(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(biāo)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(gè)途徑以及高壓輸電的原理.3.知道遠(yuǎn)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(shí)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(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價(jià) 達(dá)標(biāo)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(shí),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(shí),電壓可以減小電流,即采用 輸電.UUI2r小增大升高高壓二、遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)二、遠(yuǎn)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(jìn)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(shí),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(jī)同步運(yùn)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(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓.()(4)遠(yuǎn)距離輸電時(shí),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(diǎn)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(dá)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(shí),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(dá)式:PI2r ,所以降低功率損耗的兩個(gè)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(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,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(jī)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(jī)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(jì)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(yuǎn)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(biāo)注,在這個(gè)電路中包括三個(gè)回路.二、遠(yuǎn)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(gè)回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計(jì)).答案答案第一個(gè)回路:P1U1I1第二個(gè)回路:U2UU3,P2PP3I線2RP3第三個(gè)回路:P4U4I4(2)若兩個(gè)變壓器均為理想變壓器,則每個(gè)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(yuǎn)距離輸電問題時(shí),需要畫輸電的電路圖

8、,理清三個(gè)回路,抓住兩個(gè)聯(lián)系,掌握一個(gè)定律.(1)畫圖、理清三個(gè)回路(如圖3所示)圖3(2)抓住兩個(gè)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(gè)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(jī)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?yàn)閁U2U

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(dá)標(biāo)檢測1.(輸電線上功率損失的計(jì)算輸電線上功率損失的計(jì)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(shí)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(shí)輸電電流為正常供電時(shí)的2倍B.若輸送電壓不變,則用電高峰時(shí)輸電線上損失的功率為正常供電時(shí)的2倍C.若用電高峰時(shí)的輸送電壓變?yōu)檎9╇姷?倍,則此時(shí)輸電電流為正常

10、供電時(shí)的4倍D.若用電高峰時(shí)的輸送電壓變?yōu)檎9╇姷?倍,則此時(shí)輸電線損失的功率 為正常供電時(shí)的4倍答案解析12345解析解析高壓輸電時(shí)PUI,I是輸送電路上的電流.用電高峰時(shí),若輸送電壓不變,則I為正常時(shí)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(shí)的4倍,B錯誤;用電高峰時(shí),若輸送電壓加倍,則I不變,與正常時(shí)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(jì)算輸電線上功率損失的計(jì)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(xiàng)C正確,D錯誤.123453.(遠(yuǎn)距離高壓輸電的分析與計(jì)算遠(yuǎn)距離高壓輸電的分析與計(jì)算)如圖5所示為遠(yuǎn)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(xiàng)A正確;輸電線上的電壓降UI1rUU1,選項(xiàng)B錯誤;變壓器的輸入功率P1I1UI12rI1U1,選項(xiàng)C錯誤;輸電線路上損失的電功率PI12rI1(UU1),選項(xiàng)D錯誤.123454.(遠(yuǎn)距離高壓輸電的分析與計(jì)算遠(yuǎn)距離高壓輸電的分析與計(jì)算)(多選)如圖6所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,發(fā)電機(jī)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(shí) 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(jī) 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(jī)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(jī)的輸出功率與輸電線上損失的功率之差,故D錯誤.123455.(遠(yuǎn)距

14、離高壓輸電的分析與計(jì)算遠(yuǎn)距離高壓輸電的分析與計(jì)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(jī)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(jì)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

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