2018-2019學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 5.5 電能的輸送課件 新人教版選修3-2.ppt

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1、5電能的輸送,一、輸送電能的基本要求,電壓,頻率,損耗,二、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑1.輸電線上的功率損失:ΔP=I2r,I為輸電電流,r為_______的電阻。,輸電線,2.降低輸電損耗的兩個(gè)途徑:(1)減小輸電線的_____:在輸電距離一定的情況下,為了減小_____,應(yīng)當(dāng)選用_________的金屬材料,還要盡可能增加導(dǎo)線的_________。(2)減小輸電線中的_____:為減小輸電_____,同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高_(dá)________。,電阻,電阻,電阻率小,橫截面積,電流,電流,輸電電壓,三、電網(wǎng)供電1.遠(yuǎn)距離輸電基本原理:在發(fā)電站內(nèi)用_____變壓器_____,

2、然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,在用電區(qū)域通過_____變壓器降到所需的電壓。,升壓,升壓,降壓,2.電網(wǎng):通過網(wǎng)狀的輸電線、_______,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_____。,變電站,網(wǎng)絡(luò),3.電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(diǎn):(1)降低一次能源的運(yùn)輸成本,獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。(2)減小_____的風(fēng)險(xiǎn),調(diào)節(jié)不同地區(qū)電力供求的平衡,保障供電的質(zhì)量。(3)合理調(diào)度電力,使_____的供應(yīng)更加可靠,質(zhì)量更高。,斷電,電力,【思考辨析】(1)輸電線上電功率的損失,與輸電線的電阻成正比,與輸電電流的平方成正比。()(2)減小輸電損失可通過減小輸電線的電阻和降低輸電電流來實(shí)現(xiàn)。()(3)由P=可知,輸

3、電電壓越小,輸電線上的損失就越小。(),(4)現(xiàn)在世界各國普遍采用一個(gè)電廠與一批用戶“一對一”的供電方式。()(5)采用電網(wǎng)送電可以降低一次能源的運(yùn)輸成本,獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。(),提示:(1)√。由P=I2r可知,輸電線上電功率的損失,與輸電線的電阻成正比,與輸電電流的平方成正比。(2)√。由P=I2r可知,減小輸電損失可通過減小輸電線的電阻和降低輸電電流來實(shí)現(xiàn)。(3)。輸電電壓越小,輸電電流就越大,降落在輸電線上的電壓也就越大,輸電線上的損失就越大。,(4)?，F(xiàn)在世界各國不采用一個(gè)電廠與一批用戶“一對一”的供電方式,而是通過電網(wǎng)向用戶供電。(5)√。采用電網(wǎng)送電使電能更容易輸送,故采用電網(wǎng)

4、送電可以降低一次能源的運(yùn)輸成本,獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。,【生活鏈接】1.可通過哪些措施來降低輸電線路的損失?,提示:輸電線路上的損失功率為P=I2r,所以有兩個(gè)途徑可減少電能的損失,一是減少輸電線路的電阻;二是減小輸電導(dǎo)線中的電流。,2.如何才能減小輸電線的電阻?,提示:導(dǎo)線電阻的大小r=ρ,因?yàn)楣╇姾陀秒妰牲c(diǎn)的距離一定,導(dǎo)線的長度不能任意的縮短,可以選用電阻率較低橫截面積較大的導(dǎo)線,但是橫截面積越大導(dǎo)線越重,架線就越困難。我國開始實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)體供電,但是它客觀條件的要求及其維持消耗都很高。,知識點(diǎn)一輸電線上的電壓和能量損失探究導(dǎo)入:遠(yuǎn)距離輸電過程中,輸電線上不可避免地有電壓和能量損失,(1)輸送電

5、能為什么會有電壓和能量損失?(2)能量損失的大小與哪些因素有關(guān)?減小輸電線上的能量損失有哪些措施?,提示:(1)因?yàn)檩旊娋€有電阻,電流通過時(shí)必然有電勢降落并產(chǎn)生熱量;(2)減小輸電線上的能量損失,可通過減小輸電線的電阻和減小輸電電流來實(shí)現(xiàn)。,【歸納總結(jié)】1.輸電線上的電壓損失:(1)電壓損失:輸電導(dǎo)線有電阻,電流通過輸電導(dǎo)線時(shí),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(shí),使用電阻率小的材料,增大導(dǎo)線橫截面積可減小電阻。②減小輸電電流:由I=可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),

6、升高電壓可以減小電流。,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(dǎo)線都有電阻,因此當(dāng)電流通過輸電導(dǎo)線向遠(yuǎn)方輸送時(shí),輸電線因有電阻而發(fā)熱。②功率損失的計(jì)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(dǎo)線材料;增大導(dǎo)線的橫截面積S,這要多耗費(fèi)金屬材料,增加成本,同時(shí)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,根據(jù)P損=()2R知,輸電線上的功率損耗將降為原來的。,【易錯(cuò)提醒】(

7、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功率,損失功率是輸電線上消耗的功率。(3)無論從減少輸電線路上的功率損失,還是減少電壓損失來看,都要求提高輸電電壓,以減小輸電電流。,【典題通關(guān)】考查角度1輸電線上的功率損失【典例1】(多選)(2018東莞高二檢測)在遠(yuǎn)距離輸電中,輸電導(dǎo)線的總電阻為R,升壓變壓器輸出的電壓為U1,輸出功率為P,降壓變壓器得到的電壓為U2,則下面表示導(dǎo)線上的功率損失正確的式子是(),【解題探究】(1)如何確定輸電線中的電壓損失?提示:ΔU=U1-U2。,(2)怎樣求解輸電線中的功率

8、損失?提示:P損=ΔUI=或P損=I2R=,【正確解答】選B、C。升壓變壓器的輸出電壓為U1,降壓變壓器的輸入電壓為U2,則輸電線上的電壓損失ΔU=U1-U2,升壓輸電線上損失的功率P損=ΔUI=Δ(U1-U2)I,P損=ΔUI=因?yàn)檩旊娋€上的電流為I,則輸電線上損失的功率P損=I2R=,故B、C正確,A、D錯(cuò)誤。,考查角度2降低輸電損耗的措施【典例2】西雙版納州水資源豐富,利用水力發(fā)電的電力除了供應(yīng)本地使用以外,還源源不斷地輸送至鄰近東盟國家。2008年總裝機(jī)容量175萬千瓦的景洪電站建成,之后,采用110千伏①高壓將11萬千瓦②的電力對老撾北部供電,如果從景洪到老撾北部的輸電電線總電阻是5

9、Ω③。求:,(1)輸電線上損耗的功率。(2)輸電線上產(chǎn)生的壓降。(3)為了進(jìn)一步節(jié)約能源,請你為輸電環(huán)節(jié)提出改進(jìn)措施。,【審題關(guān)鍵】,【正確解答】(1)由P=UI可得:電流則損失的功率P損=I2r=(1000A)25Ω=5106W。(2)導(dǎo)線上的電壓為U損=Ir=1000A5Ω=5103V。,(3)為了減少導(dǎo)線上的功率損耗,可以通過提高輸電電壓或減小導(dǎo)線電阻來減小輸電線上功率的損耗。答案:(1)5106W(2)5103V(3)見正確解答,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)某發(fā)電廠原來用11kV的交變電壓輸電,后來改用升壓變壓器將電壓升到220kV輸電,輸送的電功率都是P。若輸電線路的電阻為R,則下列說法

10、中正確的是(),A.根據(jù)公式I=,提高電壓后輸電線上的電流降為原來的B.根據(jù)公式I=,提高電壓后輸電線上的電流增為原來的20倍C.根據(jù)公式P損=I2R=R,提高電壓后輸電線上的功率損失減為原來的D.根據(jù)公式P損=,提高電壓后輸電線上的功率損失增大為原來的400倍,【解析】選A、C。輸電線上電流為I=,也可以用I=來表示,其中ΔU為輸電線電阻R兩端的電壓,而不是輸送電壓,故A正確,B錯(cuò)誤;輸電線上的功率損失為P損=I2R=R,C正確;如果用P損=,則U應(yīng)為R兩端的電壓ΔU,故D錯(cuò)誤。,2.500千伏超高壓輸電是我國目前正在實(shí)施的一項(xiàng)重大工程,我省超高壓輸電工程正在緊張建設(shè)之中。若輸送功率為320

11、0萬千瓦,原來采用200千伏輸電,由于輸電線有電阻而損失的電功率為P,則采用500千伏超高壓輸電后在輸電線上損失的電功率為(設(shè)輸電線的電阻未變)()A.4PB.0.16PC.2.5PD.6.25P,【解析】選B。由于P=UI,輸電線上損失的熱功率P損=I2r=()2r,所以有:P損′=0.16P損,B對。,知識點(diǎn)二高壓輸電過程的分析與計(jì)算探究導(dǎo)入:高壓輸電可以減少輸電線上的電壓和能量損失。(1)如何完成高壓輸電和低壓用電?(2)什么是輸電電壓和損失電壓?如何減小線路上的電壓損失?,提示:(1)通過升壓變壓器達(dá)到高壓輸電,再通過降壓變壓器降壓后輸送給用戶。(2)輸電電壓是指升壓變壓器的輸出電壓,

12、損失電壓是指電流通過輸電線降落在輸電線上的電壓,可通過減小輸電線的電阻和提高輸電電壓來減小輸電線上的電壓和功率損失。,【歸納總結(jié)】1.輸電過程示意圖:,2.高壓輸電過程的幾個(gè)電壓的區(qū)別:(1)輸送電壓:輸電線始端電壓,如圖中的U2。(2)用戶電壓:最終用戶得到的電壓,如圖中的U4。,(3)損失電壓:①表示形式:輸電線始端電壓與末端電壓的差值即ΔU=U2-U3=I2R。②形成原因:輸電線上的電壓損失原因是輸電導(dǎo)線有電阻,電流通過輸電線時(shí),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。,3.輸電過程的幾個(gè)基本關(guān)系:(1)功率關(guān)系:P1=P2,P2=P線+P3,P3=P4。(2)電

13、壓、電流關(guān)系:U2=U線+U3,I2=I3=I線。,(3)輸電電流:I線=(4)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率:P線=I線U線=R線=()2R線。,【典題通關(guān)】【典例】風(fēng)力發(fā)電作為新型環(huán)保新能源,近幾年來得到了快速發(fā)展。如果風(fēng)車陣中某發(fā)電機(jī)輸出功率為100kW,輸出電壓是250V,先后經(jīng)過一升壓變壓器和一降壓變壓器傳輸后送到用戶,設(shè)用戶得到的電壓是220V,輸電線總電阻為10Ω。若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%,試求:,(1)在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各為多少?(2)用戶得到的電功率是多少?,【規(guī)范解答】,(1)輸電線中損失的功率為:P損=P14%=得I2=20A,

14、而I1=得I1=400A故升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為:,輸電線上損失的電壓為:U損=I2R得U損=200V輸送電壓為U2,由得U2=5000V降壓變壓器原線圈兩端的電壓為:U3=______=4800V,U2-U損,故降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為:(2)用戶得到的電功率為:P用=______,即P用=96kW。答案:(1)(2)96kW,P1-P損,【規(guī)律方法】遠(yuǎn)距離輸電問題的分析思路(1)明確遠(yuǎn)距離輸電的過程,畫出輸電的過程圖。(2)清楚遠(yuǎn)距離輸電過程圖的三個(gè)獨(dú)立的回路。(3)變壓器是連接三個(gè)回路的關(guān)鍵,明確各個(gè)回路的電壓、電流間的關(guān)系。,(4)從輸電電壓、輸電功率或輸電線的功率損失與輸電

15、線的電阻計(jì)算輸電電流。(5)分清輸電電壓和輸電線上的電壓,確定輸電功率、輸電線損失功率和用戶得到的功率。(6)根據(jù)歐姆定律確定用電回路中各個(gè)元件的電壓、電流和功率。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示,發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電。已知輸電線的總電阻為R,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1,降壓變壓器副線圈兩端交變電壓u=220sin(100πt)V,降壓變壓器的副線圈與阻,值R0=11Ω的電阻組成閉合電路。若將變壓器視為理想變壓器,則下列說法中正確的是()A.通過R0電流的有效值是20AB.降壓變壓器T2原、副線圈的電壓比為4∶1,C.

16、升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓D.升壓變壓器T1的輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入功率,【解析】選A、B、D。降壓變壓器副線圈兩端交變電壓有效值為=220V,負(fù)載電阻為11Ω,所以通過R0電流的有效值是20A,故A正確;因?yàn)榻祲鹤儔浩鱐2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1,所以原、副線圈的電壓之比為4∶1,故B正確;由于輸電線上有電阻導(dǎo)致降壓變壓器T2的輸入電壓低于升壓變壓器T1的輸出電壓,故C錯(cuò)誤;,升壓變壓器T1的輸入與輸出功率相等,降壓變壓器T2的輸入與輸出功率也相等,但升壓變壓器T1的輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入功率,原因是導(dǎo)線上的電阻消耗功率,故D正確。,2.某發(fā)

17、電站通過燃燒煤來發(fā)電。發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶,發(fā)電機(jī)輸出功率是120kW,輸出電壓是240V,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶25,輸電線的總電阻為10Ω,用戶需要的電壓為220V。則:(1)輸電線上損失的電功率為多少?(2)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少?,【解析】(1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得輸電電壓U2=240V=6000V輸電電流I2=輸電線上損失的功率ΔP=r=20210W=4000W。,(2)輸電線上損失的電壓ΔU=I2r=2010V=200V降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3=U2-ΔU=6000V-200V=5800V根據(jù)理想變

18、壓器的變壓規(guī)律得:答案:(1)4000W(2),【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,在T的原線圈兩端接入一電壓u=Umsinωt的交流電源,若輸送電功率為P,輸電線的總電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則輸電線上損失的電功率為(),,,【解析】選C。由I1=和得Ir=I2=則輸電線上損失的功率Pr=2r=故選C。,2.交流發(fā)電機(jī)的路端電壓為220V,輸出的電功率為4400W,發(fā)電機(jī)到用戶單根輸電線的電阻為2Ω,求:(1)用戶得到的電壓和電功率各是多少?,(2)如果用變壓比為1∶10的升壓變壓器升壓后向用戶輸電,用戶處再用

19、變壓比為10∶1的降壓變壓器降壓后使用,那么用戶得到的實(shí)際電壓和電功率又是多少?并畫出全過程的線路示意圖。,【解析】(1)不用變壓器,直接輸電時(shí):電線中電流:I==20A電線上損失的電壓:U損=IR線=2022V=80VP損=IU損=1600W用戶得到的電壓:U戶=220V-80V=140VP戶=P-P損=4400W-1600W=2800W,(2)用變壓器時(shí),電路如圖所示。U1=U=10220V=2200VI線==2AU2=U1-I線R=2200V-24V=2192V,所以U戶′=2192V=219.2VP戶′=P-R=4400W-44W=4384W。答案:(1)140V2800W(2)219

20、.2V4384W圖見解析,【拓展例題】考查內(nèi)容:遠(yuǎn)距離輸電實(shí)例分析【典例】有一臺內(nèi)阻為1Ω的發(fā)電機(jī),供給一學(xué)校照明用電,如圖所示。升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶4,降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4∶1,輸電線的總電阻為4Ω。全校共有22個(gè)班,每班有“220V40W”燈6盞,若保證電燈全部正常發(fā)光,則:,(1)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為多大?(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率為多大?(3)輸電效率為多少?,【正確解答】由題意知U4=220V則I3=n=226A=24A由降壓變壓器變壓關(guān)系:得U3==880V由降壓變壓器變流關(guān)系:得I2==6A,又因?yàn)閁2=U3+I2R=880V+64V=904V由升壓變壓器變壓關(guān)系:

21、得U1=226V由升壓變壓器變流關(guān)系:得I1=24A(1)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢:E=U1+I1r=250V。,(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率P出=EI1-r=5424W。(3)輸電的效率η=100%=100%=97%。答案:(1)250V(2)5424W(3)97%,物理模型構(gòu)建——遠(yuǎn)距離輸電基本電路模型1.建模背景:安全、可靠、高效的輸送電能。2.模型特點(diǎn):理想的升壓和降壓變壓器。,【案例示范】遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2,電壓分別為U1、U2,電流分別為I1、I2,輸電線上的電阻為R,變壓器為理想變壓器,則下列關(guān)系式中正確的是,【解析】選D。理想變壓器原、副線圈

22、兩端的電壓與線圈的匝數(shù)成正比,有:由能量守恒定律可知:P1=I1U1=P2=I2U2,故D正確;因此故A錯(cuò)誤;輸電線兩端的電壓應(yīng)為升壓器副線圈兩端電壓與降壓器原線圈兩端電壓U3之差,因此根據(jù)歐姆定律有:I2=故B錯(cuò)誤;降壓器的輸入功率為P3=I2U3,因此有:I1U1=R+I2U3,故C錯(cuò)誤。,【類題訓(xùn)練】(2018濟(jì)寧高二檢測)發(fā)電站需向遠(yuǎn)距離負(fù)載供電,若發(fā)電機(jī)輸出電壓U1=230V,輸出功率P1=2.3105W,負(fù)載額定電壓U4=220V,輸電線總電阻R0=1Ω,要求輸電線損失功率為1.0104W,求:,(1)輸電線電流I2大小。(2)升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比。(3)降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比。,【解析】(1)由P損=R0得,(3)U3=U2-U損=U2-I2R0=(2300-1001)V=2200V答案:(1)100A(2)1∶10(3)10∶1,