．降低輸電損耗的兩個途徑 要減少輸電線路上的功率損失，

2、由公式P損＝I2R線知，必須減小輸電線電阻或減小輸電電流。 (1)要減小電阻，從R＝ρ看，在輸電距離一定的情況下，可以增大導線的橫截面積，但過粗的導線會耗費太多的金屬材料，同時也給鋪設線路帶來困難；還可以選用電阻率較小的導體。 (2)從公式P＝IU來看，在保證功率不改變的情況下，要減小輸送電流就必須提高輸電電壓。 前一種方法的作用十分有限，一般采用后一種方法。 3．高壓輸電 (1)現(xiàn)代遠距離輸電都采用高壓輸電。目前我國遠距離送電采用的電壓有110 kV,220 kV,330 kV，輸電干線已采用500 kV，西北電網(wǎng)甚至達到750 kV。 (2)高壓輸電并不是越高越好。電壓越高，對

3、輸電線路絕緣性能和變壓器的要求就越高，線路修建費用會增多。 (3)實際輸送電能時要綜合考慮輸送功率、距離、技術和經(jīng)濟等要求選擇合適的電壓。 二、電網(wǎng)供電 1．遠距離輸電基本原理 在發(fā)電站內用升壓變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓。 2．電網(wǎng) 通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡。 3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點 (1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大經(jīng)濟效益。 (2)減少斷電的風險，調劑不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質量。 (3)合理調度電力，使電力的供應更加可靠，質量更高。 1．自主思考——

4、判一判 (1)僅僅從減少能量損失的角度看，輸送功率一定的情況下，輸電電壓越高，損失的能量越少。(√) (2)在輸送功率和輸電電壓一定，使用同種材料的導線時，越粗的導線損失的電壓越小。(√) (3)一般情況下高壓輸電的導線是銅鋁合金而不是銀，原因是同種情況下，使用銀材料，輸電線損失的功率大。(×) (4)從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電。(×) (5)使用升壓變壓器和降壓變壓器進行遠距離輸電時，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓。(√) (6)遠距離輸電時，若升壓變壓器匝數(shù)比為1∶n，降壓變壓器匝數(shù)比為n∶1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。(×)

5、 2．合作探究——議一議 (1)輸電電壓與輸電線路上損失的電壓有何不同？ 提示：輸電線路上損失的電壓是指降落在輸電線電阻上的電壓；輸電電壓是輸電線路兩端的總電壓，它等于降落在輸電線電阻上的電壓與輸電線末端的電壓之和。 (2)輸電電壓越高越好嗎？ 提示：輸電電壓并不是越高越好。輸電電壓越高，輸電線路方面，對導線的絕緣要求越高，安全問題要求也越高，線路修建的費用也會越高；變壓器方面，升壓變壓器輸出的電壓越高，變壓器在絕緣、結構方面的制作要求也相應提高。因此，實際輸送電能時，要綜合考慮各種因素，如輸電功率的大小、距離的遠近、技術和經(jīng)濟要求等，依據(jù)不同情況選擇合適的輸電電壓。 (3)利用超導

6、線輸電可以很大程度地減少輸電損耗，從輸送電能的要求分析，我國現(xiàn)在為什么不大規(guī)模使用超導線輸電？ 提示：利用超導線輸電，材料比較貴重，不經(jīng)濟，技術要求也比較高，所以現(xiàn)在我國不能大規(guī)模使用。 輸電線上電壓和功率損失的計算 1．輸電線上的電壓損失 (1)電壓損失：輸電導線有電阻，電流通過輸電導線時，會在線路上產(chǎn)生電勢降落，致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失。 (2)減少輸電線路電壓損失的兩種方法。 ①減小輸電線路電阻：由R＝ρ可知，距離一定時，使用電阻率小的材料、增大導線橫截面積可減小電阻。 ②減小輸電電流：由I＝可知，當輸送功率一定時，升高電

7、壓可以減小電流。 2．輸電線上的電功率損失 (1)電功率損失 ①原因：任何輸電導線都有電阻，因此當電流通過輸電導線向遠方輸送時，輸電線因有電阻而發(fā)熱。 ②功率損失的計算：ΔP＝I2R，I為輸電線路上的電流，R為線路電阻。 (2)減少功率損失的方法 ①減小輸電線的電阻R：根據(jù)R＝ρ，減小電阻率ρ，目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導線材料；增大導線的橫截面積S，這要多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設帶來很大的困難。 ②減小輸電電流I：根據(jù)I＝，在輸送功率P一定，輸電線電阻R一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，根據(jù)P損＝2R知，輸電線上的功率損耗將降為原來的。

8、 [典例]　在遠距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個小型發(fā)電站，輸送的電功率P＝500 kW，當使用U＝5 kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4 800 kW·h。求： (1)輸電效率η和輸電線的總電阻r； (2)若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么發(fā)電站應使用多高的電壓向外輸電？ [思路點撥]　(1)輸電效率為相同時間內輸電線終點得到的電能與輸電線起點輸送的電能之比。 (2)兩只電度表一晝夜示數(shù)差為輸電線上一晝夜損失的電能。 [解析]　(1)輸送功率P＝500 kW，一晝夜輸送電能E＝Pt＝12 000 kW·h

9、 輸電線上損失的電能ΔE＝4 800 kW·h 終點得到的電能 E′＝E－ΔE＝7 200 kW·h 所以輸電效率η＝＝60% 輸電線上的電流I＝＝100 A 輸電線上損耗的功率Pr＝＝200 kW 輸電線的電阻r＝＝20 Ω。 (2)Pr＝2r 要求輸電線上損耗的功率Pr′＝2%P＝10 kW 輸電電壓應調節(jié)為U′＝P＝22.4 kV。 [答案]　(1)60%　20 Ω　(2)22.4 kV 計算功率損失和電壓損失的三點提醒 (1)輸電電壓是指加在高壓輸電線起始端的電壓U，損失電壓是指降落在輸電線路上的電壓ΔU＝IR。 (2)輸送功率是指高壓輸電線起始端輸出的

10、功率，損失功率是輸電線上消耗的功率。 (3)輸電線上的電流由I線＝計算，而不能由I線＝計算?！　　　? 1．遠距離輸電，輸電功率一定，當輸電電壓為U0時，輸電線上的電流為I0，損失的電功率為P0。則當輸電電壓提高為2U0時(　　) A．由I＝得，輸電線上的電流變?yōu)?I0 B．由I＝得，輸電線上的電流變?yōu)? C．由P＝得，輸電線上損失的電功率為4P0 D．由P＝IU得，輸電線上損失的電功率為2P0 解析：選B　設輸電線的電阻為R，當輸電線上的電流為I0時，損失的電功率為P0＝I02R。當輸電電壓提高為2U0時，由I＝可知輸電線上的電流變?yōu)?，輸電線上損失的電功率為P損＝2R

11、＝。故選項B正確。 2．輸電導線的電阻為R，輸送電功率為P?，F(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為(　　) A．U1∶U2　　　　 　　 B．U12∶U22 C．U22∶U12 D．U2∶U1 解析：選C　由P＝UI得輸電線中的電流I＝。輸電線上損失的功率P損＝I2R＝2R＝，即在輸送功率和輸電線電阻不變的情況下，損失的功率與輸電電壓的平方成反比。所以兩次輸電線上損失的功率之比為U22∶U12。C正確。 3．[多選]在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導線的電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損失的電功率為P′，用戶得到的電功率為P用

12、，則P′和P用的關系式正確的是(　　) A．P′＝ B．P′＝ C．P用＝P－ D．P用＝P 解析：選BD　輸電線電阻R＝ρ，輸電電流I＝，故輸電線上損失的功率為P′＝I2R＝2·ρ＝，用戶得到的電功率為P用＝P－P′＝P。 遠距離輸電 1．遠距離輸電示意圖 2．遠距離輸電中的6個基本關系 (1)功率關系：P1＝P2，P2＝P損＋P3，P3＝P4。 (2)電壓關系：＝，U2＝U線＋U3，＝。 (3)電流關系：＝，I2＝I線＝I3，＝。 (4)輸電電流：I線＝＝＝。 (5)功率損耗：P損＝P2－P3＝I線2R線＝＝U線I線。 (6)電壓損失：U線＝U2－U

13、3＝I線R線。 [典例]　發(fā)電機的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，每條輸電線的電阻為0.2 Ω，求： (1)此時用戶得到的電壓和電功率各為多少？ (2)如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣的輸電線路后經(jīng)10∶1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率各是多少？ [思路點撥] [解析]　(1)輸電線上的電流 IR＝＝ A＝200 A 損失的電壓UR＝IRR＝2×0.2×200 V＝80 V 損失的功率PR＝URIR＝80×200 W＝16 kW 故用戶得到的電壓U用戶＝U－UR＝140 V 用戶得到的功率為P用戶＝

14、P－PR＝28 kW。 (2)已知升壓變壓器的匝數(shù)比n1∶n2＝1∶10 輸入電壓U1＝220 V 因此，升壓變壓器的輸出電壓U2＝U1＝2 200 V 輸電線上的電流IR′＝＝ A＝20 A 損失的電壓UR′＝IR′R＝2×0.2×20 V＝8 V 損失的功率PR′＝UR′IR′＝8×20 W＝160 W 因此，降壓變壓器的輸入電壓U3＝U2－UR′＝2 192 V 已知降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝10∶1 所以用戶得到的電壓U4＝U3＝219.2 V 用戶得到的功率P用戶′＝P－PR′＝43.84 kW。 [答案]　(1)140 V　28 kW　(2)219.2 V

15、　43.84 kW 處理遠距離輸電的方法技巧 (1)畫好一張圖——遠距離輸電示意圖； (2)抓住電兩端——發(fā)電站和用戶； (3)分析一條線——輸電線； (4)研究兩次變——升壓變壓器升壓和降壓變壓器降壓； (5)區(qū)分三個量——輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)?！　　　? 1．某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示，發(fā)電機通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向R0＝11 Ω的純電阻用電器供電。已知輸電線的總電阻R＝10 Ω，T2的原、副線圈匝數(shù)比為4∶1，用電器兩端的電壓為u＝220 sin 100πt(V)，將T1、T2均視為理想變壓器。下列說法正確的是(

16、　　) A．降壓變壓器的輸入功率為4 400 W B．升壓變壓器中電流的頻率為100 Hz C．輸電線消耗的功率為500 W D．當用電器的電阻減小時，輸電線消耗的功率減小 解析：選A　由題可知，用電器兩端電壓有效值為220 V，交變電流頻率f＝＝ Hz＝50 Hz，由電功率公式可知，降壓變壓器輸出功率P＝＝4 400 W，理想變壓器輸入功率與輸出功率相等，故A項正確；理想變壓器不改變交變電流的頻率，B項錯誤；由變壓規(guī)律＝可知，降壓變壓器輸入電壓為880 V，由電功率定義式P＝UI可知，降壓變壓器輸入電流為I＝5 A，由焦耳定律可知，輸電線電阻消耗的功率PR＝I2R＝250 W，

17、C項錯誤；當用電器的電阻減小時，輸出功率增大，故降壓變壓器輸入功率增大，從而輸入電流增大，再由PR＝I2R可知，輸電線消耗的功率增大，D項錯誤。 2．輸送4.0×106 W的電能，若發(fā)電機輸出電壓為2 000 V，選用變壓器升壓后應用橫截面積為4.25 cm2的銅導線，把電能送到400 km遠處，線路損耗的功率為5.0×105 W。若已知銅的電阻率ρ＝1.7×10－8 Ω·m，求： (1)應選用匝數(shù)比為多少的升壓變壓器； (2)在用戶方使用降壓變壓器，其原線圈兩端的電壓為多大。 解析：(1)由P＝I2R得I＝，式中P為線路損耗功率，R為線路總電阻，兩條導線總電阻R＝ρ＝ρ，則R＝1.7

18、×10－8× Ω＝32 Ω 所以I＝＝ A＝125 A 因為P輸入＝P輸出， 所以在升壓變壓器副線圈兩端的電壓為 U2＝＝ V＝3.2×104 V 故＝＝。 (2)設U2′為降壓變壓器原線圈兩端的電壓， 則U2′＝U2－IR＝2.8×104 V。 答案：(1)1∶16　(2)2.8×104 V 1．[多選]在遠距離輸電中，當輸電線的電阻和輸送的電功率不變時，那么(　　) A．輸電線路上損失的電壓與輸電電流成正比 B．輸電電壓越高，輸電線路上損失的電壓越大 C．輸電線路上損失的功率跟輸電電壓的平方成反比 D．輸電線路上損失的功率跟輸電線上的電流成正比 解析：選

19、AC　輸電線路上損失的電壓ΔU＝Ir，在r一定時，ΔU和I成正比。若U越高，由I＝，則I越小，那么ΔU越小。輸電線路上損失的功率ΔP＝I2r，當P一定時，I＝，所以ΔP＝2r，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故選項A、C正確，B、D錯誤。 2．[多選]遠距離輸電裝置如圖所示，升壓變壓器和降壓變壓器均是理想變壓器。當S由2改接為1時，下列說法正確的是(　　) A．電壓表讀數(shù)變大　　 B．電流表讀數(shù)變大 C．電流表讀數(shù)變小 D．輸電線損失的功率減小 解析：選AB　改接為1時，升壓變壓器的原線圈匝數(shù)不變，副線圈匝數(shù)變大，所以輸電電壓變大，降壓變壓器的輸入電壓和輸出電壓均變大，

20、電壓表讀數(shù)變大，選項A正確；降壓變壓器的輸出電壓變大時，流過燈泡的電流I燈也變大，輸電線上的電流I線隨著I燈的變大而變大，所以電流表讀數(shù)變大，選項B正確，選項C錯誤；I線變大，輸電線損失的功率P線＝I線2R變大，選項D錯誤。 3．[多選]發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓是U1，發(fā)電廠至學校的輸電導線總電阻為R，導線中的電流為I，學校得到的電壓為U2，則輸電線上損失的功率下列表達式正確的是(　　) A. B. C．I2R D．I(U1－U2) 解析：選BCD　用P＝求電阻上損失的功率時，U要與電阻R相對應，選項A中的U1是輸出電壓不是輸電線上的電壓，故選項A是錯誤的。選項B中的U1－U2是輸電線上

21、的電壓，因此，選項B是正確的。選項C、D中的電流I是輸電線中的電流，故選項C、D都是正確的。 4．某小型發(fā)電站發(fā)電機輸出的交流電壓為500 V，輸出的電功率為50 kW，用電阻為3 Ω的輸電線向遠處送電，要求輸電線上損失功率為輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器，到達用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用(兩個變壓器均為理想變壓器)。對整個送電過程，下列說法正確的是(　　) A．輸電線上損失的功率為300 W B．升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶100 C．輸電線上的電流為100 A D．降壓變壓器的輸入電壓為4 700 V 解析：選A　輸電線上損失的功率P損＝50×10

22、3×0.6% W＝300 W，A項正確。由P損＝I22R得I2＝10 A，C項錯誤。升壓變壓器輸入電流I1＝＝ A＝100 A，由＝得＝，B項錯誤。根據(jù)＝得U2＝U1＝5 000 V，輸電線上損失的電壓U線＝I2R＝10×3 V＝30 V，所以降壓變壓器輸入電壓U3＝U2－U線＝4 970 V，D項錯誤。 5．用U1和U2兩種電壓通過相同長度和材料的導線輸電，若輸送的電功率相等，在輸電導線上損失的電功率也相同，則在兩種情況下輸電導線截面積之比S1∶S2為(　　) A. B. C.2 D.2 解析：選C　由輸送的電功率P＝IU，損失的電功率ΔP＝I2R，得ΔP＝R。由題意知，R1＝R2，

23、由此得＝，因為R＝ρ，所以＝。 6．如圖所示，某發(fā)電機輸出功率是100 kW，輸出電壓是250 V，從發(fā)電機到用戶間的輸電線總電阻為8 Ω，要使輸電線上的功率損失為發(fā)電機輸出功率的5%，而用戶得到的電壓正好為220 V，則升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比分別是(　　) A．16∶1　190∶11 B．1∶16　11∶190 C．1∶16　190∶11 D．16∶1　11∶190 解析：選C　輸電線損失功率P損＝100×103×5% W＝5×103 W，所以，輸電線上電流I2＝＝25 A，升壓變壓器原線圈電流I1＝＝400 A，故升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比＝＝。升壓變壓器副

24、線圈兩端電壓U2＝U1＝4 000 V，輸電線損失電壓U損＝I2R總＝200 V，降壓變壓器原線圈兩端電壓U3＝U2－U損＝3 800 V，故降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為＝＝。故選項C正確。 7．如圖所示為某發(fā)電站電能輸送示意圖。已知發(fā)電機的輸出電壓、輸電線的電阻及理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)均不變。若用戶電阻R0減小，下列說法正確的是(　　) A．發(fā)電機的輸出功率減小 B．輸電線上的功率損失減小 C．用戶得到的電壓減小 D．輸電線輸電電壓減小 解析：選C　若用戶電阻減小，則降壓變壓器輸出功率增大，導致發(fā)電機的輸出功率增大，選項A錯誤。降壓變壓器輸出功率增大，導致輸電線上電流

25、增大，輸電線上損失的電壓增大，輸電線上的功率損失增大，選項B錯誤。發(fā)電機的輸出電壓不變，則升壓變壓器的原線圈輸入電壓不變，由于升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)不變，則輸電線上輸電電壓不變，選項D錯誤。輸電線上損失電壓增大，升壓變壓器的輸出電壓不變，則降壓變壓器的輸入電壓變小，由于降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比不變，故降壓變壓器副線圈輸出電壓(即用戶得到的電壓)減小，選項C正確。 8．某發(fā)電機說明書的部分內容如表所示，現(xiàn)在用一臺該型號的柴油發(fā)電機給災民臨時安置區(qū)供電，如圖所示。發(fā)電機到安置區(qū)的距離是400 m，輸電線路中的火線和零線均為某型號單股銅導線，該型號導線單位長度的電阻為2.5×10－4 Ω。

26、安置區(qū)家用電器的總功率為44 kW，當這些額定電壓為220 V的家用電器都正常工作時(　　) 型號 ×××× 最大輸出功率 60 kW 輸出電壓范圍 220～300 V A．輸電線路中的電流為20 A B．發(fā)電機實際輸出電壓是300 V C．在輸電線路上損失的電功率為8 kW D．如果該柴油發(fā)電機發(fā)的電是正弦式交變電流，則輸出電壓最大值是300 V 解析：選C　額定電壓為220 V的家用電器正常工作時，輸電線路中的電流I＝＝A＝200 A，故選項A錯誤。發(fā)電機的實際輸出電壓U0＝U＋Ir＝220 V＋200×2×400×2.5×10－4 V＝260 V，故選項B錯

27、誤。輸電線上損失的功率P損＝I2r＝2002×2×400×2.5×10－4 W＝8 kW，故選項C正確。該柴油機輸出電壓的最大值Um＝260 V＝368 V，故選項D錯誤。 9．[多選]如圖所示是遠距離輸電示意圖，電站的輸出電壓U1＝250 V，輸出功率P1＝100 kW，輸電線電阻R＝8 Ω。則進行遠距離輸電時，下列說法正確的是(　　) A．若電站的輸出功率突然增大，則降壓變壓器的輸出電壓減小 B．若電站的輸出功率突然增大，則升壓變壓器的輸出電壓增大 C．輸電線損耗比例為5%時，所用升壓變壓器的匝數(shù)比＝ D．用10 000 V高壓輸電，輸電線損耗功率為8 000 W 解析

28、：選AC　由＝知，U1不變時，U2也不變，故選項B錯誤；由U3＝U2－R知，電站的輸出功率突然增大，U3減小，又＝，故U4也減小，選項A正確；I1＝＝400 A，I2＝＝＝25 A，＝＝＝，選項C正確；用10 000 V高壓輸電，即U2′＝10 000 V，I2′＝＝10 A，ΔP′＝I′22R＝8×102 W，選項D錯誤。 10．[多選]某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)。要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則(　　) A

29、.> B.＜ C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D．升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 解析：選AD　由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，P出－P損＝P入，故D正確。＝，＝，因為U1＝200 V＜U4＝220 V，U2＞U3＝U2－U線，故＞，選項A正確。 11．某小型發(fā)電站的發(fā)電機輸出交流電壓為500 V，輸出的電功率為50 kW，如果用電阻為3 Ω的輸電線向遠處用戶送電，這時用戶獲得的電壓和電功率是多少？若要求輸電線上損失的電功率是輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一個升壓變壓器，到達用戶前再用降壓變壓器變?yōu)?20 V

30、供用戶使用，不考慮變壓器的能量損失，這兩個變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？ 解析：用500 V電壓送電時示意圖如圖甲所示，輸電功率為50 kW時輸電線上的電流 甲 I0＝＝ A＝100 A。 用戶獲得電壓U1＝U0－I0R＝500 V－100×3 V＝200 V，因此用戶獲得的功率P1＝I0U1＝2×104 W。 改用高壓輸送時，示意圖如圖乙所示。 要求P損＝0.6%×P，即P損＝50×103×0.6% W＝300 W。 乙 輸電電流I＝ ＝ A＝10 A。 發(fā)電站升壓后輸電電壓U＝＝ V＝5 000 V。 升壓變壓器匝數(shù)比＝＝＝。 輸電線上損失的電壓U′＝I

31、R＝10×3 V＝30 V。 到達用戶輸入變壓器電壓 U2＝U－U′＝5 000 V－30 V＝4 970 V。 故降壓變壓器的匝數(shù)比＝＝＝。 答案：200 V　20 kW　1∶10　497∶22 12．某學校有一臺應急備用發(fā)電機，內阻為R＝1 Ω，升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻為r＝4 Ω，全校22個教室，每個教室用“220 V　40 W”的燈泡6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則 (1)輸電線上損耗的電功率多大？ (2)發(fā)電機的輸出功率多大？ (3)發(fā)電機的電動勢多大？ 解析：(1)根據(jù)題意，畫出從發(fā)電機到教室燈泡之間的輸電過程，如圖所示

32、。 所有燈都正常工作的總功率為 P2′＝22×6×40 W＝5 280 W 用電器都正常工作時的總電流 I2′＝＝ A＝24 A 兩個變壓器之間輸電線上的電流 Ir＝I2＝＝6 A 故輸電線上損耗的電功率 Pr＝Ir2r＝144 W。 (2)升壓變壓器的輸出功率 P1′＝Pr＋P2′＝5 424 W。 而發(fā)電機輸出功率即為升壓變壓器的輸入功率 P出＝P1＝P1′＝5 424 W。 (3)降壓變壓器上的輸入電壓 U2＝4U2′＝880 V 輸電線上的電壓損失 Ur＝Irr＝24 V 因此升壓變壓器的輸出電壓 U1′＝Ur＋U2＝904 V 升壓變壓器的輸

33、入電壓 U1＝＝226 V 升壓變壓器的輸入電流 I1＝4Ir＝24 A 發(fā)電機的電動勢 E＝U1＋I1R＝226 V＋24×1 V＝250 V。 答案：(1)144 W　(2)5 424 W　(3)250 V 含有變壓器的動態(tài)電路問題 1．[多選]對理想變壓器，下列說法中正確的是(　　) A．原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大 B．原線圈的輸入電流，隨副線圈的輸出電流增大而增大 C．原線圈的電流，不隨副線圈的輸出電流變化而變化 D．當副線圈的電流為零時，原線圈的電壓也為零 解析：選AB　理想變壓器的原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，且隨副線圈的

34、輸出功率的變化而變化，原線圈的輸入電流取決于副線圈的輸出電流，當副線圈的電流為零時，原線圈的電流也為零，但原線圈電壓并不一定為零，故A、B正確，C、D錯誤。 2．一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調電阻R。設原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2，當R增大時(　　) A．I1減小，P1增大 B．I1減小，P1減小 C．I2增大，P2減小 D．I2增大，P2增大 解析：選B　理想變壓器副線圈輸出的電壓U2不變，當R增大時，副線圈中的電流I2＝，則I2減小；功率P2＝，則P2減小，又因為P1＝P2，則P1減小，I1減小

35、，所以選項B正確。 3．[多選]如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1＝1 100，副線圈的匝數(shù)n2＝110，R0、R1、R2均為定值電阻，且阻值相同，電流表、電壓表均為理想交流電表，原線圈接u＝220sin 314t(V)的交流電壓，起初開關S處于斷開狀態(tài)。下列說法正確的是(　　) A．交流電壓表的示數(shù)為22 V B．當開關S閉合后，交流電壓表的示數(shù)變小 C．當開關S閉合后，交流電流表的示數(shù)變大 D．當開關S閉合后，變壓器的輸出功率增大 解析：選BCD　變壓器的輸入電壓的有效值為 V，則副線圈兩端的電壓有效值為 V，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，開關S閉合前，交流電壓表的示數(shù)為 V，選項A

36、錯誤；當開關S閉合后，輸出功率增大，流過R0的電流增大，R0兩端的電壓增大，則交流電壓表的示數(shù)變小，原線圈輸入功率增大，交流電流表的示數(shù)變大，選項B、C、D正確。 4.如圖為氣流加熱裝置的示意圖，使用電阻絲加熱導氣管，視變壓器為理想變壓器。原線圈接入電壓有效值恒定的交流電并保持匝數(shù)不變，調節(jié)觸頭P，使輸出電壓有效值由220 V降至110 V。調節(jié)前后(　　) A．副線圈中的電流比為1∶2 B．副線圈輸出功率比為2∶1 C．副線圈的接入匝數(shù)比為2∶1 D．原線圈輸入功率比為1∶2 解析：選C　根據(jù)歐姆定律I＝，U2由220 V降至110 V，副線圈上的電流變?yōu)樵瓉淼?，即調節(jié)前后，副線

37、圈上電流之比為2∶1，選項A錯誤；根據(jù)P＝UI知，U、I均變?yōu)樵瓉淼臅r，副線圈上輸出的功率變?yōu)樵瓉淼?，即調節(jié)前后副線圈的輸出功率之比為4∶1，選項B錯誤；根據(jù)理想變壓器電壓與匝數(shù)的關系＝，當U2由220 V降至110 V時，n2變?yōu)樵瓉淼?，即調節(jié)前后副線圈接入的匝數(shù)比為2∶1，選項C正確；根據(jù)理想變壓器P入＝P出，即原線圈輸入功率等于副線圈的輸出功率，則調節(jié)前后原線圈輸入功率之比為4∶1，選項D錯誤。 5.理想降壓變壓器的原線圈接電流表A1和電阻R1后，接6 V恒定直流電源，如圖所示，當副線圈的負載電阻R2變小時，以下說法正確的是(　　) A．輸出功率增大　　 B．A2讀數(shù)增大 C．

38、A1讀數(shù)增大 D．A1讀數(shù)不為零，且保持不變 解析：選D　根據(jù)變壓器的工作原理，變壓器不能用來改變恒定直流電壓，因此本題變壓器原線圈接在6 V恒定直流電源上，副線圈上無電壓，無輸出功率，由于原線圈構成直流通路，故電流表A1有恒定讀數(shù)，本題選項D正確。 6．[多選]一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動變阻器的觸頭。下列說法正確的是(　　) A．副線圈輸出電壓的頻率為50 Hz B．副線圈輸出電壓的有效值為31 V C．P向右移動時，原、副線圈的電流比減小 D．P向右移動時，變壓器的輸出功率增加 解析：

39、選AD　由圖像可知原線圈輸入電壓的最大值：Um＝311 V，T＝2×10－2 s，則原線圈輸入電壓的有效值：U1＝＝220 V，f＝＝＝50 Hz，選項A正確。由＝可得：U2＝U1＝22 V，B錯誤。P向右移動時，副線圈的電阻減小，副線圈輸出電壓不變，所以副線圈的電流增大，原線圈的電流也增大，而匝數(shù)比不變，所以原、副線圈的電流比不變，C錯誤。P向右移動時，副線圈的電阻減小，副線圈輸出電壓不變，所以變壓器的輸出功率增加，D正確。 7．如圖甲所示，為一種可調壓自耦變壓器的結構示意圖，線圈均勻繞在圓環(huán)型鐵芯上，若AB間輸入如圖乙所示的交變電壓，轉動滑動觸頭P到如圖甲中所示位置，在BC間接一個55

40、Ω的電阻(圖中未畫出)，則(　　) A．該交流電的電壓瞬時值表達式為 u＝220sin(25πt) V B．該交流電的頻率為50 Hz C．流過電阻的電流接近于4 A D．電阻消耗的功率接近于220 W 解析：選D　由題圖乙可知正弦交流電的周期T＝0.04 s，則f＝＝25 Hz，ω＝2πf＝50π rad/s，所以該交流電的電壓瞬時值的表達式為u＝220sin(50πt)V，A、B錯誤；從題圖甲中可以看出，自耦變壓器的副線圈的匝數(shù)約是原線圈匝數(shù)的，故副線圈兩端的電壓約為110 V，流過電阻的電流約為2 A，C項錯誤；電阻消耗的功率P＝U2I2＝220 W，D項正確。 8．如

41、圖所示，理想變壓器原線圈輸入電壓u＝Umsin ωt，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器。和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示。下列說法正確的是(　　) A．I1和I2表示電流的瞬間值 B．U1和U2表示電壓的最大值 C．滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變大 D．滑片P向下滑動過程中，U2變小、I1變小 解析：選C　電流表和電壓表的示數(shù)表示有效值，故選項A、B錯；滑片P向下滑動時，R減小，因U1＝，所以U1不變，又由＝知，U2不變，由I2＝知，I2增大，又由I1U1＝I2U2知，I1變大，所以選項C對，D錯。 9

42、．[多選]為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導線電阻不計，如圖所示。當開關S閉合后(　　) A．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變 B．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大 C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大 D．V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變 解析：選AD　電源電壓有效值不變，所以V1示數(shù)不變，原、副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比，匝數(shù)之比不變，故V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值也不變，所以C錯誤，D正確；當

43、開關S閉合后，副線圈電路中的電阻減小，因為電壓不變，所以副線圈電路中的電流增大，A2的示數(shù)增大，原、副線圈的電流之比等于匝數(shù)反比，匝數(shù)之比不變，A1與A2示數(shù)的比值不變，所以A正確，B錯誤。 10．如圖甲所示，理想變壓器的原線圈匝數(shù)n1和副線圈匝數(shù)n2均可調節(jié)。原線圈兩端接如圖乙所示的交流電，副線圈接負載電阻R和理想交流電流表○。則下列說法正確的是(　　) A．原線圈所接交流電的瞬時值表達式為 u＝220sin 50πt(V) B．增大n1，其他條件不變，變壓器的輸出電壓變大 C．增大n2，其他條件不變，電流表的示數(shù)變大 D．增大R，其他條件不變，變壓器的輸入功率變大 解析：

44、選C　由題圖乙可知T＝0.02 s，所以f＝50 Hz，原線圈中交流電的瞬時值表達式為u＝220sin 100πt(V)，選項A錯；根據(jù)＝知，增大n1，U2減小，選項B錯；增大n2，U2增大，電流表示數(shù)增大，C正確；增大R，電流表示數(shù)減小，變壓器的輸出功率減小，變壓器的輸入功率減小，D錯誤。 11.如圖所示為理想變壓器，其原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，原線圈接有交流電壓u＝220sin 100πt(V)，圖中電壓表和電流表均為理想交流電表，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻(即當溫度升高時，阻值減小)，R1為定值電阻，C為電容器。下列說法正確的是(　　) A．交流電壓表的示數(shù)是110 V B．交流

45、電的頻率為100 Hz C．通過R1的電流始終為零 D．當R2處溫度升高時，交流電壓表的示數(shù)不變，交流電流表的示數(shù)變大 解析：選D　原線圈所接交變電壓的有效值為U1＝ V，由理想變壓器的變壓比公式＝，可得U2＝U1＝× V＝55 V，選項A錯誤；由交變電壓的瞬時值表達式u＝220sin 100πt(V)可知，該交變電流的頻率f＝ Hz＝50 Hz，選項B錯誤；由于交變電流能對電容器進行充、放電，所以會有充、放電電流通過電阻R1，選項C錯誤；因變壓器為理想變壓器，線圈電阻不計，因此，交流電壓表的示數(shù)不變，當R2處的溫度升高時，其電阻阻值變小，所以交流電流表的示數(shù)變大，選項D正確。 12．

46、圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝5∶1，電阻R＝20 Ω，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關。原線圈接正弦交變電源，輸入電壓u隨時間t的變化關系如圖乙所示?，F(xiàn)將S1接1、S2閉合，此時L2正常發(fā)光。下列說法正確的是(　　) A．輸入電壓u的表達式u＝20sin(50πt)V B．只斷開S2后，L1、L2均正常發(fā)光 C．只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大 D．若S1換接到2后，R消耗的電功率為0.8 W 解析：選D　由題圖知，Um＝20 V，T＝0.02 s，則ω＝＝100π rad/s，輸入電壓U＝20sin(100πt)V，故A錯；由變壓器的

47、變壓規(guī)律知：＝，故U2＝＝ V＝4 V，由題中將S1接1、S2閉合時，燈泡L2正常發(fā)光可得，燈泡L2的額定電壓為4 V，當只斷開S2后，副線圈兩端電壓不變，此時副線圈的負載為L1、L2串聯(lián)，故L1、L2均不能正常發(fā)光，B錯；此時P出＝，副線圈負載R總增大，故P出減小，又P入＝P出，故原線圈的輸入功率減小，C錯誤；當S1換接到2后，副線圈的負載僅是電阻R，故P＝＝ W＝0.8 W，D正確。 13.[多選]如圖所示的電路中，T為一降壓式自耦調壓變壓器。開始時燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)在電源電壓U略降低，為使燈泡L仍能正常發(fā)光，可采用的措施是(　　) A．將自耦調壓變壓器的滑片P適當上滑 B．將自耦調

48、壓變壓器的滑片P適當下滑 C．適當增大滑動變阻器R2的阻值 D．適當減小滑動變阻器R2的阻值 解析：選AC　保持負載總電阻不變，電源電壓U略降低，為使L仍能正常發(fā)光，只需輸出電壓U2保持不變，根據(jù)變壓比＝，可得U2＝U，由此可知，n2應增大，滑片P應適當上滑，選項A正確，選項B錯誤；保持匝數(shù)比不變，根據(jù)變壓比＝，可得U2減 小，為使L仍能正常發(fā)光，加在L兩端的電壓應不變，則加在R1兩端的電壓應減小，總電流應減小，負載總電阻應增大，R2應增大，選項C正確，選項D錯誤。 14．[多選]某同學自制變壓器，原線圈為n1匝，在做副線圈時，將導線ab對折后并在一起，在鐵芯上繞n2圈，從導線對折處引

49、出一個接頭c，連成如圖所示電路。S為單 刀雙擲開關，線圈電阻不計，原線圈接u1＝Umsin ωt(V)的交流電源。下列說法正確的是(　　) A．S接b時，電壓表示數(shù)為 B．S接c時，電壓表示數(shù)為 C．S接c時，滑動觸頭P向下移動，變壓器輸入功率變大 D．S接c時，滑動觸頭P向上移動，變壓器輸入電流變大 解析：選BD　S接b時，副線圈屬于雙線繞法，不論原線圈中交流電流如何變化，副線圈中都不會產(chǎn)生感應電動勢，所以電壓表示數(shù)為零，選項A錯誤；S接c時，根據(jù)理想變壓器的電壓比關系U1∶n1＝U2∶n2，且U1＝，解得U2＝，選項B正確；S接c時，滑動觸頭P向下移動，連入電路的有效電阻增大，P入＝P出＝減小，選項C錯誤；滑動觸頭P向上移動，連入電路的有效電阻減小，副線圈中的電流I2＝增大，因U2I2＝U1I1，所以變壓器輸入電流I1變大，選項D正確。