2019-2020学年高中物理 第2章 交变电流 第7节 远距离输电课件 粤教版选修3-2

第七节远距离输电1．理想变压器的原、副线圈中不相同的物理量有()A．交流电的频率B．磁通量及变化率C．输入、输出的功率D．交流电的峰值【答案】D课前·自主学习2．理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶15，当原线圈接6V的蓄电池两极后，副线圈的输出电压为()A．90VB．0.4VC．6VD．0【答案】D3．(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是()A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1【答案】BD【解析】穿过每匝线圈的磁通量相等，变化率也相等，A错，B对；原、副线圈每匝的电动势相等，总电动势之比等于它们的匝数之比，C错误；由于是理想变压器，故损耗忽略，输入功率等于输出功率，D对．一、远距离输电1．输电的基本要求：既能______、______又能减少______损失，降低输电系统成本．2．远距离输电过程：在发电站区域通过变压器______，然后进行远距离输电，在用电区域用变压器______．二、远距离输电的电能损失1．原因：导线有电阻，电流通过时，因发热而损失电能．输电线上的功率损失ΔP＝I2R.安全保质电能升压降压2．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的______：在输电线长度一定的情况下，选用__________、____________的导线，能减小电阻．(2)减小输电导线中的电流：在保证输送功率不变的前提下，提高输电______，才能减小输电电流．电阻电阻率小横截面积大电压远距离输电时，为什么输电电压越高，输电电流就越小？【答案】输电电压与输电电流满足P＝UI，保证向用户提供一定的电功率时，输电电压越高，输电电流就越小．三、直流输电1．优点：不存在______、______引起的电能损失，线路损耗小．2．输电过程：在发电站区域经变压器升压，由换流设备将______变为直流，用高压______进行远距离传输，在用户区域由换流设备再将直流变为______，经变压器降压送给用户．电感电容交流直流交流高压输电是现在最常见的远距离输电模式，高压输电有没有缺点？输送的电压是不是越高越好？【答案】高压输电虽然能够减小由于输电线电阻造成的能量损失，但是输电线路上的电容和电感仍然会使输送的能量损失．电压越高，能量损失越小，但是技术难度越大，并不是输送的电压越高越好.课堂·优化整合输电线上的电压损失和功率损失1．电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝IR.2．功率损失远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2R＝IΔU＝ΔU2R.3．减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线路电阻由R＝ρlS可知，间距一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻．(2)减小输电电流I由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．由于导线电阻的减小是有限的，所以用减小电阻的方法也是很有限的，因此通常都采用升高电压的方法进行远距离输电．【特别提醒】(1)分析电压损失时，注意U和ΔU的区别，U是输电电压，ΔU是输电线上损失的电压．(2)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，可将输电线看做纯电阻电路，ΔU＝IR、ΔP＝I2R＝ΔU2R＝ΔUI等公式都成立．在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么()A．输电线路上损失的电压与输送的电流成正比B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比例1解析：输电线路上损失电压ΔU＝IR，在R一定时，ΔU和I成正比．若U越高，I＝PU，I越小，那么ΔU越小．输电线路上损失的功率ΔP＝I2R，当P一定时，I＝PU.所以ΔP＝(PU)2R.即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故A、C正确．答案：AC►题后反思输电线路上的功率损失有多种表达形式，但是各种表达形式中要搞清哪一个物理量表示什么物理意义，否则很容易造成公式的混淆．1．(2018·龙海校级模拟)下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.n1n2U2m4rB.n2n1U2m4rC．4n1n22PUm2rD．4n2n12PUm2r【答案】C【解析】原线圈电压的有效值U1＝Um2，根据U1U2＝n1n2，可得U2＝n2n1·Um2，又因为是理想变压器，所以T的副线圈的电流功率等于输入功率P，所以输电线上的电流I＝PU2，导线上损耗的电功率为P′＝I2·2r＝4rn1n22PUm2，所以C正确，A、B、D错误．1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图．如下图所示．2．分析三个回路，在每个回路中变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．远距离输电电路分析3．综合运用下面三个方面的知识求解(1)能量守恒，P＝U1I1＝U2I2＝P用户＋ΔP，ΔP＝I22R，P用户＝U3I3＝U4I4；(2)电路知识，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R；(3)变压器知识，U1U2＝I2I1＝n1n2，U3U4＝I4I3＝n3n4.【特别提醒】(1)发电站的输送功率取决于用户消耗的功率，不是由发电站输出的功率决定用户和线路消耗的功率．(2)计算变压器的匝数比，可利用变压比计算，也可利用电流比计算，采用哪种方法，应通过分析已知条件确定．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“220V100W”的电灯正常发光？(g＝10m/s2)例2解析：水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，电源端：P输出＝Qρgh×50%＝5×104W，输出电压U1＝240V，线路损耗ΔP＝I22R，I2＝ΔPR＝P输出×6%R＝5×104×0.0630A＝10A，送电电压U2＝P输出I2＝5×10410V＝5×103V，升压变压比：n1∶n2＝U1∶U2＝6∶125，输电线损失电压ΔU＝I2R＝10×30V＝300V，U3＝U2－ΔU＝4700V，U4＝220V，降压变压比：n3∶n4＝U3∶U4＝235∶11，灯盏数N＝P输出－ΔPP灯＝5×104－5×104×0.06100＝470.答案：6∶125235∶11470►题后反思输电过程中要能够区别几个电压：①输电电压；②用户电压；③升压或降压变压器两端的输入和输出电压；④输电线路上损失的电压．几个功率：①发电机输出功率；②输电线路上损失的功率；③用户得到的功率．2．(2019·济南一模)如图所示为远距离输送交流电的示意图，变压器均为理想变压器．随着用户负载增多，发电机F达到额定功率时，降压变压器输出功率仍然不足，用户的用电器不能正常工作．那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是()A．适当增大输电线的电阻rB．适当提高n4n3C．适当提高n2n1的同时，降低n4n3D．适当降低n2n1的同时，提高n4n3【答案】C【解析】当发电机输出功率一定时，为使远距离用户得到更多的功率，需减小输电线上的功率损失，根据输电线上的功率损失ΔP＝I2r，可以减小输电线的电阻r，故A错误；输电线上的电流为I＝PU，也可以通过提高输电电压，减小输送电流，即提高n2n1，这样使线圈n3两端电压变大，为使用户的用电器正常工作，需要适当降低n4n3.故A、B、D错误，C正确．