专题96电能输送（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十六章  交变电流、传感器和电磁波

专题96  电能输送

第一部分  知识点精讲

一、电能的输送

如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R。

1．输出电流

I＝＝＝。

2．电压损失

ΔU＝U－U′＝IR。

3．功率损失

ΔP＝P－P′＝I2R＝R。

4．减少输电线上电能损失的方法

(1)减小输电线的电阻R。由R＝ρ知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。

【温馨提示】采用该种方法效果有限，因为加大输电线的横截面积会增加材料的使用量，而且输电线的重力增大给架设线路带来困难。

 (2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压。

二、分析远距离输电问题的三个“关键”

1．理清三个回路

2．抓住两个联系

(1)回路1和回路2的联系——升压变压器→基本关系：＝，＝，P1＝P2。

(2)回路2和回路3的联系——降压变压器→基本关系：＝，＝，P3＝P4。

3．明确三个重要关联式(联系两个变压器的纽带)

(1)功率关联式：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔUI线＝I线2R线＝。

(2)电压关联式：U2＝ΔU＋U3。

(3)电流关联式：I2＝I线＝I3。

三．互感器问题

两种互感器的比较

第二部分 最新高考题精选

1. (2021新高考福建)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，图中R为输电线的总电阻.若变压器视为理想变压器，所有电表视为理想电表，不考虑变压器的输入电压随负载变化，则当住户使用的用电器增加时，图中各电表的示数变化情况是

A.增大，不变，增大

B.增大，减小，增大

C.增大，增大，减小

D.增大，不变，减小

【参考答案】C 

【解题思路】

当住户使用的用电器增加时，变压器副线圈输出电流增大，增大，不变，减小，根据变压器输入电功率等于输出电功率可知，增大，选项D正确。

2．（2021高考新课程I卷山东卷）输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为。开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为；接2时，匝数比为1∶2，R上的功率为P。以下判断正确的是（    ）

A．      B．      C．      D．

【参考答案】．BD

【名师解析】开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为，根据P=U42/R，解得U4=10V，对右侧变压器，由变压公式可知，右侧变压器输入电压为U3=20V，由理想变压器功率关系可得输电线中电流I=0.5A。对左侧变压器，由变压公式可得左侧变压器输出电压为U2=22.5V，由U2=Ir+ U3，解得r=5Ω，选项B正确A错误；开关S接2时，右侧变压器原、副线圈匝数比为1∶2，由P=U2/R可得输出电压为，根据变压器变压公式，右侧变压器原线圈输入电压U3’=，由P=I2R可得输出电流根据变压器变流公式，可得输电线中电流I=2。由U2=Ir+ U3’，即U2=2r+ ，解得，选项D正确C错误。

3　(2020·浙江7月选考)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW。假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　)

A．发电机输出的电流I1＝40 A

B．输电线上的电流I线＝625 A

C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11

D．用户得到的电流I4＝455 A

【参考答案】C

【名师解析】　发电机输出的电流I1＝＝ A＝400 A，选项A错误。输电线上的电流I线＝＝  A＝25 A，选项B错误。升压变压器的副线圈输出电压U2＝＝ V＝4×103 V，输电线损耗电压ΔU＝I线R线＝25×8 V＝200 V，降压变压器的原线圈电压U3＝U2－ΔU＝3 800 V，故降压变压器的匝数比＝＝＝，选项C正确。降压变压器的副线圈的输出功率P4＝P3＝P－P线＝95 kW，故用户得到的电流I4＝＝ A≈431.8 A，选项D错误。

4 (多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　　)

A．ΔP′＝ΔP　　　　　　　　 B．ΔP′＝ΔP

C．ΔU′＝ΔU    D．ΔU′＝ΔU

【参考答案】AD

【名师解析】　若采用550 kV的超高压输电，输电线上的功率损耗ΔP＝·r，输电线路损失的电压ΔU＝r；若改用1 100 kV的特高压输电，同理有ΔP′＝r，ΔU′＝·r。可得ΔP′＝，ΔU′＝，故B、C项错误，A、D项正确。

5　(2020·浙江1月选考)如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数之比为k1，电压表读数为U；乙图中变压器原、副线圈的匝数之比为k2，电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(　　)

A．k1U，k2I　 B．k1U，　　

C．，k2I　 D．，

【参考答案】B

【名师解析】　由理想变压器的工作原理对甲图得＝＝k1，解得U1＝k1U；对乙图得＝＝k2，解得I1＝。B正确，A、C、D错误。

6. （2020高考江苏物理）电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示.其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上.则电流互感器（    ）

A.是一种降压变压器            B.能测量直流电路的电流

C.原、副线圈电流的频率不同    D.副线圈的电流小于原线圈的电流

【参考答案】D

【名师解析】电流互感器是把电路中的大电流通过变压器转化为小电流进行测量的，变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，不能改变交变电流的频率，B、C项均错误；根据电压与变压器匝数的关系＝可得副线圈的电压U2＝U1，由于原线圈匝数少而副线圈的匝数多，即n1<n2，因此有U2>U1，电流互感器是一种升压变压器，A项错误；根据电流与变压器匝数的关系＝可得副线圈的电流I2＝I1，由于n1<n2，因此有I2<I1，D项正确。

7．(2018·江苏高考)采用220 kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为(　　)

A．55 kV　　　　　　　　 B．110 kV

C．440 kV    D．880 kV

【参考答案】C

【名师解析】　输送功率P＝UI，输电线上损耗的功率P损＝I2r＝r∝。当P损减小为原来的时，输电电压应变为原来的2倍，选项C正确。

第三部分 最新模拟题精选

1. . (2022四川成都三模)发电站通过升压变压器和降压变压器给某用户端供电，发电机组输出交变电压的有效值恒定，输电线总电阻r保持不变。当用户端用电器增加后（　　）

A. 若滑片P位置不变，则输电线上损失的功率变大

B. 若滑片P位置不变，则用户端电压升高

C. 若将滑片P上移，则用户端电压可能不变

D. 若将滑片P下移，则输电线上损失的功率可能减小

【参考答案】A

【名师解析】

.若滑片P位置不变，当用户端用电器增加后，用户端总功率变大，发电机的输出功率增大，输电线的电流变大,输电线两端承担的电压变大，损耗的功率增大；发电机的输入电压不变，升压变压器、降压变压器的匝数不变，故用户端电压降低，A正确，B错误；.若将滑片P上移，升压变压器的副线圈与原线圈的匝数比变小，发电机组输出交变电压的有效值恒定，则副线圈两端电压变小。用户端用电器使用相同功率，则输电线上的电流会更大，输电线两端承担的电压更大，损耗的功率更大，则用户端的电压更小，故CD错误。

2. （2022湖北武汉4月调研）如图所示为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，降压变压器原、副线圈匝数比为450:11，远距离输电线的总电阻为。若升压变压器输入功率为，供给用户端的交流电，则远距离输电线损耗功率是（　　）

A.  B.  C.  D.

【参考答案】A

【名师解析】

由题可知，降压变压器的输出电压为

设降压变压器的输入电压为，则根据变压器的电压关系可得

解得，则根据远距离输电的功率关系有

带入数据解得，输电线上的电流为

则远距离输电线损耗功率为，故选A。

3. （2022山东临沂二模）如图为电能输送示意图，左侧变压器原、副线圈的匝数之比为1：3，连接两理想变压器的输电线的总电阻为10Ω，右侧变压器原、副线圈的匝数之比为2：1，输电线上损失的功率为10W。已知降压变压器副线圈两端的交变电压，将变压器视为理想变压器，下列说法正确的是（　　）

A. 负载电阻的阻值为440Ω

B. 升压变压器输入功率为450W

C. 通过输电线上的电流为1A

D. 升压变压器输入电压的表达式为

【参考答案】BC

【名师解析】

输电线损失功率为，解得I3=1A

降压变压器副线圈电路电流，解得I4=2A

负载电阻的阻值为，故A错误，C正确；

降压变压器副线圈两端电压，得降压变压器副线圈两端电压U3=440V

则可得升压变压器输入功率为P1=P3+，又I2= I3

解得P1=450W，故B正确；

升压变压器副线圈两端电压U2= U3+I2r=450V，又，解得U1=150V

升压变压器输入电压的表达式为，故D错误。

4. （2022山东枣庄一模）如图为某实验小组模拟远距离输电的实验电路图，两理想变压器的匝数，、分别是两支路模拟输电线的总电阻，且，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时，下列说法中正确的是（　　）

A. A1表的示数小于A2表的示数

B. 灯泡L1、L2两端的电压相同

C. R1两端的电压小于R2两端的电压

D. 两个模拟支路的输电效率相等

【参考答案】AC

【名师解析】

将降压变压器及其副线圈电路等效输电线路上的一个电阻，由， ，，，联立可得

由，得

则电表A1、R1上的电流为

电表A2、R2上的电流为

由，可知

又由知，则AC正确；

．根据理想变压器变压规律和电路结构知,，，，U3=U2-I2R1

灯泡L1的电压为

灯泡L2的电压为，又，，可得，B错误；

．由C中分析可知，通过先升压再降压的方式可使用户端（灯泡）获得更大的电压，线路热损耗小，所以输电效率高，故D错误。

5. (2022广东湛江模拟)2020年9月，中国发布“双碳战略”，计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体，特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若在输送电能总功率、输电线电阻不变的情况下，仅将原来的150kV高压输电升级为1350kV的特高压输电，下列说法正确的是（　　）

A. 输电线中的电流变大 B. 输电线上损失的电压变大

C. 输电线上损失的功率变小 D. 用户得到的电功率变小

【参考答案】C

【名师解析】

由公式可知，在输电总功率不变的情况下，电压升高，输送电流变小，A错误；

由欧姆定律可知，导线上损失的电压，输电线电阻不变，所以输电线上损失的电压变小，B错误；

输电线上损失的功率，所以输电线上损失的功率变小，C正确；

用户得到的电功率，变小，用户得到的电功率变大，D错误。

 6．（2021年河南高三调研）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率 P＝200kW，发电机的电压 U1＝500V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻 R线 ＝4Ω，在用户端用降压变压器把电压降为 U4＝220V。已知输电线上损失的功率为发电机输出功率的 5％，假设两个变压器均是理想变压器。下列说法正确的是（ ）

A．发电机输出的电流 I1＝400A            B．输电线上的电流 I线 ＝250A

C．升压变压器的匝数比 n1∶n2＝1∶8      D．用户得到的电流 I4＝466A

【参考答案】AC

【名师解析】发电机输出的电流 I1＝=400A，选项A正确；输电线上损失的功率为P损=P×5%，P损=I线2R线，解得：输电线上的电流 I线 ＝50A，选项B错误；由变压器变流公式可得升压变压器的匝数比 n1∶n2＝I线∶I1＝1∶8，选项C正确；用户得到的电功率为P×95%=U4I4，解得：I4=864A，选项D错误。

7. （2022广州培正中学三模）某水电站输电线路简化模型如图所示，已知R为输电线总电阻（可视为定值电阻），发电机输出电压恒定。由于用电高峰期时用户端负载变化，使用户消耗的电功率增加。设升压变压器和降压变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（　　）

A. 电压表V1的示数增大 B. 电压表V2的示数减小

C. 电流表A1的示数增大 D. 电流表A2的示数减小

【参考答案】BC

【名师解析】

变压器的电压关系原线圈电压决定副线圈电压，发电机输出电压恒定，所以电压表V1示数不变，A错误；

BC．用电高峰期时用户端负载变化，使用户消耗的电功率增加，根据能量守恒可知，升压变压器的输出功率变大，根据得，输电线上的电流增大，电流表A1的示数增大，根据

，，，可得减小，BC正确；

根据，可知，电流表A2的示数增大，D错误。

8. （2022湖南长沙周南中学模拟）我国能源分布很不均匀，远距离大容量输电有着特别重要的意义。远距离高压交流输电的示意图如图所示，变压器均为理想变压器，发电机的输出功率P1= 1750kW，发电机的输出电压U1= 350V，通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线的总电阻r = 16Ω。若输电线上损失的功率ΔP = 40kW，则下列说法正确的是（   ）

A. 输电线上输送的电流为500A

B. 升压变压器原、副线圈匝数比n1：n2= 1：10

C. 降压变压器原线圈两端的电压为34200V

D. 输电线上损失的电压为35000V

【参考答案】C

【名师解析】

根据功率公式P = I2R得，解得I2 = 50A，A错误；

变压器为理想变压器，所以变压器输出功率等于输入功率P1 = P2 = 1750kW

由P = UI可知，根据，所以，B错误；

降压变压器的输入功率为

则降压变压器原线圈两端电压为，C正确；

输电线上损失的电压为，D错误

9. （2022江苏第二次百校大联考）实验小组为探究远距离输电的原理,设计了如图所示的模拟电路,A、B为理想变压器,R模拟远距离输电线的总电阻,灯L1、L2规格相同。变压器A的原线圈输入恒定交流电,开关S断开时,灯L1正常发光,下列说法正确的是

A.A为降压变压器,B为升压变压器

B.仅将滑片P上移,A的输入功率变大

C.仅闭合S,L1、L2均正常发光

D.仅闭合S,L1的亮度变暗

 【参考答案】D　【解析】A为升压变压器,B为降压变压器,A错。滑片向上移动时,A的副线圈电压降低,输出功率降低,输入功率同样变小,B错。闭合S,总功率增大,输电线的电流增大,B线圈的输入电压和输出电压降低,L1的亮度变暗,C错。所以选D。

10（2022江西抚州重点高中高二质检）. “西电东送”就是把煤炭、水能、风能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源，输送到电力紧缺的东部沿海地区。如图是远距离输电的电路示意图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为，降压变压器原、副线圈匝数比为，发电厂输出电压为，输出功率为，升压变压器和降压变压器之间输电线总电阻为，下列说法正确的是（　　）

A. 若用户获得的电压也为，则

B. 用户获得的电压可能大于

C. 当用户用电器总电阻增大时，输电线上损失的功率增大

D. 输电线上损失的功率为

【参考答案】BD

【名师解析】

升压变压器副线圈两端的电压为

若用户获得的电压也U1，则降压变压器的输入电压为

由于输电线上有电压损失，故

即

故A错误；

只要降压变压器原副线圈匝数比合适，用户获得的电压可能大于U1，故B正确；

当用户用电器总电阻增大时，降压变压器副线圈中电流减小，输电线中电流减小，输电线上损失的功率减小，故C错误；

由题意可知，副线圈中的电流为

损失功率为

联立解得

故D正确。

11. （2021山东高考预测猜题卷）如图所示为远距离输电的原理图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压恒定、输电线上的电阻不变,假设用户所用用电器都是纯电阻用电器,若发现发电厂发电机输出的电流增大了,则可以判定(   )

A.通过用户的电流减小了
B.用户接入电路的总电阻减小了
C.用户消耗的电功率减小了
D.加在用户两端的电压变小了

【参考答案】：BD

【名师解析】.如果发电厂发电机输出的电流增大了，根据变流比可知，输送电流增大，通过用户的电流增大，故A错误；.由于输电线上的电压降增大，一次降压变压器的输入电压减小，根据变压比可知加在用户两端的电压变小了。根据能量守恒得可知，输电电流增大，是由于减小引起的，故BD正确；

当用户消耗电阻减小即用电器的增多，用户消耗的功率增大，故C错误。

12. （2021年高考物理重庆实战猜题卷）如图所示，交流电源输出一定电压的交流电，通过两个理想变压器接到滑动变阻器R上，输电线路上连接定值电阻r，线路中接有交流电流表和交流电压表，将滑动变阻器R的滑片向下滑动的过程，以下说法正确的是(   )
 

A.电流表示数变大  B.电压表示数变大

C.滑动变阻器R消耗的功率可能增加 D.定值电阻r消耗的功率一定减少

【参考答案】BCD

【名师解析】：本题考查理想变压器电压比、电流比、电表示数变化及功率变化。设升压变压器输出电压为不变，设电流表示数为I，电压表示数为，由理想变压器变压比，有，滑动变阻器R上的电流，由理想变压器变流比，有，整理得，滑动变阻器的滑片向下滑动的过程中，连入电路的电阻R增大，则电流I减小，电流表示数减小，A错误；I减小，变大，电压表示数变大，B正确；电阻r消耗的功率，当电流I减小时，减小，D正确；滑动变阻器R消耗的功率，当，即时，滑动变阻器消耗的功率最大，由于电阻r与R数值关系不确定，匝数比未知，故当R增大时，滑动变阻器消耗的功率可能增大，也可能减小，也可能是先增大后减小，C正确。