Question

如圖為供電設(shè)向居民樓輸電的示意圖．
（一）如果供電設(shè)備的輸出電壓為220V，在夏季晚上7：00-9：00的用電高峰期，某用戶標(biāo)有“220V 40W”的燈泡發(fā)光比平時(shí)暗，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)燈泡兩端的實(shí)際電壓只有198V．不考慮燈泡電阻的變化．求：
（l）輸電線上損失的電壓；
（2）燈泡的實(shí)際功率．
（二）若居民樓用戶用電器兩端的實(shí)際電壓必須保證為220V，當(dāng)居民樓內(nèi)用戶用電器消耗的總功率為22kw時(shí)，求：
（1）通過(guò)輸電線的電流是多大？
（2）若輸電線的總電阻力0.2Ω，則供電設(shè)備的輸出電壓為多大？
（3）輸電線上損失的電功率為多大？
（4）為了減少輸電線上損失的電功率，用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)說(shuō)明可采取的改進(jìn)方法（答出一種方法即可）．

Answer 1

分析：（一）（1）電線與家庭并聯(lián)支路串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓關(guān)系求解；
（2）知道燈的銘牌，利用電功率的公式求燈絲電阻；
（3）求出燈的實(shí)際電壓，利用電功率的公式求燈的實(shí)際電功率．
（二）（1）利用P=UI求輸電線的電流；
（2）利用P=I²R求輸電線的損耗功率、輸出功率，再利用P=UI求輸出電壓；
（3）利用P=I²R求輸電線的損耗功率；
（4）由P_損=I²R可知，減小輸電線損失的電功率時(shí)，為保障用戶的用電器正常工作，I不能減小，只能減小R_線，而R_線隨導(dǎo)線長(zhǎng)度的變短而變小，隨橫截面積變大而變小，還跟材料有關(guān)．因居民樓到供電設(shè)備間距離不能變短，所以導(dǎo)線的長(zhǎng)度不能變短，減小輸電線的電阻應(yīng)換用較粗的導(dǎo)線或改變輸電線的材料（例如：鋁線換成銅線），從而達(dá)到減小輸電線損失功率的目的．

解答：解：（一）（1）輸電線上損失的電壓：
U_損=U-U_L=220V-198V=22V．
（2）燈泡的電阻：
RL=

U 2 額

P額

=

(220V)2

40W

=1210Ω，
燈泡的實(shí)際功率：
P實(shí)=

U 2 實(shí)

RL

=

(198V)2

1210Ω

=32.4W．
（二）（1）通過(guò)輸電線的電流：
I=

P

U

=

22000W

220V

=100A．
（2）輸電線的損耗功率：
P_損=I²R=（100A）²×0.2Ω=2000W，
輸出功率：
P_輸=P+P_損=22000W+2000W=24000W，
輸出電壓：
U輸=

P輸

I

=

24000W

100A

=240V．
（3）輸電線的損耗功率：
P_損=I²R=（100A）²×0.2A=2000W．
（4）減小輸電線的電阻，換用較粗的導(dǎo)線或改變輸電線的材料（例如：鋁線換成銅線）．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)歐姆定律、電功率公式（P=UI、P=

U2

R

、P=I²R）的掌握和運(yùn)用，涉及到實(shí)際功率的求法．本題關(guān)鍵是把家庭并聯(lián)支路當(dāng)做一個(gè)用電器與導(dǎo)線串聯(lián)去分析．