2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 5 第五节 高压输电课件 新人教版选修1-1

第五节高压输电第三章电磁感应第三章电磁感应1.了解为什么要用高压输电．(重点)2.知道减少远距离输送电能损失的主要途径．(重点＋难点)3．了解电网在能源利用上的作用，认识科学技术对人类生活的深远影响．一、如何减少电能损失由于输电线路存在电阻，就会有电能的损耗．要减少电能输送时的损失，有两个途径：1．减小输电线的______；2．减小输送的______．电阻电流二、降低导线电阻在导线长度一定的情况下，要使导线的电阻小些，应该尽量采用导电性能好的材料做导线，还应该使导线____一些．但如果导线太粗，不仅消耗大量的金属材料而且给架线工作增加困难．粗1．为什么许多高压输电线是多股绞线拧成的，中心是钢线，周围是铝线？提示：钢线强度大，使输电线不易拉断，铝线导电性能好，而且密度小，使输电线不致太重，减小了架设困难．三、降低输电电流在输送一定功率的电能时，要减小输送的电流，就必须提高送电的______．电压2．提高输送电压，就可以减小输电线上的电流，这是否与欧姆定律矛盾？提示：不矛盾．输送电压并不是输电线上的电压，根据功率公式：P＝UI，可知在输送功率一定的条件下，提高输送电压会减小输电线上的电流，根据欧姆定律输电线上的电压损失也会减小，所以不矛盾．四、电网供电将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是______，使用电网送电，优点有：1．可以降低运输一次能源的成本，获得最大的经济效益．2．电网可以保证发电和供电系统的安全与可靠，调整不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．电网输电线上的功率损失和电压损失1．输电线路功率损失的计算输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率．两者关系是ΔP＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)．除了利用ΔP＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：(1)ΔP＝I2R＝PU2R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻，P为输送功率，U为输送电压．(2)ΔP＝ΔU2R，ΔU为输电线路上损失的电压，R为线路电阻．(3)ΔP＝ΔUI，ΔU为输电线路上损失的电压，I为线路上的电流．2．输电线路电压损失的计算输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′，如图所示．输电线上电阻两端电压ΔU＝I线·R线，这样用户得到电压U′＝U－ΔU，即ΔU＝U－U′是导线中电压损失．(1)输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比，输出电压提高n倍，导线上电能的损失就减为原来的1n2.(2)因输电问题涉及的物理量较多，应特别注意各物理量的对应性．(多选)如图所示为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是()A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好[关键提醒]找出输电线上的不变量，并注意输电电压、损失电压的区别和功率、电压之间的联系是解决本题的关键．[解析]导线的横截面积越大，导线的电阻越小，电能损失就越小，A对；在输送功率一定的前提下，提高输送电压U，由I＝PU知，能减小电流I，从而减小发热损耗，B对；若输送电压一定，由I＝PU知，输送的电功率P越大，I越大，发热损耗就越多，C错；高压输电时要综合考虑材料成本、技术、经济性等各种因素，不是电压越高越好，D对．[答案]ABD计算输电线路中功率损失时应注意的问题(1)线路功率损失一般用公式ΔP＝I2R计算，若用ΔP＝U2R，则必须注意对应关系，即U为输电线上的电压损失，即ΔP＝U2损R.(2)注意电压关系：U输＝U损＋U用．能量守恒在远距离输电中的综合应用风能将成为21世纪大规模开发的一种再生清洁能源，风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图所示．(1)利用总电阻R＝10Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能，输送功率P0＝300kW，输电电压U＝10kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值．(2)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积，设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm，在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施．(3)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比．某风力发电机在风速v1＝9m/s时能够输出电功率P1＝540kW，我国某地区风速不低于v2＝6m/s(每年约为5000小时)，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时．[解题流程][解析](1)导线上损失的功率为P＝I2R＝P0U2R＝300×10310×1032×10W＝9kW损失的功率与输送功率的比值PP0＝9×103300×103＝3100.(2)风垂直吹向风轮机时，提供的风能功率最大，单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr2风能的最大功率可表示为Pm＝12(ρvS)v2＝12ρvπr2v2＝12πρr2v3，提高风轮机单位时间接受的风能，可以采取的合理措施：如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风．(3)由于风力发电机的输出电功率P∝Pm，而Pm＝12πρr2v3，故P∝v3则风力发电机的输出功率为P2＝v2v13P1＝693×540kW＝160kW最小年发电量约为W＝P2t＝160×5000kW·h＝8×105kW·h.[答案](1)3100(2)12πρr2v3增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风(3)8×105kW·h计算输电线路上损失的功率和用户得到的功率，要弄清下列两组概念的区别和联系．(1)输电电压U、线路损失电压ΔU和用户得到的电压U′.(2)输送功率P、线路损失功率ΔP和用户得到的功率P′.