2019高中物理 第二章 交变电流 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 标知 识 脉 络1理解输电线上损失的电能与哪些因素有关，以及减小损失的两个途径(重点)2理解高压输电的原理会计算输电损失(重点)3了解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(难点)4输电网络的分析(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、电能输送中的电压损失和电能损耗1两种损失比较两种损失原因分析大小表示减小办法电压损失导线自身存在电阻rU损Ir减小r减小I功率损失导线有电阻电流热效应P损I2r减小I减小r2.降低两种损耗的途径高压输电(1)由r知，导线一般选铝为材料，因而一定，在导线长度l确定的情况下，l S要减小电阻，只能通过

2、增大输电线的横截面积，这种方法给架设施工带来困难(2)由PUI知，输送电功率不变的前提下，提高输电电压，会减小输电电流，从而减小导线上的发热损失和电压损失这是降低两种损耗的有效途径二、远距离输电系统和直流输电1远距离输电系统在发电站附近用升压变压器升高电压，用输电线输送到远方，在用电地区附近，用降压变压器降到所需电压远距离输电电路图如图 271 所示：2图 2712直流输电(1)采用高压直流输电的原因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；同一电网供电的发电机同步运行，技术上也存在困难(2)直流输电的使用环节：当前的直流输电，只有高压输电环节中使用直流(3)直流输电系统

3、发电机升压变压器整流设备输电线逆变器降压变压交流交流直流直流交流器用户 交流基础自测1思考判断(1)由PUI知，功率损耗与电流成正比()(2)电能的损耗受电流的影响比受电阻的影响更为显著()(3)减小输电线电阻是降低电能损耗的最佳途径()(4)高压输电是通过减小输电电流来减小电路的电能损耗()(5)远距离输电时，若输送的电功率一定，输电电压越高，输电电流就越小，电能损失就越小，所以输电电压越高越好()(6)直流输电比交流远距输电技术要求更高，输电原理也更复杂()2(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，其优点是( )【导学号：24622083】A可节省输电线的铜材料B可根据需要调节交流电的频率

4、C可减少输电线上的能量损失D可加快输电的速度ACAC 由PIU得I ，输送的电功率P一定，采用高压输电，输电线中的电流就小，P U由P线I2r，要求输电线损耗一定的情况下，就可选横截面积较小的输电线，从而可以节省输电线的铜材料若输电线确定，则可减少输电线上的能量损失，故 A、C 正确；交流电的频率是一定的，升高电压无法改变交流电的频率输电的速度就是电磁波的传播速度，是一定的，故 B、D 错误3(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P，用户得到的电功率为P用，则P、P用的关系式正确的是( )3AP BPU2S L

5、P2L U2SCP用P DP用PU2S L(1PL U2S)BDBD 输电线电阻R，输电电流I ，故输电线上损失的电功率为PI2RL SP U(P U)，用户得到的功率为P用PPP.2L SP2L U2S(1PL U2S)合 作 探 究攻 重 难电能输送中的电压损失和电能损耗1.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻r从公式r来看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但这样会l S多耗费材料，同时也给架设施工带来难度；还可以选用电阻率较小的导体(2)减小输电线的电流I从公式PIU来看，在输送功率一定的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压2计算功率损失的几个公式(1)P损I

6、2r.(2)P损IU损(3)P损.U2 损 r(4)P损r.(P送 U送)2(5)P损P送P用(多选)某发电厂原来用 11 kV 的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到 220 kV 输电，输电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是 ( )A根据公式I ，提高电压后，输电线上的电流降为原来的P U1 20B根据公式I ，提高电压后，输电线上的电流增为原来的 20 倍U RC根据公式P损I2R，提高电压后，输电线上的功率损失减为原来的1 400D根据公式P，提高电压后，输电线上的功率损失增大为原来的 400 倍U2 R4思路点拨：在输电功率P一定时，输电电压提高到原来的n

7、倍，由输电线上功率损失P损I2RR知，输电线上功率损失将降为原来的.(P U)21 n2ACAC A、B 项，根据I 知，输电功率不变，输电电压变为原来的 20 倍，则输电电流P U降为原来的，故 A 项正确，B 项错误C、D 项，根据P损I2R得，输电电流降为原来的1 20，则输电线上损耗的功率减为原来的，故 C 项正确，D 项错误综上所述，本题正确1 201 400答案为 A、C.设输送的电功率为P，输电电压为U，输电导线的电阻为R，则输电线上损失的电功率为P损I2RR，输电线上损失的电压为U损IRR. (P U)2P U针对训练1远距离输送交流电，在一定功率的条件下，要通过提高输电电压来

8、减少线路的损耗，若输电电压提高n倍则( )A输电导线上损失的电功率不变B输电导线的电压损失是原来的倍1 n2C输电导线的电功率损失是原来的 倍1 nD输电导线的电功率损失是原来的倍1 n2D D 因为输送功率一定，根据公式PUI可得若输电电压提高n倍，则输送电流减小为原来的 ，设输电线总电阻为r，则输电导线上损失的电功率为P损I2rI2r，即1 n1 n2损失的电功率变为原来的，A、C 错误，D 正确；根据欧姆定律可得输电导线的电压损失1 n2UIrIr，即变为原来的 ，故 B 错误1 n1 n2远距离输电中，当输送的电功率为P，输送电压为U时，输电线上损失的电功率为P，若输送的电功率增加为

9、2P，而输电线中损失的电功率减为，(输电线电阻不变)那P 4么输电电压应增为 ( )A32U B16U5C8U D4UD D 由PUI知I ，则输电线上损失的功率 PI2RR，得输电电压UPP U(P U)2，若输送的电功率增加为 2P，而输电线中损失的电功率减为，由上式得输电电压R PP 4U应增为 4U；故 D 正确，A、B、C 错误远距离输电问题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 272 所示)图 272(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

10、理想降压变压器联系回路 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.有条河流，流量Q2 m3/s，落差h5 m，现利用其发电，若发电机总效率为 50%，输出电压为 240 V，输电线总电阻r30 ，允许损失功率为输出功率的 6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V，100 W”的电灯正常发光？(g取 10 m/s2，水1.0103 kg/m3)思路点拨：解答本题可按以下思路进行：【解析】 输电电路图如图所示6电源端：P输出Q水 gh50%5104 W线路损耗

11、PI r2 2I2 A10 AP rP输出 6% r5 104 0.06 30输电电压U2 V5103 VP输出 I25 104 10升压变压比：n1n2U1U26125240 5 103输电线损失电压UI2r1030 V300 VU3U2U4 700 V，U4220 V降压变压比：n3n4U3U423511灯盏数NP输出P P灯470(盏)5 1045 104 0.06 100【答案】 6125 23511 470 盏处理远距离输电问题的方法及步骤(1)处理方法：处理远距离输电问题的方法，关键是抓住一图三线，一图即输电的电路图，三线即三个关系：功率关系、电压关系和电流关系，抓住一图三线，按照

12、从前到后或从后向前的顺序，即可找到突破口(2)处理输电问题的步骤画出图上所示的输电过程的示意图； 在示意图上标出各物理量，找出已知量、未知量和待求量；围绕三条线展开分析. 针对训练3如图 273 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( )7图 273A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I r2 1D输电线路上损失的电功率为I1UA A 根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U

13、2，选项I1U1 I2A 正确；输电线上的电压降UI1rUU1，选项 B 错误；变压器的输入功率P1I1UIrI1U1，选项 C 错误；输电线路上损失的电功率PI rI1(UU1)，选项 D 错误2 12 14(多选)为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为 9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( ) 【导学号：24622084】A输电电流为 3I B输电电流为 9IC输电电压为 3U D输电电压为U1 3ADAD 输电线上的热耗功率P线I2R线，热耗功率由P

14、变为 9P，则电流I变为 3I，A正确；输电功率P不变，由PUI知，电流变为 3I，输电电压变为U，D 正确1 3当 堂 达 标固 双 基1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

15、电时的 4 倍A A 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；输电线上的热耗功率 PI2R线，则热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8PI2R线，则热耗功率不变，D 错误2远距离输电中，发电厂输送的电功率相同，如果分别采用输电电压为U1110 kV输电和输电电压为U2330 kV 输电则两种情况中，输电线上通过的电流之比为I1I2等于( )A11 B31C13 D91B B 输送功率相同，根据PUI得，输电电流与输电电压成反比，所以 .故I1 I2U2 U13 1B 正

16、确3(多选)如图 274 为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总电阻减少时 ( )图 274AU1U2U4U3B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ACAC 根据，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故 A 正确；用户U1 U2n1 n2U3 U4n3 n4用电器总电阻减小，则电流增大，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，则降压变压器的输入电压变小，用户

17、的电压U4减小，故 C正确，B 错误；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4(多选)在如图 275 所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有 ( )图 2759A升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大CD 发电厂的输出电压不变，升压变压器的输入电压不变，输出电压不变，选项 A 错误； 随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损失的电压(UIR)增大，降 压变压器的输入电压减小，降压变压器的输出电压减小，选项 B 错误；随着发电厂输出功 率的增大，输电线中电流增大，输电线上损耗的功率(PI2R)增大，选项 C 正确；输电线上损耗的功率 PI2R()2R，输电线上损耗的功率占总功率的比例P输，选P输U输PP输RU 2 输 项 D 正确