2021-2022学年物理沪科版选修3-2作业：3-1　高压输电原理 WORD版含解析.docx

1、课后篇巩固提升A组1.(多选)在电能输送过程中,若输送的电功率一定,则在输电线上损失的电功率()A.随输电线电阻的增大而增大B.和输送电压的二次方成正比C.和输送电压的二次方成反比D.和输电线中电流的二次方成正比解析:由损失功率公式:P损=I送2R线=P送U送2R线。答案:ACD2.超导是高科技研究的热点,利用超导材料可实现无损耗输电。现有一直流电路,输电线总电阻为0.4 ,它提供给用电器的电功率为40 kW,电压为800 V。若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为()A.1 kWB.1.6103 kWC.1.6 kWD.10 kW解析:

2、节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率,I=PU=40103800A=50A,P损=I2R=5020.4W=1000W,故节约的电功率为1kW,选项A正确。答案:A3.(多选)远距离输送电流都采用高压输电。采用高压输电的优点是()A.可节省电线的材料B.可根据需要调节交变电流的频率C.可减少输电线上的能量损失D.可加快输电的速度解析:在保证功率不变的情况下,提升电压的目的就是降低输电电流,从而可以减少输电损失,并能节省电线材料,选项A、C正确。答案:AC4.用220 V和6 600 V两种电压输电,若输送的功率和输电线的电阻相同,则低压输电线与高压输电线上损失功率之比是()A.1900B.

3、9001C.130D.301解析:在输送的功率和输电线的电阻均相同的情况下,损失功率跟输电电压的二次方成反比,选项B正确。答案:B5.用电压U和KU分别输送相同电功率,且在输电线上损失的功率相同,导线长度和材料也相同,求在这两种情况下导线的横截面积之比为()A.K1B.1KC.K21D.1K2解析:由R=LS,P=UI,P损=I2R,得P损=P2LU2S,可见在其他物理量一定时,S与U2成反比,选项C正确。答案:C6.输电导线的电阻为R,输送电功率为P。现分别用U1和U2两种电压来输电,则两次输电线上损失的功率之比为()A.U1U2B.U12U22C.U22U12D.U2U1解析:由P=UI,

4、P损=I2R可得P损=P2RU2,所以输电线上损失的功率与输送电压的二次方成反比,选项C正确。答案:C7.一个小水电站输出电功率为20 kW,输电线总电阻为0.5 ,如果先用400 V的电压输电,后改用2 000 V电压输电,则输电电压提高后输电线上损失的电功率的变化情况是()A.减少50 WB.减少1 200 WC.减少7.68 WD.增加7.68 W解析:由公式:P损=P送U送2R线得:P损=2010340020.5W=1250W。P损=20103200020.5W=50W,所以P=1250W-50W=1200W。答案:B8.相同材料组成的导线向同一处用户输送10 kW电能,在输电电压U1

5、=110 V和U2=220 V两种情况下,要求输电线中损失的电能相同,则两情况下导线截面积之比为。解析:由公式P损=P送U送2R线得R1R2=U12U22=14,再由R=LS得S1S2=41。答案:419.一座水电站输送的电功率是4 800 kW,输电线电压是220 kV,若输电线总电阻为0.5 ,那么输电线路损失的电功率是多少?如果改用10 kV的电压输电,输电线路上损失的电功率是多少?解析:当用220kV电压输电时,线路中的电流I1=PU1=4800103220103A=21.8A线路上损失的电功率为P1=I12R=21.820.5W=273.6W当用10kV电压输电时,线路中的电流I2=

6、PU2=480010310103A=480A线路上损失的电功率为P2=I22R=48020.5W=1.15105W答案:273.6 W1.15105 WB组1.用电器电阻值为R,距交变电源为L,输电线电流为I,电阻率为,要求输电线上电压降不超过U,则输电线横截面积最小值为()A.LRB.2LIUC.ULID.2ULI解析:输电线上电压降U=Ir,其中r=2LS,则I2LS=U,得S=2LIU,选项B正确。答案:B2.下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中,正确的是()A.因为热功率P=U2R,所以应降低输送的电压,增大输电导线的电阻,才能减小输电导线上的热损耗B.因为热功率P=IU,所以应

7、采用低电压、小电流输电,才能减小输电导线上的热损耗C.因为热功率P=I2R,所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D.以上说法均不正确解析:在求热损耗时:P损=I线2R线或用P热=U线I线,也可用P=U2R,但U必须为输电线两端的电压。答案:C3.远距离输电,原来用电压U0输电,在输电线上损失的电功率P0,现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的110,则输电电压应为()A.100U0B.10U0C.U010D.U0100解析:设线路电阻为r,损失率为P损=I2r,线路电流为I=PU0,解得P损=P2U02,则P损1U02,当P损为原来的110时,U0=10U0,

8、选项B正确。答案:B4.(多选)用变压器进行远距离输电,输送的电功率为P,输送电压为U,输电导线的电阻率为,导线横截面积为S,导线总长为L,输电导线损耗的电功率为P1,用户得到的电功率为P2,则()A.P1=U2SLB.P1=P2LU2SC.P2=P-U2SLD.P2=P-P2LU2S解析:输电线电阻R=LS,输电电流I=PU,故输电线上损失的电功率为P1=I2R=PU2LS=P2LU2S。用户得到的电功率为P2=P-P1=P-P2LU2S。答案:BD5.某电站,输送的电功率为P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800度

9、。求:(1)这时的输电效率和输电线的总电阻r。(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么电站应使用多高的电压向外输电?解析:(1)由于输送功率为P=500kW,一昼夜输送电能E=Pt=12000度,终点得到的电能E=7200度,因此效率=60%。输电线上的电流可由I=PU计算,为I=100A,而输电线损耗功率可由Pr=I2r计算,其中Pr=480024kW=200kW,因此可求得r=20。(2)输电线上损耗功率Pr=PU2r1U2,原来Pr=200kW,现在要求Pr=10kW,计算可得输电电压应调节为U=22.4kV。答案:(1)60%20 (2)22.4 kV6.把功率为220

10、kW的电能用铝导线(铝=0.027 m)输送到10 km外的地方,要使功率损失在输送功率的10%以内。(1)如果采用220 V的电压输电,导线的横截面积至少要多大?采用这样的导线现实吗?为什么?(2)采用110 kV的电压输电,导线的横截面积多大?(3)若用同种导线输电,则用110 kV和220 V电压输电损失的功率之比是多少?解析:(1)用220V的电压输电,输电电流I=PU=220103220A=103A,由I2R=10%P,得R=2201030.1(103)2=2.210-2,又R=LS,所以S=LR=0.0271010322.210-2mm22.5104mm2。半径将近10cm,采用这

11、种导线是不现实的,一是浪费材料,二是导线无法架设。(2)若采用110kV的电压输电,输电电流I=PU=220103110103A=2A,R=10%PI2=2201030.14=5.5103,S=LR=0.0271010325.5103mm20.098mm2。(3)由P损=I2R,得P损1P损2=I2I2=22(103)2=4106=12.5105。答案:(1)截面积2.5104 mm2。半径将近10 cm,采用这种导线是不现实的,一是浪费材料,二是导线无法架设。(2)0.098 mm2(3)12.5105教学建议1.重难点分析(1)本节教学重点:找出影响远距离输电损失的因素,使学生理解高压输电

12、可减少功率与电压损失。(2)本节教学难点:理解高压输电原理,区别导线上的输电电压U和损失电压U。2.教法建议(1)关于降低输电损耗的分析,既要让学生理解输电损耗跟哪些因素有关,又让学生理解单纯靠减小输电线电阻的方法不可行,从而加深认识高压输电的意义和提高综合分析和评估的能力。(2)学生容易将输送电压与导线损耗电压,输送功率与导线损耗功率等混淆,例如:在求导线中的电流时,往往用输电电压除以导线自身电阻。教师讲解时应在物理模型的建立和研究对象的选择时重点加以区分。(3)有关电网的知识,可以采取自学、讨论的方式,让学生了解这方面的情况。参考资料中国高压输电的发展我国特高压在“无标准、无经验、无设备”

13、的情况下,成功实现从“白手起家”到“大国重器”,从“中国创造”到“中国引领”,从“装备中国”到“装备世界”。可以说,建设特高压电网,是我国电力发展史上最艰难、最具创新性、挑战性的重大成就,更是中国乃至世界电力行业发展的重要里程碑。在碳达峰、碳中和的大背景下,特高压电网已成为中国“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的能源运输“主动脉”,破解了能源电力发展的深层次矛盾,实现了能源从就地平衡到大范围配置的根本性转变,有力推动了清洁低碳转型。截至2020年底,中国已建成“14交16直”在建“2交3直”共35个特高压工程,在运在建特高压线路总长度4.8104km。未来,以特高压为骨干网架建设全球能源互联网,将推动全球清洁能源基地开发、各洲各国电网互联,促进能源网、交通网、信息网“三网”融合发展,为破解资源紧张、环境污染、气候变化、贫困疾病等全球性挑战,实现人类社会可持续发展开辟新道路、作出新贡献。