（通用）高中物理 第二章 交變電流 2.7 電能的輸送課件 教科選修3-2

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1、7電能的輸送第二章交變電流學(xué)習(xí)目標1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān).2.理解減小電能損失的兩個途徑以及高壓輸電的原理.3.知道遠距離輸電的典型電路，并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實際問題.4.了解直流輸電.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ)重點探究啟迪思維 探究重點達標檢測檢測評價 達標過關(guān)自主預(yù)習(xí)一、電能輸送中的電壓損失和電能損耗一、電能輸送中的電壓損失和電能損耗1.電壓損失：輸電線始端電壓U與末端電壓U的差值，U Ir.2.功率損失：輸電線路的功率損失，P ，r為輸電線電阻.3.減小電壓、功率損失的方法：(1)減小電阻：由r 可知，輸電距離、一定時，使用電阻率 的材料，導(dǎo)線橫截面積

2、可減小電阻.(2)提高輸送電壓：由PUI可知，當(dāng)輸送功率一定時，電壓可以減小電流，即采用 輸電.UUI2r小增大升高高壓二、遠距離輸電系統(tǒng)二、遠距離輸電系統(tǒng)目前世界各國都采用電網(wǎng)供電，在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后再進行 輸電，在用電區(qū)通過 降到所需電壓.三、直流輸電三、直流輸電當(dāng)交流輸電功率很大時，導(dǎo)線的 、引起的電壓及電能損失很大；同一電網(wǎng)的發(fā)電機同步運行，技術(shù)上存在困難，所以有些大功率輸電線路采用直流輸電.高壓降壓變壓器電感電容即學(xué)即用即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)輸電線上電功率的損失，與輸電線的電阻成正比，與輸電線電流的平方成正比.()(2)由P 可知，輸電電壓越小，輸電線上

3、的電功率損失就越小.()(3)使用變壓器進行遠距離輸電，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓.()(4)遠距離輸電時，若升壓變壓器匝數(shù)比為1n，降壓變壓器匝數(shù)比為n1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等.()答案2.輸電線的總電阻為R，輸送電功率為P.現(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 .答案U22U12重點探究答案答案UUUU r.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，假定發(fā)電廠輸出的電壓為U，輸送功率為P，輸電線路中的電流是I，兩條導(dǎo)線的總電阻是r(在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r).那么：(1)用戶兩端的電壓是多大？一、電能輸送中的電壓損失和電能損耗圖1答案

4、(2)用戶得到的電能與發(fā)電廠輸出的電能相等嗎？答案答案不相等，由能量守恒知，發(fā)電廠輸出的電能等于用戶得到的電能與輸電線上損失的電能之和.(3)輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達式是什么？降低功率損耗有哪些途徑？答案答案答案由于輸電線有電阻，當(dāng)有電流流過輸電線時，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了，這是輸電線上功率損失的主要原因.功率損失表達式：PI2r ，所以降低功率損耗的兩個途徑為：減小輸電線的電阻r；減小輸電電流I，即提高輸送電壓U.知識深化知識深化1.輸電線上的電壓損失：UUUIr2.輸電線上的功率損失：(1)PI2r，其中I為輸電線上的電流.(2)PUI或P ，其中U為輸電線上

5、的電壓損失.3.減少電壓損失和功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻r，根據(jù)r ，可減小電阻率，目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導(dǎo)線材料；也可增大導(dǎo)線的橫截面積S，但這要多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設(shè)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，輸送電流可減為原來的 ，輸電線上的功率損耗將降為原來的例例1三峽電站某機組輸出的電功率為50萬千瓦.(1)若輸出的電壓為20萬伏，則輸電線上的電流為多少？答案解析答案答案2 500 A(2)在(1)情況下，某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐，則輸電線上損失的功率為多少

6、？它占輸出功率的幾分之幾？答案解析答案答案1.25108 W解析解析輸電線上損失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W(3)若將電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損失的功率又為多少？它占輸出功率的幾分之幾？答案解析答案答案1 000 A2107 W輸電線上損失的功率PI22r1 0002210 W2107 W例例2(多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線總電阻為R線，通過輸電線的電流為I，學(xué)校輸入電壓為U2，下列計算輸電線功率損耗的式子中，正確的是 答案解析解析解析輸電線功率損耗P損I2R線 IU線，其中U線U1U2，故B、C、D正確.(P損

7、I2r UI.式中必須注意，U為輸電線上的電壓損失，而不是輸電電壓.總結(jié)提升總結(jié)提升導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖2所示，其中各部分的物理量已在圖上標注，在這個電路中包括三個回路.二、遠距離高壓輸電電路中的各種關(guān)系答案圖2(1)結(jié)合閉合電路的知識，分別分析三個回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計).答案答案第一個回路：P1U1I1第二個回路：U2UU3，P2PP3I線2RP3第三個回路：P4U4I4(2)若兩個變壓器均為理想變壓器，則每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？答案知識深化知識深化解決遠距離輸電問題時，需要畫輸電的電路圖

8、，理清三個回路，抓住兩個聯(lián)系，掌握一個定律.(1)畫圖、理清三個回路(如圖3所示)圖3(2)抓住兩個聯(lián)系理想升壓變壓器聯(lián)系回路1和回路2理想降壓變壓器聯(lián)系回路2和回路3(3)掌握一個定律根據(jù)能量守恒定律得P2PP3.答案答案6 250 V16 A例例3如圖4所示，發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶(升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器)，若發(fā)電機的輸出功率是100 kW，輸出電壓是250 V，升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為125.答案解析圖4(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流；解析解析P損I22R線，P損0.04P1所以R線 15.625 因為UU2U

9、3I2R線所以U3U2I2R線6 000 V.答案答案15.625 6 000 V(2)若輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的4%，求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓.答案解析達標檢測1.(輸電線上功率損失的計算輸電線上功率損失的計算)夏天由于用電器的增多，每年夏天都會出現(xiàn)“用電荒”，只好拉閘限電.若某發(fā)電站在供電過程中，用電高峰時輸電的功率是正常供電的2倍，輸電線電阻不變，下列說法正確的是 A.若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電電流為正常供電時的2倍B.若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電線上損失的功率為正常供電時的2倍C.若用電高峰時的輸送電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電電流為正常

10、供電時的4倍D.若用電高峰時的輸送電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電線損失的功率 為正常供電時的4倍答案解析12345解析解析高壓輸電時PUI，I是輸送電路上的電流.用電高峰時，若輸送電壓不變，則I為正常時的2倍，A正確；輸電線上損失的功率PI2R線，則輸電線上損耗功率變?yōu)檎r的4倍，B錯誤；用電高峰時，若輸送電壓加倍，則I不變，與正常時相同，C錯誤；由PI2R線，知輸電線損失的功率不變，D錯誤.123452.(輸電線上功率損失的計算輸電線上功率損失的計算)(多選)某發(fā)電廠原來用電壓為U1的交流電輸電，后改用變壓比為150的升壓變壓器將電壓升高為U2后輸電，輸送的電功率保持不變.若輸電線路的

11、總電阻為R線，則下列說法中正確的是 A.由公式I 可知，提高電壓后輸電線上的電流降為原來的B.由公式I 可知，提高電壓后輸電線上的電流增為原來的50倍C.由公式PI2R線可知，提高電壓后輸電線上的功率損耗減為原來的D.由公式P 可知，提高電壓后輸電線上的功率損耗增為原來的2 500倍答案解析12345由PI2R線可知，輸電線上的功率損耗減為原來的 ，選項C正確，D錯誤.123453.(遠距離高壓輸電的分析與計算遠距離高壓輸電的分析與計算)如圖5所示為遠距離交流輸電的簡化電路圖.發(fā)電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1.在輸電線與用戶間

12、連有一理想變壓器，流入用戶端的電流是I2.則 A.用戶端的電壓為B.輸電線上的電壓降為UC.理想變壓器的輸入功率為I12rD.輸電線路上損失的電功率為I1U答案解析圖512345解析解析根據(jù)理想變壓器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用戶端的電壓U2 ，選項A正確；輸電線上的電壓降UI1rUU1，選項B錯誤；變壓器的輸入功率P1I1UI12rI1U1，選項C錯誤；輸電線路上損失的電功率PI12rI1(UU1)，選項D錯誤.123454.(遠距離高壓輸電的分析與計算遠距離高壓輸電的分析與計算)(多選)如圖6所示為遠距離輸電示意圖，發(fā)電機的輸出電壓U1和輸電線的總電阻r、理想變壓器匝數(shù)均不變，且

13、n1n2n4n3.當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時 A.U1U2U4U3B.用戶的電壓U4增加C.輸電線上的損失功率增大D.用戶消耗的功率等于發(fā)電機 的輸出功率答案解析圖612345解析解析根據(jù) 以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故A正確.用戶用電器總電阻減小，則降壓變壓器副線圈電流增大，所以輸電線上的電流增大，根據(jù)P損I2r知，輸電線上損耗的功率增大，根據(jù)UIr知，輸電線上的電壓損失變大，發(fā)電機的輸出電壓不變，則升壓變壓器的輸出電壓不變，降壓變壓器的輸入電壓變小，用戶的電壓U4減小，故B錯誤，C正確.用戶消耗的功率等于發(fā)電機的輸出功率與輸電線上損失的功率之差，故D錯誤.123455.(遠距

14、離高壓輸電的分析與計算遠距離高壓輸電的分析與計算)一小型發(fā)電站通過升壓、降壓變壓器把電能輸給用戶，已知發(fā)電機的輸出功率為500 kW，路端電壓為500 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為15，兩變壓器間輸電線的總電阻為1.5，降壓變壓器的輸出電壓為220 V，不計變壓器能量損耗，求：(1)升壓變壓器的副線圈兩端電壓；答案解析12345答案答案2 500 V12345解析解析輸電線路原理圖如圖所示升壓變壓器的副線圈兩端電壓U2 2 500 V.(2)輸電導(dǎo)線上的功率損失；答案解析12345答案答案60 kW輸電導(dǎo)線上的功率損失P損I22r線60 kW(3)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；答案解析12345答案答案101解析解析輸電導(dǎo)線上的電壓UI2r線300 V降壓變壓器原線圈的電壓U3U2U2 200 V，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為 101(4)用戶得到的功率.答案答案440 kW解析解析用戶得到的功率P用P1P損440 kW