物理 ：課件 選修3-2 4.3《電能的遠(yuǎn)距離傳輸》（魯科版）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)電能的遠(yuǎn)距離傳輸 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道 便于遠(yuǎn)距離輸送 是電能的優(yōu)點(diǎn)之一 知道輸電過程 2 理解為什么遠(yuǎn)距離輸電要用高壓 3 知道輸電線上電壓和電功率的損失和如何減少損失 重點(diǎn)難點(diǎn) 高壓輸電的原理及功率損耗計(jì)算 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第3節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 為什么要采用高壓輸電1 電功率損失 電流流過輸電導(dǎo)線時(shí) 電流的熱效應(yīng)會(huì)引發(fā) 的損失 損失的電功率P 即在輸電線路上由于發(fā)熱而損耗的電功率與電阻成正比 與電流的二次方成正比 因此 可以考慮通過減小輸電線 或減小輸送 來減少電能輸送時(shí)的電功率損失 電功率 I2R 電阻 電流 2 電壓損失 導(dǎo)線有電阻 輸電線上 損失 損失的電壓U IR 使得用電設(shè)備兩端的電壓比供電電壓 對(duì)于交流輸電線路 和 總稱為電抗 也會(huì)造成電壓損失 在輸送電功率不變的前提下 要減少電壓損失 只能采取 輸電電流的方法 電壓 低 感抗 容抗 減小 3 高壓輸電 減小 就要增粗導(dǎo)線 增粗導(dǎo)線又帶來兩個(gè)不利 其一 耗費(fèi)更多的金屬材料 其二 會(huì)使電抗更大 造成更大的電壓損失 只有 輸電電流才會(huì)避免上述問題 由P UI可知 在保證輸送電功率P不變的情況下 必須提高輸送 才能減小電流I 輸送一定功率的電能 輸送電壓越高 輸電線中電流越小 導(dǎo)線因發(fā)熱而損耗的電能就越 輸送線路中電壓的損失也就越 電阻 減小 電壓U 少 小 思考感悟 二 高壓交流輸電1 在發(fā)電站內(nèi)要使用 將電壓提升 然后向遠(yuǎn)處送電 到達(dá)目的地后 根據(jù)不同的需求再用 經(jīng)2 3次降壓 才輸送給用戶 2 現(xiàn)代供電系統(tǒng)把許多發(fā)電站連為一體 構(gòu)成龐大的交流輸電網(wǎng) 這就要求電網(wǎng)中的每臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電并網(wǎng)時(shí)必須做到同步 即交變電流的 必須相同 并聯(lián)輸電線中的交變電流的 必須相同 升壓變壓器 降壓變壓器 頻率 相位 三 高壓直流輸電1 高壓直流輸電系統(tǒng)主要由 直流線路和 三部分構(gòu)成 實(shí)際上直流輸電系統(tǒng)只在輸電這個(gè)環(huán)節(jié)是直流 發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)仍是交流 輸電過程中只用兩根導(dǎo)線 2 在電能的傳輸方面 高壓直流輸電比高壓交流輸電有許多優(yōu)越性 第一 使用的輸電線材料方面直流比交流可以節(jié)省 電桿塔結(jié)構(gòu)也比交流電簡(jiǎn)單且省地 第二 穩(wěn)定的直流輸電不存在 引起的損耗 第三 不需考慮電網(wǎng)中的各臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的 運(yùn)行問題 雖然優(yōu)點(diǎn)多多 但在換流設(shè)備的制造 價(jià)格等方面還存在問題 整流站 逆變站 1 3 感抗和容抗 同步 核心要點(diǎn)突破 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 2011年臺(tái)州高二檢測(cè) 在遠(yuǎn)距離輸電過程中 為減少輸電線路上的電能損失 可采用的最佳方法是 A 使輸電線粗一些B 減短輸電線長(zhǎng)度C 減少通電時(shí)間D 采用高壓輸電解析 選D 減小輸電線的長(zhǎng)度不可行 因?yàn)橐ＷC輸電距離 采用直徑更大的導(dǎo)線 可適當(dāng)增大橫截面積 太粗不可能 既不經(jīng)濟(jì)又架設(shè)困難 減少用電時(shí)間也不可以 要保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民正常生活用電 提高輸電電壓 減小輸電線上的電流是減少電能損失的最佳方法 選D 二 含變壓器在內(nèi)的高壓輸電線路的分析與計(jì)算1 輸電過程如圖4 3 1所示 電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路 在每個(gè)回路中 變壓器的原線圈是回路的用電器 而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源 每個(gè)回路均可以應(yīng)用閉合電路歐姆定律 串 并聯(lián)電路規(guī)律 而變壓器的電壓 電流 功率關(guān)系是聯(lián)系不同回路的橋梁 圖4 3 1 特別提醒 1 用戶消耗的功率決定輸送功率 即用戶和線路總共消耗多少功率 發(fā)電站就輸送多少功率 這是能量守恒定律和變壓器原理的體現(xiàn) 2 抓住輸電的兩頭 電源和用電器 分析一條線 輸電線 研究?jī)纱坞妷鹤儞Q 升壓變壓器和降壓變壓器 3 注意輸送電壓 功率 損失電壓 功率 用戶電壓 功率 三者區(qū)別和數(shù)量關(guān)系 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 如圖4 3 2為遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖 若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變 則下列敘述中正確的是 圖4 3 2 A 升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無關(guān)B 輸電線中的電流只由升壓變壓器原 副線圈的匝數(shù)比決定C 當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(shí) 輸電線上損失的功率增大D 升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 課堂互動(dòng)講練 某發(fā)電站的輸出功率為104kW 輸出電壓為4kV 通過理想變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處用戶供電 已知輸電線的電阻率為 2 4 10 8 m 導(dǎo)線橫截面積為1 5 10 4m2 輸電線路損失的功率為輸出功率的4 求 1 升壓變壓器的輸出電壓 2 輸電線路上的電壓損失 2 輸電線路上的電壓損失U損 I 2r 125 12 8 2V 3 2kV 答案 1 80kV 2 3 2kV 方法總結(jié) 遠(yuǎn)距離輸電中 必須區(qū)分輸電電壓及輸電導(dǎo)線上的損失電壓 輸電導(dǎo)線損失功率就是由于其電阻R發(fā)熱損失的功率 計(jì)算時(shí)要緊扣P損 I2R去思考 發(fā)電機(jī)的端電壓220V 輸出電功率44kW 輸電導(dǎo)線的電阻為0 2 如果用初 次級(jí)匝數(shù)之比為1 10的升壓變壓器升壓 經(jīng)輸電線后 再用初 次級(jí)匝數(shù)比為10 1的降壓變壓器降壓供給用戶 1 畫出全過程的輸電線路示意圖 2 求用戶得到的電壓和功率 思路點(diǎn)撥 遠(yuǎn)距離輸電問題 先畫出示意圖 抓住功率 電壓 電流 電阻之間的關(guān)系 列出相應(yīng)方程 然后求解 自主解答 1 輸電線路示意圖如圖4 3 3所示 圖4 3 3 答案 見自主解答 變式訓(xùn)練如圖4 3 4所示 某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為10kW 輸出電壓為400V 為了減小向用戶供電過程中產(chǎn)生的電能損失 使用2kV高壓輸電 最后用戶得到220V電壓 9 5kW的電功率 求 圖4 3 4 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全