2019-2020学年高中物理 第五章 第5节 电能的输送课件 新人教版选修3-2

第五章交变电流第5节电能的输送第五章交变电流1.理解远距离输电电线上的能量损失与哪些因素有关．(重点)2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算．(重点＋难点)3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计．【基础梳理】一、降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠工作，少有故障．(2)保质：保证电能的质量——_____和_____稳定．(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．2．输电线上的功率损失：ΔP＝______，I为输电电流，R线为输电线的电阻．电压频率I2R线3．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的_____：在输电距离一定的情况下，为了减小_____，应当选用_________的金属材料，还要尽可能增加导线的_________．(2)减小输电导线中的_____：为了减小输电_____，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电_____．电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压二、电网供电1．远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路如图所示．在发电站内用_____变压器_____，然后进行远距离输电，在用电区域通过_____变压器降压到所需的电压．升压升压降压2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成的全国性或地区性的输电网络．3．电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．(2)减少_____的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的_____．(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．断电质量【自我检测】判断正误(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成正比．()(2)由P＝U2r可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小．()(3)高压交流输电不存在感抗和容抗引起的损耗．()(4)家庭照明线路的电线线芯通常是铜或铝．()(5)采用高压输电的优点是可加快输电的速度．()√××√×探究思考减少输电线上的功率损失为什么要依靠高压输电？提示：(1)电阻R＝ρLS告诉我们，在输电距离L一定、选用电阻率ρ较小的铜或铝作导线后，必须增大导线的横截面积．但这样会耗费大量的金属材料，输电线太重给架设带来困难．(2)在线路和输送功率P不变时，ΔP＝PU2R线告诉我们提高输电电压可大大减少功率损失．输电线路上的电压和功率损失1．输电线路上的电压损失(1)电压损失：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失．(2)减少输电线路电压损失的两种方法．①减小输电线路电阻：由R＝ρLS可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻．②减小输电电流：由I＝PU可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．2．输电导线上的电功率损失(1)电功率损失①原因：任何输电导线都有电阻，因此当电流通过输电导线向远方输送时，输电线因有电阻而发热．②功率损失的计算：ΔP＝I2R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻．(2)减少功率损失的方法①减小输电线的电阻R，根据R＝ρLS，减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；增大导线的横截面积S，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＝PU，在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据P损＝PU2R知，输电线上的功率损耗将降为原来的1n2.命题视角1减小输电线上功率损失的途径(2018·高考江苏卷)采用220kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，输电电压应变为()A．55kVB．110kVC．440kVD．880kV[解析]设输送功率为P，则有P＝UI，其中U为输电电压，I为输电电流．为使输电线上损耗的功率减小为原来的四分之一，由P损＝I2R(R为输电线的电阻，恒定不变)可知应使I变为原来的二分之一，又输送功率不变，则输电电压应变为原来的2倍，即440kV，选项C正确．[答案]C命题视角2输电线上功率损失的计算现有一实用型高温超导电缆，利用超导电缆可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V．若用临界温度以下的超导体电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A．1kWB．10kWC．1.6kWD．1.6×103kW[解析]输电导线上的输电电流I＝PU＝40×103W800V＝50A，则输电线上损失的电功率P′＝I2R＝502×0.4W＝1000W，则若用超导材料可节约的电能为1kW，故A项正确．[答案]A(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU＝IR.(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率．(3)无论从减少输电线路上的功率损失，还是减少电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流．远距离高压输电电路中的各种关系1．对高压输电中几个电压的理解(1)输送电压：输电线起始端电压，如图中的U2.(2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4.(3)电压损失：输电线起始端电压与末端电压的差值(U线＝U2－U3＝I2R线)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失．2．远距离输电的基本关系(如图所示)(1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4.(2)电压关系：U1U2＝n1n2，U2＝U线＋U3，U3U4＝n3n4.(3)电流关系：I1I2＝n2n1，I2＝I线＝I3，I3I4＝n4n3.(4)输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U线R线.(5)输电导线上损耗的电功率：P损＝P2－P3＝I2线R线＝U2线R线＝U线I线．(6)输电导线上的电压损失：U线＝I线R线＝U2－U3.命题视角1远距离输电动态变化问题(多选)在如图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，下列说法正确的有()A．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[解析]发电厂的输出电压不变，由变压器原理知，升压变压器的输出电压不变，选项A错误．由P＝UI知，输送功率增大，线路中的电流增大，损失的电压增大，降压变压器原线圈的电压变小，其输出电压也变小，故选项B错误，C正确．输电线上损失的功率ΔP＝I2R＝P2U2R，所以ΔPP＝PU2R，故输电线上损失的功率占总功率的比例随输送功率的增大而增大，选项D正确．[答案]CD计算输电线路上的功率损耗，主要考虑因导线电阻的存在而发热造成的损失，故由P损＝I2R和U损＝IR可知P损＝I2R＝U2损R＝IU损，必须注意，U损是输电线路上的电压损失，不能和输电电压混淆．命题视角2远距离输电的电路分析与计算某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处用户供电．已知输电线的电阻率ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：(1)升压变压器的输出电压；(2)输电线路上的电压损失．[思路点拨]远距离输电问题，先画出示意图，抓住功率、电压、电流、电阻之间的关系，列出相应方程，然后求解．[解析](1)输电线的电阻r＝ρ2lS＝2.4×10－8×2×80×1031.5×10－4Ω＝25.6Ω输电电路图如图所示根据公式P损＝I2r及P损＝4%P出得，输送电流为I＝4%P出r＝4%×104×10325.6A＝125A升压变压器的输出电压U2＝P出I＝104×103125V＝8×104V.(2)电压损失U损＝Ir＝125×25.6V＝3200V.[答案](1)8×104V(2)3200V