高中物理 5.5 电能的输送配套课件 新人教版选修32

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迁移与应用 2
关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是(
A.由功率
)
U2
P= ,应降低输电电压,增大导线电阻
R
B.由 P=IU,应降低输电电压,减小输电电流
C.由 P=I2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
答案:C
P
U
解析:因为输电线上的功率损耗 ΔP=I2R=( )2·R,其中 P 为输电功
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课堂合作探究
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问题导学
一、输电线上的电压损失和功率损失
活动与探究 1
输电电路图
1.假定输电线路中的电流是 I,两条导线的总电阻是 r,在图中导线电
阻集中画为 r,输送功率为 P。发电厂输出的电压为 U1,则输电线上损失
的电压为 Ir;用户得到的电压为 U1-Ir。怎样才能减小导线上损失的电压
分析时抓两头(电源和用户),一条线(输电线),两次变压(升压和降压)。
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当堂检测
1.某山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压,它发出的电先通
过电站附近的变压器升压,然后通过高压输电线路把电能输送到远处
村寨附近的降压变压器,经降低电压后再输送至村寨中各用户。设变压
器都是理想的,那么随着村寨中接入电路的用电器消耗的总功率的增
定,所以在实际中不可能通过减小 L 来减小 R。②减小电阻率 ρ:目前,
一般用电阻率较小的铜或铝作为输电线材料。③增大导线的横截面积
S:这要多耗费金属材料,增大成本,同时给输电线的架设带来很大的困
难。
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2.减小输电导线的电流 I:据
P
I= 判断,①减小输送功率:在实际中不
U
能通过用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。②提高输电电压 U:
上的电流增加,高压输电线路上的电压损失变大,A、C 对;根据
U1∶
U2=n1∶
n2 知升压变压器次级线圈两端的电压不变,因输电线上电压降
增大,所以降压变压器初级线圈两端的电压减小,则降压变压器次级线
圈两端的电压变小,B 错,D 对。
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2.关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是(
中的电流,故选项 C、D 正确。
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5.某发电站通过燃烧煤来发电。发电站通过升压器、输电线和降压器
把电能输送给生产和照明组成的用户,发电机输出功率是 120 kW,输出
电压是 240 V,升压器原、副线圈的匝数之比为 1∶
25,输电线的总电阻为
10 Ω,用户需要的电压为 220 V。则:
线上有电压损失 ΔU=IR,电流通过导线发热损失功率 ΔP=I2R。
(2)减少损耗的途径
①减小输电线电阻。
②减小输电线上的电流。
预习交流
为什么要采用高压输电?
答案: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功率损失。
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3.电网供电
(1)远距离输电基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行
远距离输电,在用电区域通过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输电网络。
(3)电网输电的优点
①降低一次能源的运输成本,获得最大的经济效益。
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。
=
290
。
11
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(1)输电线上损失的电功率为多少?
(2)降压器原、副线圈的匝数比为多少?
答案:(1)4 000 W (2)
290
11
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解析:(1)根据理想变压器的变压规律
U1
U2
n1
得输电电压
n2
n2
25
U2= U1= ×240 V=6 000 V
n1
1
P
120×103
输电电流 I2= =
A=20
在输送电功率 P 一定、输电线电阻一定的条件下,输电电压提高到原来
1
n
P
nU
的 n 倍,据 P 损=( )2R 可知,输电线上的功率损耗将降为原来的 2 。
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二、电能的远距离传输过程分析
活动与探究 2
如图主要有:发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用
电器。为使用电高峰期家中的白炽灯不至于太暗,应采取怎样的措施?
A。
n4
,得输电线上的电流
n3
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n4
1
IR=I2=I3=I4 =24× A=6 A。
n3
4
U
n
n
4
由 3 = 3 ,得原线圈电压 U3=U4 3 =220× V=880
U4
n4
n4
1
V,
输电线上的电压损失为 UR=IRR=6×4 V=24 V,
因此升压变压器的输出电压为
U2=UR+U3=(24+880) V=904 V。
加,则(
)
A.通过升压变压器初级线圈中的电流变大
B.升压变压器次级线圈两端的电压变小
C.高压输电线路上的电压损失变大
D.降压变压器次级线圈两端的电压变小
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答案:ACD
解析:接入电路的用电器消耗的总功率增加,电路传输的功率就要增加,
因此通过升压变压器初级线圈中的电流变大,则其次级线圈即输电线
的分析方法。
预习导引
1.输送电能的基本要求
输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。
(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——电压和频率稳定。
(3)经济:输电线路建设和运行费用低,电能损耗少。
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2.降低输电损耗的途径
(1)损耗原因:由于输电导线有电阻(R),输电线中有电流 I,所以输电
A.由功率 P=U2/R,应降低输电电压,增大导线电阻
B.由 P=IU,应该用低电压、小电流输电
C.由 P=I2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
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)
答案:C
解析:若根据 P=U2/R 和 P=IU 两公式计算输电线上的功率损失,U 都表
示输电线上的损失电压,应降低输电线上损失的电压而不是输电电压,A
U2
C.U2 2 ∶ U1 2
)
D.U2∶
U1
答案:C
2
P2 R
解析:由 P=UI,P 损=I R 可得 P 损=
2
U
,所以输电线上损失的功率与输送电
压的平方成反比,C 项正确。
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4.发电厂发电机的输出电压是 U1,发电厂至学校的输电导线总电阻为 R,
导线中的电流为 I,学校得到的电压为 U2,则关于输电线上损失的功率,
的是(
)
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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
答案:ABD
l
S
解析:根据输电原理,电路中的功率损耗 ΔP=I2R 线而 R 线=ρ ,增大输
U2
6000
=
A
输电线上损失的功率 ΔP=I2 2 r=202×10 W=4000 W。
(2)输电线上损失的电压
ΔU=I2r=20×10 V=200 V
降压变压器原线圈两端的电压
U3=U2-ΔU=6 000 V-200 V=5800 V
根据理想变压器的变压规律得:
n3
n4
=
U3
U4
=
5800
220
迁移与应用 3
某校备用交流发电机的内阻为 r=1 Ω,升压变压器匝数比为 1∶
4,降
压变压器的匝数比为 4∶
1,输电线的总电阻为 R=4 Ω,全校 22 个教室,每个
教室用“220 V
40 W”的灯 12 盏。要求在应急情况下,每个教室只开 6
盏灯,各灯都正常发光,则:
(1)发电机的输出功率为多大?
U1
n
= 1 ,输入电压为
U2
n2
n1
1
U1=U2 =904× V=226 V,
n2
4
I
n
n
4
由 1 = 2得,输入电流为 I1=I2 2 =6× A=24
I2
n1
n1
1
对升压变压器
A,
所以发电机输出功率为 P 出=U1I1=226×24 W=5424 W。
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(2)由闭合电路欧姆定律,发电机的电动势
要达到用户电压始终不变的理想状态,可采取什么措施?
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答案:可以适当增大降压变压器的输出电压,还可以增大输电线的
横截面积,以减少输电线路上的电压损失。要达到彻底解决这个问题
的理想状态,可以将输电线全部更换为超导电线,这样灯泡两端的电压
将不随输电线上电流的变化而变化了。
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(2)电路被划分为几个独立的回路,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,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。
①第一个回路:P1=U1I1
②第二个回路:
a.电流关系:I2=I 线=I3
b.电压关系:U2=ΔU+U3
5
电能的输送
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课前预习导学
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目标导航
学习目标
重点难点
1.能说出交变电流从变电站到用户的输电
过程。
2.会分析远距离输电时降低损耗的措施。
3.记住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。
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重点:输电线路的
分析与计算。
难点:远距离输电回路
率,U 为输电电压,I 为输电电流,R 为导线电阻,要减小远距离输电线上的
功率损耗,需减小导线电阻或减小输电电流,C 项对;或者提高输电电压
以减小输电电流,A、B 错。
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减小功率损失的方法:根据公式 P 损=I2R 可知,减小输电线路上功率
损失的方法有两种:
L
S
1.减小电阻:据 R=ρ 判断,①减小输电线的长度 L:由于输电距离一
错;只有提高输电电压才能减小损失的电压,B 错;由 P=I2R,减小导线电
阻或减小输电电流能够减小输电线上的功率损失,C 对。
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3.输电导线的电阻为 R,输送电功率为 P。现分别用 U1 和 U2 两种电压来
输电,则两次输电线上损失的功率之比为(
B.U1 2 ∶ U2 2
A.U1∶
呢?
答案:减小输电线电阻,提高输电电压。
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2.为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗?
答案:用电高峰期高压输电线和变压器到家庭的输电线中电流较
大,有较大的电压损失,因此加在白炽灯上的电压变低,达不到额定功率,
因此白炽灯灯光较暗。
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迁移与应用 1
如图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
c.功率关系:P2=ΔP+P3
P3=U3I3
P2=U2I2
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③第三个回路:P4=U4I4
④第一个回路与第二个回路之间
U1
U2
=
n1
n2
P1=P2
I1
I2
=
n2
n1
⑤第二个回路与第三个回路之间
U3
U4
=
n3
n4
P3=P4
I3
I4
=n4n3源自(3)分析方法通常有两种:顺向(即从发电→用户)分析和逆向分析,
E=U1+I1r=(226+24×1) V=250 V。
(3)输电线上损耗的电功率
PR=IR 2 R=(6)2×4 W=144 W。
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远距离输电回路的分析方法
(1)解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,如图所示,并
将已知量和待求量写在电路图的相应位置。
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电线的横截面积,输电线的电阻会减小,则能减小输电线上的功率损
失,A 对;由 P=UI 可知,P 一定的情况下,输送电压 U 越大,I 越小,ΔP 越小,B
对;若输电电压一定,输送功率越大,则电流 I 越大,ΔP 越大,C 错;输电电压
并不一定越高越好,因为电压越高,对于安全和技术的要求越高,D 对。
(2)发电机的电动势为多大?
(3)输电线上损耗的电功率为多大?
第十七页，共31页。
答案:(1)5 424 W (2)250 V (3)144 W
解析:(1)输电线路如图。
应急情况下全校总功率为 P=40×6×22 W=5280 W,
P4
U4
总电流为 I4=
I3
对降压变压器
I4
=
=
5280
=24
220
下列表达式错误的是(
U1 2
A.
R
C.I2R
)
2
(U -U )
B. 1 2
R
D.I(U1-U2)
答案:A
解析:用
U2
P= 求电阻上损失的功率时,U 要与电阻
R
R 相对应,选项 A 中的
U1 是输出电压不是输电线上的电压,故选项 A 错误。
选项 B 中的(U1-U2)
是输电线上的电压,因此,选项 B 正确。选项 C、D 中的电流 I 是输电线