2019-2020学年高中物理 第二章 交变电流 第7节 电能的输送课件 教科版选修3-2

第二章交变电流第7节电能的输送第二章交变电流1.理解为什么远距离输电要用高压．2.知道输电线上电压和电功率的损失和如何减少损失．(重点)3．知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算．(重点＋难点)一、电能输送中的电压损失和电能损耗1．电压损失：由于导线自身存在着电阻r，导致输送过程中存在着电压损失U损，U损＝______．2．电能损耗：由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉，即功率损耗，P损＝________．3．减小输电导线上的功率损耗的两种方法(1)减小输电导线上的______．(2)减小输电导线上的______．由P＝UI可知，当传输功率P一定时，升高电压可以减小______．IrI2r电阻电流电流“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？提示：不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P＝IU，且P一定的条件下得出的结论．二、远距离输电系统目前世界各国都采用______供电，远距离输电示意图如图所示．电网发电机发出的交变电流先送到______变电站，将电压升高到220kV以上，进行______送电；在用电区，先由第一级变电站将电压降到110kV，再送到第二级变电站，将电压降到10kV送到用电区．对普通生活用电，则要用降压变压器进一步降到380V或220V.三、直流输电高压直流输电系统主要由________、直流线路和________三部分构成．实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线.升压高压整流站逆变站输电线上的电压损失和功率损失1．输电线上的功率损失(1)原因：输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失．(2)计算式：①P线＝I2R线，②P线＝IU线，③P线＝U2线R线.2．输电线上的电压损失若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线．3．如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝P2U2R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的1n2.(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)无论从减小输电线路上的功率损失，还是减小电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流．命题视角1减小输电线上功率损失的途径某发电厂通过远距离向某学校输电，输送的电功率为P，从发电厂至学校的输电导线总电阻为r，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，则下列说法正确的是()A．输送的电压越高，输电线上的电流越大，输电线路上损失的电压越大B．输电线路上损失的电压与输送电流成正比C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成正比D．输电导线总电阻r两端的电压等于输送的电压[解析]根据输电线路上损失的功率P损＝I2r以及输电线上的电流与输出功率、电压的关系P＝UI可知，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，输送的电压越高，输电线上的电流越小，输电线路上损失的电压越小，且输电线路上损失的功率P损＝PU2r，跟输送电压的平方成反比，选项A、C均错误；根据欧姆定律可知，输电线路上损失的电压与输送电流成正比，选项B正确；输电导线总电阻r两端的电压不等于输送的电压，等于输电线上损失的电压，选项D错误．[答案]B命题视角2输电线上功率损失的计算如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsinωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()A．(n1n2)U2m4rB．(n2n1)U2m4rC．4(n1n2)2(PUm)2rD．4(n2n1)2(PUm)2r[解析]升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1＝Um2；由变压关系可得U1U2＝n1n2，则U2＝n2Um2n1；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2＝PU2＝2n1Pn2Um，则输电线上损失的电功率为ΔP＝I22(2r)＝4n21P2rn22U2m，故选项C正确．[答案]C准确理解输送的功率(电压)、损失的功率(电压)、用户得到的功率(电压)等概念的确切含义及它们之间的关系是正确处理此类问题的关键．1.假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，不考虑其他因素的影响．则()A．送电电流变为原来的2倍B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍C．输电线上降落的电压将变为原来的12D．输电线上损耗的电功率将变为原来的12解析：选C.根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变可知，送电电流I输＝P输U输∝1U输，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的12，选项A错误；输电线上降落的电压U降＝I输R线∝I输，所以，当送电电流变为原来的12时，输电线上降落的电压也变为原来的12，选项B错误，C正确；输电线上损耗的电功率P损＝I2输R线∝I2输，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的14，选项D错误．远距离输电的输送电路及基本关系1．三个回路：电源回路、输送回路、用户回路．(如图所示)2．基本关系式(1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3(2)电压、电流关系U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3U2＝U线＋U3，I2＝I3＝I线．(3)输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R线.3．输电导线上损耗的电功率P线＝I线U线＝I2线R线＝P2U22R线．(1)解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．(2)抓住输电的两头——电源和用电器；分析一条线——输电线；研究两次电压变换——升压变压器和降压变压器．(3)是选择变压比还是变流比，要通过分析输电始末端的已知量和待求量而定．有条河流，流量Q＝2m3/s，落差h＝5m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240V，输电线总电阻R＝30Ω，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“220V，100W”的电灯正常发光？(g取10m/s2)[解析]设ρ为水的密度电源端：P输出＝mght×50%＝Qρgh×0.5＝2×1×103×10×5×0.5W＝5×104W输出电压U0＝240V，输送电路如图所示．为满足输电要求，据ΔP损＝I2送R，有：I送＝ΔP损R＝P输出×6%R＝5×104×0.0630A＝10A则送电电压为U送＝P输送I送＝5×10410V＝5×103V所以升压变压器的变压比为n1∶n2＝U0∶U送＝240∶(5×103)＝6∶125输电线电压损失ΔU损＝I送R＝10×30V＝300V用户端：U1＝U送－ΔU损＝5×103V－300V＝4700V据题意可知U2＝220V，所以降压变压器的匝数比为n′1∶n′2＝U1∶U2＝4700∶220＝235∶11.因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为N＝P输－ΔP损P灯＝5×104－5×104×0.06100盏＝470盏．[答案]6∶125235∶11470盏远距离输电应注意的问题(1)明确输电原理，画出输电线路图．(2)理想变压器变电压、变电流、不变功率．(3)输电过程总能量守恒，即P输＝ΔP损＋P用户．2.如图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，流入用户端的电流为I2.则()A．用户端的电压为I1U1I2B．输电线上的电压降为UC．理想变压器的输入功率为I21rD．输电线路上损失的电功率为I1U解析：选A.根据理想变压器的工作原理，得I1U1＝I2U2，所以用户端的电压U2＝I1U1I2，选项A正确；输电线上的电压降U′＝I1r＝U－U1，选项B错误；变压器的输入功率P1＝I1U－I21r＝I1U1，选项C错误；输电线路上损失的功率P′＝I21r＝I1(U－U1)，选项D错误．