2019版高中物理 第二章 交变电流 2.7 电能的输送学案 教科版选修3-2.doc

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1、17 7 电能的输送电能的输送学习目标 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实际问题.4.了解直流输电.一、电能输送中的电压损失和电能损耗1.电压损失：输电线始端电压U与末端电压U的差值，UUUIr.2.功率损失：输电线路的功率损失，PI2r，r为输电线电阻.3.减小电压、功率损失的方法：(1)减小电阻：由r 可知，输电距离、一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横l S截面积可减小电阻.(2)提高输送电压：由PUI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流，即采用高压输电.二、

2、远距离输电系统目前世界各国都采用电网供电，在发电站内用升压变压器升压，然后再进行高压输电，在用电区通过降压变压器降到所需电压.三、直流输电当交流输电功率很大时，导线的电感、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网的发电机同步运行，技术上存在困难，所以有些大功率输电线路采用直流输电.即学即用1.判断下列说法的正误.(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比.( )(2)由P可知，输电电压越小，输电线上的电功率损失就越小.( )U2 r(3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压.( )(4)远距离输电时，若升压变压器匝数比为 1n，降压变压

3、器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等.( )2.输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为_.答案 U22U122一、电能输送中的电压损失和电能损耗导学探究 如图 1 所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r).那么：图 1(1)用户两端的电压是多大？(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？(3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？答案 (1)UUUUr.P U(2)不相等，由能量守恒知

4、，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和.(3)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因.功率损失表达式：PI2rr，所以降低功率损耗的两个途径为：减小输电线的电阻P2 U2r；减小输电电流I，即提高输送电压U.知识深化1.输电线上的电压损失：UUUIrr.P U2.输电线上的功率损失：(1)PI2r，其中I为输电线上的电流.(2)PUI或 P，其中 U为输电线上的电压损失.U2R3.减少电压损失和功率损失的方法(1)减小输电线的电阻r，根据r，可减小电阻率，目前一般用电阻率较小的铜或铝L S作为导线材料；也可

5、增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难.(2)减小输电电流I，根据I ，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电P U3压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的 ，输电线上的功率损耗将降为原来的.1 n1 n2例 1 三峡电站某机组输出的电功率为 50 万千瓦.(1)若输出的电压为 20 万伏，则输电线上的电流为多少？(2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为 10 欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至 50 万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几

6、？答案 (1)2 500 A (2)1.25108 W 1 4(3)1 000 A 2107 W 1 25解析 (1)由PUI得I 2 500 AP U5 108 W 2 105 V(2)输电线上损失的功率 PI22r2 5002210 W1.25108 W损失功率与输出功率之比为P P1.25 108 W 5 108 W1 4(3)将电压升高至 50 万伏时，I1 000 AP U5 108 W 5 105 V输电线上损失的功率 PI22r1 0002210 W2107 W损失功率与输出功率之比为.P P2 107 W 5 108 W1 25例 2 (多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电

7、厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是( )A. B.U2 1 R线U1U22R线C.I2R线 D.I(U1U2)答案 BCD解析 输电线功率损耗P损I2R线IU线，其中U线U1U2，故 B、C、D 正确.U2 线 R线(P损I2rUI.式中必须注意，U为输电线上的电压损失，而不是输电电压.U2r二、远距离高压输电电路中的各种关系导学探究 某发电站向远处送电的示意图如图 2 所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路.4图 2(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、

8、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计).(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案 (1)第一个回路：P1U1I1第二个回路：U2UU3，P2PP3I线2RP3第三个回路：P4U4I4(2)、P1P2；、P3P4.U1 U2n1 n2I1 I2n2 n1U3 U4n3 n4I3 I4n4 n3知识深化解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律 .(1)画图、理清三个回路(如图 3 所示)图 3(2)抓住两个联系理想升压变压器联系回路 1 和回路 2即，I1n1I2n2，P1P2.U1 U2n1 n2理想降压变

9、压器联系回路 2 和回路 3即，I3n3I4n4，P3P4.U3 U4n3 n4(3)掌握一个定律根据能量守恒定律得P2PP3.例 3 如图 4 所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)，若发电机的输出功率是 100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为 125.图 45(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的 4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压.答案 (1)6 250 V 16 A (2)15.625 6 000 V解析 (1)对升压

10、变压器，据公式，有U1 U2n1 n2U2U1250 V6 250 Vn2 n125 1I2 A16 AP2 U2P1 U2100 000 6 250(2)P损I22R线，P损0.04P1所以R线15.625 0.04P1 I2 2因为 UU2U3I2R线所以U3U2I2R线6 000 V.1.(输电线上功率损失的计算)夏天由于用电器的增多，每年夏天都会出现“用电荒” ，只好拉闸限电.若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的 2 倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是( )A.若输送电压不变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的 2 倍B.若输送电压不变，则用电高峰时输电线上损失的

11、功率为正常供电时的 2 倍C.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的 2 倍，则此时输电电流为正常供电时的 4 倍D.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的 2 倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4 倍答案 A解析 高压输电时PUI，I是输送电路上的电流.用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常时的 2 倍，A 正确；输电线上损失的功率 PI2R线，则输电线上损耗功率变为正常时的4 倍，B 错误；用电高峰时，若输送电压加倍，则I不变，与正常时相同，C 错误；由PI2R线，知输电线损失的功率不变，D 错误.2.(输电线上功率损失的计算)(多选)某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为

12、 150 的升压变压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变.若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是 ( )A.由公式I可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的P U21 506B.由公式I可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的 50 倍U2 R线C.由公式PI2R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1 2 500D.由公式P可知，提高电压后输电线上的功率损耗增为原来的 2 500 倍U2 2 R线答案 AC解析 由可知，U250U1，输送功率不变，由公式I可知，输电线中的电流变为U1 U2n1 n2P U2原来的，选项 A 正确，B 错误；由PI2R线可知，输电线上

13、的功率损耗减为原来的，1 501 2 500选项 C 正确，D 错误.3.(远距离高压输电的分析与计算)如图 5 所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I2.则( )图 5A.用户端的电压为I1U1 I2B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I12rD.输电线路上损失的电功率为I1U答案 A解析 根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U2，选项 A 正I1U1 I2确；输电线上的电压降UI1rUU1，选项 B

14、错误；变压器的输入功率P1I1UI12rI1U1，选项 C 错误；输电线路上损失的电功率PI12rI1(UU1)，选项D 错误.4.(远距离高压输电的分析与计算)(多选)如图 6 所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的总电阻r、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总电阻减小时( )7图 6A.U1U2U4U3B.用户的电压U4增加C.输电线上的损失功率增大D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率答案 AC解析 根据，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故 A 正确.用户用电器U1 U2n1 n2U3 U4n3 n4总电阻减小，则降压变压器副线圈电流增大，

15、所以输电线上的电流增大，根据P损I2r知，输电线上损耗的功率增大，根据 UIr知，输电线上的电压损失变大，发电机的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，降压变压器的输入电压变小，用户的电压U4减小，故 B 错误,C 正确.用户消耗的功率等于发电机的输出功率与输电线上损失的功率之差,故 D错误.5.(远距离高压输电的分析与计算)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为 500 kW，路端电压为 500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为15，两变压器间输电线的总电阻为 1.5 ，降压变压器的输出电压为 220 V，不计变压器能量损耗，求：(1)升压变压器的副线圈两端电压；(2)输电导线上的功率损失；(3)降压变压器原、副线圈的匝数比；(4)用户得到的功率.答案 (1)2 500 V (2)60 kW (3)101 (4)440 kW解析 输电线路原理图如图所示(1)升压变压器的副线圈两端电压U22 500 V.n2U1 n1(2)输电导线上的电流I2200 AP2 U2P1 U2输电导线上的功率损失P损I22r线60 kW(3)输电导线上的电压 UI2r线300 V降压变压器原线圈的电压U3U2U2 200 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为8101n3 n4U3 U4(4)用户得到的功率 P用P1P损440 kW