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

第五章交变电流5电能的输送[学习目标]1.了解交变电流从发电站到用户的输电过程．2.知道远距离输电时决定电能损失的因素，了解高压输电的原因．(重点)3.知道远距离输电线路的基本构成，能够对简单的远距离输电线路进行计算．(难点)自主预习探新知一、降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求(1)可靠：指保证可靠地工作，少有故障．(2)保质：保证电能的质量——电压和稳定．(3)经济：指输电线路建造和运行的费用，电能损耗．供电线路少低频率2．降低输电损耗的两个途径要减少输电线路上的功率损失，由公式P损＝I2R线知，必须减小输电线或减小输电．(1)要减小电阻，从R＝ρlS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用较小的导体．(2)从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高．前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法．电阻输电电压电阻率横截面积电流3．高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电．目前我国远距离送电采用的电压有110kV,220kV,330kV，输电干线已采用500kV，西北电网甚至达到750kV.(2)高压输电并不是越高越好．电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多．(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压．二、电网供电1．远距离输电基本原理在发电站内用变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过变压器降到所需的电压．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，形成全国性或地区性的输电网络．升压降压3．电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量．(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少．()(2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小．()(3)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电．()√×√(4)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压．()(5)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等．()√×2．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化．近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有()A．提高输送功率B．减小输电导线的长度C．提高输电的电压D．减小输电导线的横截面积C[为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故C项正确；提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误．]3．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ΔP，若输送的电功率增加为4P，而输电线中损失的电功率减为ΔP4，(输电线电阻不变)那么输电电压应增为()A．32UB．16UC．8UD．4UC[根据题意知：ΔP＝PU2·r，14ΔP＝4PU′2·r得U′＝8U.]合作探究攻重难输电线上电压和功率损失的计算1．输电线上的电功率损失(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．电压损失与输电电压的关系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1n2.4．注意：交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响．【例1】中国已投产运行的1000kV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．输电电流变为原来的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12C[根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变，可知，输电电流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，当输电电流变为原来的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．]【例2】某变电站用220V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？[解析]设输送功率为P，输电电压U1＝220V时，损失功率ΔP1＝20%P又因为ΔP1＝I21R线，I1＝PU1解得ΔP1＝P2U21R线现要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝P2U22R线因此可得ΔP1ΔP2＝20%5%＝U22U21所以U2＝2U1＝440V.[答案]440V上例中，若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的多少倍？提示：ΔP＝I2R线则ΔP1ΔP2＝20%5%＝R线1R线2＝41输电线的电阻应变为原来的14.计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端的电压)U和输电线上的损失电压ΔU.(1)P损＝ΔUI＝ΔU2R线，ΔU是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压．(2)P损＝PU2R线，U是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压．1．远距离输电，输电功率一定，当输电电压为U0时，输电线上的电流为I0，损失的电功率为P0.则当输电电压提高为2U0时()A．由I＝UR得，输电线上的电流变为2I0B．由I＝PU得，输电线上的电流变为I02C．由P＝U2R得，输电线上损失的电功率为4P0D．由P＝IU得，输电线上损失的电功率为2P0B[设输电线的电阻为R，当输电线上的电流为I0时，损失的电功率为P0＝I20R.当输电电压提高为2U0时，由I＝PU可知输电线上的电流变为I02，输电线上损失的电功率为P损＝I022R＝P04，故选项B正确．远距离输电1.远距离输电的几个基本关系式(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＝U2－U3R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－U3.2．两个联系(1)线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，P1＝P2.(2)线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：U3U4＝n3n4，I3n3＝I4n4，P3＝P4.【例3】发电机的输出电压为220V，输出功率为44kW，每条输电线的电阻为0.2Ω，求：(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？[解析](1)输电线上的电流IR＝PU＝44000220A＝200A损失的电压UR＝IRR＝2×0.2×200V＝80V损失的功率PR＝URIR＝80×200W＝16kW故用户得到的电压U用户＝U－UR＝140V用户得到的功率为P用户＝P－PR＝28kW.(2)已知升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶10输入电压U1＝220V因此，升压变压器的输出电压U2＝n2n1U1＝2200V输电线上的电流IR′＝PU2＝440002200A＝20A损失的电压UR′＝IR′R＝2×0.2×20V＝8V损失的功率PR′＝UR′IR′＝8×20W＝160W因此，降压变压器的输入电压U3＝U2－UR′＝2192V已知降压变压器的匝数比n3∶n4＝10∶1所以用户得到的电压U4＝n4n3U3＝219.2V用户得到的功率P用户′＝P－PR′＝43.84kW.[答案](1)140V28kW(2)219.2V43.84kW处理远距离输电的方法技巧(1)画好一张图——远距离输电示意图(2)抓住电两端——发电站和用户(3)分析一条线——输电线(4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压(5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)2．输送4.0×106W的电能，若发电机输出电压为2000V，选用变压器升压后应用横截面积为4.25cm2的铜导线，把电能送到400km远处，线路损耗的功率为5.0×105W．若已知铜的电阻率ρ＝1.7×10－8Ω·m，求：(1)应选用匝数比为多少的升压变压器；(2)在用户方使用降压变压器，其原线圈两端的电压为多大．[解析](1)由P＝I2R得I＝PR，式中P为线路损耗功率，R为线路总电阻，两条导线总电阻R＝ρL′S＝ρ2LS，则R＝1.7×10－8×4×105×24.25×10－4Ω＝32Ω所以I＝PR＝125A因为P输入＝P输出，所以在升压变压器副线圈两端的电压为U2＝P2I＝3.2×104V故n1n2＝U1U2＝116.(2)设U′2为降压变压器原线圈两端的电压，则U′2＝U2－IR＝2.8×104V.[答案](1)1∶16(2)2.8×104V课堂小结1.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济．2．根据P损＝I2R线可知，减小输电线上的功率损失有两个途径：一是减小输电线的电阻，二是减小输电电流．3．在输送功率一定时，提高输送电压，可以减小输电电流.知识脉络当堂达标固双基1．关于电能输送的以下分析，正确的是()A．由公式P＝U2R知，输电电压越高，输电线上功率损失越少B．由公式P＝U2R知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少C．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比C[输电线上损失的功率P损＝I2R线＝U2损R线，U损指输电线上的分压，而不是输电电压，选项C正确．]2．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.已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是()A.ρlIUB．I2ρC.2ρlIUD.2UlIρC[因为导线的总长度为2l，所以电压降U＝IR＝Iρ2lS，解得S＝2ρlIU，故选项C正确．]3．(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为200V，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220V的用电器正常工作，则()A.n2n1＞n3n4B.n2n1＜n3n4C．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AD[由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率．P出－P损＝P入，故D正确；U2U1＝n2n1，U3U4＝n3n4，因为U1＝200V＜U4＝220V，U2＞U3＝U2－U线，故n2n1＞n3n4，选项B