高中物理第五章交变电流55电能的输送课件选修32

A．功率损失是原来的n1 B．功率损失是原来的n12 C．电压损失是原来的n1 D．电压损失是原来的 n 倍
1.远距离输送一定功率的交流电，输电线 上的电压损失 ΔU＝UP·r。
2．远距离输送一定功率的交流电，输电线上功率损失 ΔP＝UP 2·r。
[解析] 设输电电压为 U，所输送的功率为 P，输电线 路总电阻为 r，则输电电流 I＝UP，线路的功率损失 ΔP＝I2r ＝PU22r，可知 ΔP∝U12，当输电电压 U 升高为原来的 n 倍时， 功率损失变为原来的n12，A 错误，B 正确；线路上的电压损 失 ΔU＝Ir＝PUr，可知 ΔU∝U1 ，当输电电压升高为原来的 n 倍时，电压损失变为原来的n1，C 正确，D 错误。
电阻为 R。当副线圈与原线圈的匝数比为 k 时，线路损耗的

电功率为 P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到 nk，线
路损耗的电功率为 P2，则 P1 和PP21分别为(
)
A.PkUR，n1
B.kPU2R，n1
C.PkUR，n12 D.kPU2R，n12
解析 原线圈的电流为 I1＝UP，由于 P、U 不变，故 I1 不变，由II12＝nn21＝k 得 P1＝I22R＝kPU2R；由I2I′1 ＝nn21′ ′＝nk 得 P2＝I2′2R＝nkPU2R，则PP21＝n12，故选项 D 正确。
[变式训练1] (多选)在远距离输电时，输送的电功率为
P，输电电压为 U，所用导线的电阻率为 ρ，横截面积为 S，
总长度为 l，输电线损失的功率为 ΔP，用户得到的功率为
P′，则下列关系式正确的是( )
A．ΔP＝Uρ2lS
B．ΔP＝PU22ρSl
C．P′＝P－Uρ2lS
D．P′＝P1－UPρ2Sl
例 2 如图所示，学校有一台应急备用发电机，内阻为 r＝1 Ω，升压变压器匝数比为 n1∶n2＝1∶4，降压变压器的 匝数比为 n3∶n4＝4∶1，输电线总电阻为 R 线＝4 Ω，全校 有 22 间教室，每间教室安装“220 V 40 W”的电灯 6 盏， 要求所有的电灯都正常发光，求：
(1)输电线上损耗的电功率 P 损多大？ (2)发电机的电动势 E 多大？
二、降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失
P＝___□1__I_2_r__，I 为输电电流，r 为输电线的电阻。
2．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的__□2__电__阻___：在输电距离一定的情况 下，为了减小电阻，应当选用_□3__电__阻__率__小的金属材料，还 要尽可能增加导线的__□4__横__截__面__积__。
②减小输电电流 I，根据 I＝UP判断：减小输送功率 P， 在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的； 提高输电电压 U，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＝UP2r 知， 输电线上的功率损耗将降为原来的n12。
(1)输电电压是指加在高压输电线起始 端的电压 U，损失电压是指输电线上的电压 ΔU＝Ir。
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)减小断电的风险，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。
判一判 (1)一般发电机组输出电压在 10 kV 左右，符合远距离 输电的要求。(× ) 提示：一般发电机组输出电压在 10 kV 左右，不符合远 距离输电的要求，一般要升压到几百千伏后再向远距离输 电。
高压远距离输电过程中，各部分的电压关 系为UU12＝nn21，UU34＝nn34，U2＝U3＋ΔU，高压远距离输电过程 中，各部分的功率关系为 P1＝P2，P3＝P4，P2－ΔP＝P3。
[答案] (1)144 W (2)250 V
[解析] (1)所有电灯正常发光时消耗的功率为 P 灯＝40×22×6 W＝5280 W＝P4， 由于灯正常发光时，降压变压器副线圈两端电压 U4＝220 V，所以降压变压器原线圈两端电压 U3＝nn34U4＝14×220 V＝880 V。 两变压器之间输电线上的电流为 I 线＝UP33＝UP43＝5828800 A＝6 A， 输电线上损失的功率 P 损＝I2线R 线＝62×4 W＝144 W。
(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。
例 1 (多选)远距离输送一定功率的交流电，若输电电 压升高为原来的 n 倍，关于输电线上的电压损失和功率损 失正确的是(不考虑电抗产生的损失)( )
解题技能⊳输电问题中找准对应物理量的技巧 在远距离输电的题目中，涉及的物理量多，而且还比较 相近，因此容易混淆，所以找准公式中物理量的对应关系是 做对题目的前提，此时应注意以下三点： (1)高压输电的电路划分为三个独立的回路。 (2)不同回路之间通过功率以及变压器的电流和电压相 联系。 (3)只有在某一个确定的回路中才可以应用闭合电路欧 姆定律或串、并联电路规律，从而确保公式中物理量的对应 性。
三、电网供电 1．远距离输电基本原理 在发电站内用_□1__升__压__变__压__器__升压，然后进行远距离输 电，在用电区域通过_□_2_降__压___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__□_3_输__电__网__络____。
02 课堂合作探究
考点 远距离输电损耗的产生及减损方法
1．输电线上的电压损失 (1)电压损失 ΔU 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。
(2)造成电压损失的因素 ①输电线电阻造成电压损失。 ②输电线的感抗和容抗造成电压损失。 注：高中阶段在计算时只考虑输电线电阻所造成的电压 损失。 (3)减小输电线路上电压损失的方法 ①减小输电线电阻 r 用增大输电导线的横截面积来减小电阻，对低压照明电 路有效，对高压输电线路效果不佳。 ②减小输电电流 I
01课前自主学习
一、输送电能的基本要求 1．可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障。 2．保质：保证电能的质量——_□_1_电__压___和__□2__频__率__稳 定。
3．经济：输电线路建造和运行的费用低，电能_□_3_损___耗__
少。
想一想 电能的应用具有哪些优点？
提示：(1)使用方便；(2)便于转化且转化率高；(3) 便于输送、快捷。
4．远距离输电的基本关系
(1)功率关系 P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3。―→能量守恒 (2)电压、电流关系 UU12＝nn21＝II21，UU34＝nn34＝II43。―→理想变压器 U2＝U 线＋U3，I2＝I3＝I 线。 (3)输电电流：I 线＝UP22＝UP33＝U2－r U3。 (4)输电导线上损耗的电功率： ΔP＝I 线 U 线＝I线2 r＝UP222r。
(2)现在世界各国普遍采用一个电厂与一批用户“一对 一”的供电方式。(× )
提示：提示：现在世界各国不采用一个电厂与一批用 户“一对一”的供电方式，而是通过电网向用户供电。
(3)采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得 最大的经济效益。(√ )
提示：采用电网送电使电能更容易输送，故采用电网 送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。
(2)输电线上损失的电压 U 损＝I 线 R 线＝6×4 V＝24 V， 升压变压器副线圈两端电压 U2＝U3＋U 损＝(880＋24) V＝904 V， 升压变压器原线圈两端电压 U1＝nn12U2＝41×904 V＝226 V， 升压变压器原线圈中的电流
I1＝nn12I 线＝41×6 A＝24 A， 发电机内阻上的电压：Ur＝I1r＝24 V， 发电机的电动势 E＝U1＋Ur＝226 V＋24 V＝250 V。
②功率损失的计算： a．P 损＝I2r，I 为输电线路上的电流，r 为线路电阻； b．P 损＝ΔUr 2，ΔU 为输电线路上损失的电压，r 为线路 电阻； c．P 损＝ΔUI，ΔU 为输电线路上损失的电压，I 为线路 上的电流； d．P 损＝UP2ρLS，P 为输送电功率，U 为输电电压，ρ 为电阻率，L 为输电线的总长度，S 为横截面积。
[例] 某发电站用 11 kV 交变电压输电，输电线的电阻 为 R，现若用变压器将电压升高到 220 kV 送电，输送功率 不变，下面说法正确的是( )
A．因 I＝UR，所以输电线上的电流增为原来的 20 倍 B．因 I＝UP，所以输电线上的电流减为原来的210 C．因 P＝UR2，所以输电线上损失的功率为原来的 400 倍
远距离输电线路定量计算的方法 (1)要弄清输电导线的电阻是功率损失和电压损失的原 因所在。 (2)在高压输电中，一般是通过电流来计算相关的电压、 功率或热量等。 (3)结合欧姆定律、焦耳定律和变压器的相关知识来解 出正确答案。
[变式训练2] 通过一理想变压器，经同一线路输送相
同的电功率 P，原线圈的电压 U 保持不变，输电线路的总
2．输电过程 电路被划分为三个独立的回路，每个回路均可以应用闭 合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电 流、功率关系是联系不同回路的桥梁。 3．对高压输电中几个电压的理解 (1)输送电压：输电线始端电压，如上图中的 U2。 (2)用户电压：最终用户得到的电压，如上图中的 U4。
(3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(ΔU＝ U2－U3＝I2R)，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。
解析 输电线电阻为 R 线＝ρSl ，输电电流为 I＝UP，故 输电线上损失的电功率为 ΔP＝I2R 线＝UP2ρSl ＝PU22ρSl，用户得 到的电功率为 P′＝P－ΔP＝P1－UPρ2Sl 。B、D 正确。
考点 高压输电线路的分析与计算
1．输电线路的构成 由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电 器构成即“三个回路两个变压器”，如图所示。由于发电机 本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电 站内需用升压变压器升压后再由输电线输出，到用电区再用 降压变压器降到用户所需的电压。
(2)减小输电线中的__□5__电__流___：为减小输电电流，同时 又要保证向用户提供一定的电功率，就要__□_6_提__高___输电电 压。
想一想
如图为一高压危险标志，随着电压的增加用电危险性也 会跟着增加，为什么要采用高压输电？
提示：输电功率 P＝UI，在输送功率一定的情况下，提 高输电电压，可减小输电电流，从而减少输电线上的电能损 失。
在输送电功率不变的前提下，提高输电电压是有效的措 施。高压输电既能减小功率损失，又能减小电压损失，但在 实际输送电能时，还需综合考虑各种因素，依照不同的情况， 选择合适的输电电压。
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。
第五章 交变电流 第5节 电能的输送
1．了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关。 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。 3．了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设 计。
1．输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。 2．根据 P 损＝I2r 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。
(2)减少功率损失的方法。 根据公式 P 损＝I2r 可知，减少输电线路上功率损失的方 法主要有两种：
①减小输电线的电阻 r，根据 R＝ρLS判断：减小输电线 长度 L，由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小 L 来减小 r；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。