2019-2020学年物理高中人教版选修3-2学案：5.5电能的输送 .docx

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1、第五章交变电流5电能的输送学习目标1.掌握输电过程中降低输电损耗的两个途径.2.知道远距离输电线路的基本构成.3.会对简单的远距离输电线路进行定量计算.自主探究1.电阻定律:在温度不变时,同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成,与它的横截面积S成,导体电阻与构成它的材料有关,即R=.2.电功率P=,热功率P=.合作探究一、降低输电损耗的两个途径情境探究:假定输电线路中的电流是I,用户端的电压是U,两条导线的总电阻是r.在图中,导线的电阻集中画为一个电阻r.提出问题:(1)输电线中损失的电压是多少?用户得到的电压是多少?输电线损失的功率是多少?(2)在输电电流一定的情况下,如果线路的电阻变为原来

2、的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一?在线路电阻一定的情况下,如果输电电流减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一?(3)通过第(2)问的两项计算,你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效?(4)怎样计算用户消耗的功率?(5)在保证用户的电功率的前提下,怎样才能减小输电电流?自主学习:阅读课本P45“降低输电损耗的两个途径”的内容,学习相关的知识.1.设输电电流为I,输电线的电阻为r,则输电线上的功率损失为P损=.2.降低输电损耗的两个途径:一个途径是;另一个途径是.3.远距离输电时,为了降低输电线路中的损耗,可以输电电压,输电电流.二、电网供电思考讨论:观察输电过程示意图

3、,完成下列问题.(1)尝试做出远距离输电的原理图.(2)请分别写出输电线上的功率损失和电压损失表达式.(3)请说明电路中I2和I3的关系、U2和U3的关系.自主学习:阅读课本P46P47“电网供电”的内容,学习相关的知识.1.通过网状的、,将许多电厂和广大用户连接起来,形成全国性和地区性的输电网络,这就是.2.采用送电,是输电技术的重要发展.使用,电力的供应更加可靠,质量更高.课堂检测1.在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么()A.输电线路上损失的电压与输送的电流成正比B.输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D.输电线路上损

4、失的功率跟输电线上的电流成正比2.下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中,正确的是()A.因为热功率P=U2R,所以应降低输送的电压,增大输电导线的电阻,才能减小输电导线上的热损耗B.因为热功率P=IU,所以应采用低电压、小电流输电,才能减小输电导线上的热损耗C.因为热功率P=I2R,所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D.以上说法均不正确3.远距离输电,原来用电压U0输电,在输电线上损失电功率P0,现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的110,则输电电压应为()A.100 U0 B.10U0 C.U010 D.U01004.某小型水电站的电能输送示意图如

5、图所示.发电机的输出电压为200 V,输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则()A.n2n1n3n4B.n2n1n3n4C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率5.某用电器离供电电源的距离为L,线路上的电流为I,若要求线路上的电压降不超过U,已知输电线材料的电阻率为,则该输电线的横截面积的最小值为()A.LR B.ULI C.2ULI D.2ILU6.在确定的两地间用铝导线输送一定功率的交变电流,现将输电电压

6、提高1倍,并保持输电线上损失的功率不变,则用铝量可比增压前减少()A.25% B.50% C.60%D.75%7.中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV的特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率将变为()A.P4 B.P2 C.2P D.4P8.远距离输送交变电流都采用高压输电,采用高压输电的优点是()A.可节省输电线的铜材料 B.可根据需要调节交变电流的频率C.可减少输电线上的能量损耗 D.可加快输电的

7、速度9.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电导线的总电阻为R,通过导线的电流为I,学校得到的电压为U2,则输电线上损耗的电压可表示为()A.U1 B.U1-U2 C.IR D.U210.远距离输电装置如图所示,升压变压器和降压变压器均是理想变压器,当S由2改接为1时,下列说法正确的是()A.电压表示数变大 B.电流表示数变大C.电流表示数变小D.输电线损失的功率减小11.远距离输电时,输送电压为6 000 V,功率为500 kW,这时,安装在输电线路起点和终点的电能表一昼夜里读数相差4 800 kWh,则输电效率为多少?输电导线的电阻为多少?12.如图所示,交流发电机电动势的有效值

8、E=20 V,内阻不计,它通过一个R=6 的指示灯连接变压器.变压器输出端并联24只彩色小灯泡,每只灯泡都是“6 V0.25 W”,灯泡都正常发光,导线电阻不计.求:(1)降压变压器原、副线圈的匝数比;(2)发电机的输出功率.13.如图所示,某小型水电站发电机的输出功率为10 kW,输出电压为400 V,向距离较远的用户供电,为了减少电能损耗,使用2 kV高压输电,最后用户得到“220 V9.5 kW”的电能,求:(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比n1n2;(2)输电线路导线电阻R;(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比n3n4.参考答案自主探究1.正比反比lS2.IUI2R合作探究一、降低

9、输电损耗的两个途径提出问题:(1)输电线中损失的电压U=Ir,用户得到的电压U=U-Ir,输电线损失的功率P损=I2r.(2)在输电电流一定的情况下,如果线路的电阻变为原来的一半,由P损=I2r可知,线路上损失的功率减为原来的二分之一;在线路电阻一定的情况下,如果输电电流减为原来的一半,由P损=I2r可知,线路上损失的功率减为原来的四分之一.(3)减小输电电流的途径对于降低输电线路的损耗更为有效.(4)用户消耗的功率P=IU-I2r.(5)在保证用户的电功率的前提下,减小输电电流I,就需要增大输电电压U.自主学习:1.I2r2.减小输电线的电阻减小输电导线中的电流3.提高减小二、电网供电思考讨

10、论:(1)(2)输电线上的功率损失P损=I线2R线,电压损失U=I线R线.(3)I线=I2=I3,U2=U3+U.自主学习:1.输电线变电站电网2.电网电网课堂检测1.AC解析:输电线路上损失电压U=IR,在R一定时,U和I成正比.若U越高,I=PU,I越小,那么U越小.输电线路上损失的功率P=I2R,当P一定时,I=PU,P=(PU)2R,即P和U的平方成反比,跟I的平方成正比,A、C两项正确.2.C解析:根据P损=I线2R线、P损=U线I线和P损=U2R使用条件可知,U必须为输电线两端的电压,即损失电压.3.B解析:设线路电阻为r,损失功率为P损=I2r,线路电流为I=PU0,解得,P损=

11、P2rU02.当P损为原来的110时,U0=10U0,B项正确.4.AD解析:根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比,有n2n1=U200V,n3n4=U220V,又U=U-U线,由UU220V,n2n1n3n4,A项正确;P输出=P输入+P线,D项正确.5.D解析:输电线上的电压降U=2IR,其中R为一条输电线的电阻.由电阻定律可知,R=LS,联立以上两式可得,S=2ILU,即输电线的横截面积最小值为S=2ILU,D项正确.6.D解析:设输送交变电流的功率为P,输电电压为U,提高电压后为U,所用铝导线总长度为l,总电阻为R,增压后电阻为R,则由I=PU,P损=I2R可得,P损=P2RU2.

12、同理可得,P损=P2RU2,而P损=P损,U=2U,联立可得,R=4R,由电阻定律R=lS,R=lS得,S=14S,所以V=V4,m=m4,即用铝量仅为原来的14.因此,用铝量减少了75%.7.A解析:由P=UI可知,输电电压提高到原来的2倍,由于输电功率不变,所以输电电流变为原来的12,由P损=I2R线可知,输电线上的损耗电功率将变为原来的14,A项正确.8.AC解析:远距离输电过程中,由于电流的热效应,输电线上发生热损耗,根据焦耳定律,损耗功率P损=I2R=(PU)2R,式中P为输电功率,U为输电电压,R为输电线电阻,在P、R不变时,P损(1U)2,所以采用高压输电可减少输电线上的能量损耗

13、.当P损、P不变时,RU2,又R=lS,联立得,输电线横截面积S1U2,采用高压输电,在损耗功率不变的情况下可使输电线横截面积大大减小,从而节省输电线的铜材料,A、C两项正确.9.BC解析:输电线上的电压损失U=IR=U1-U2,故B、C两项正确.10.AB解析:由U2=n2n1U1知,当S由2改接为1时,升压变压器的原线圈匝数不变,副线圈匝数变大,输送电压变大,降压变压器的输入电压和输出电压均变大,电压表示数变大,A项正确;降压变压器的输出电压变大时,流过灯泡的电流I灯也变大,输电线上的电流I线也随着I灯的变大而变大,所以电流表示数变大,B项正确,C项错误;I线变大时,输电线损失的功率P线=

14、I线2R变大,D项错误.11.解析:由能量守恒定律可知,=Pt-4 800kWhPt=(1-4 80050024)100%=60%因为P损=P40%,P损=P2U2r所以r=36106200103251010 =28.8 .答案:60%28.8 12.解析:(1)彩色小灯泡额定电流IL=PU=124 A,副线圈总电流I2=24IL=1 A变压器输入功率等于I1U1=I2U2=6 W变压器原线圈电路中,利用欧姆定律可得,E=U1+I1R=U2I2I1+I1R=6WI1+6 I1代入E值解得,I1=13 A,所以n1n2=I2I1=31.(2)发电机输出功率P=I1E=6.67 W.答案:(1)31(2)6.67 W13.解析:(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比n1n2=U1U2=4002 000=15.(2)由P损=I22R,输送电流决定于输出电压及输送功率,有I2=PU2所以R=P损I22=P损(PU2)2=10 000-9 500(10 0002 000)2 =20 .(3)设降压变压器原线圈上的电压为U3,U3=U2-I2R=(2 000-520) V=1 900 V所以降压变压器原、副线圈匝数比为n3n4=U3U4=1 900220=9511.答案:(1)15(2)20 (3)9511