高二物理下学期 第3周 远距离输电导学案

高二物理下学期第3周远距离输电导学案

一、从发电站到用户的输电线路远距离输电过程：发电机输

出的电压通过变压器升高到几万伏，然后进行远距离输电、当电

能被输送到用电区域后，再用变压器将电压降低、

二、为什么要用高压输电减小电能损失的方法有两种：(1)减小导线的电阻、(2)减小输电导线中的电流，即提高输电的电压、

三、直流输电：现代的直流输电，只有输电这个环节使用高

压直流，发电、用电及升、降电压仍然是交变电流、

一、降低输电损耗的两个途径[问题设计]如图1所示，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U、那么：图

1(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个

途径是什么？(3)为什么远距离输电必须用高压呢？答案(1)在

输电线上有功率损失、(2)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了、这是输电线上功率

损失的主要原因、功率损失表达式：ΔP＝I2r，所以降低输电损

耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I、(3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得，要减小输电电

流I，必须提高输出电压U、[要点提炼]输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R，电流为I)

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(1)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、(2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔUI、

3、减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R＝ρ可知，距离l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、[延伸思考] 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？答案用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压ΔU＝IR较大，用户得到的电压U－ΔU变低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗、

二、远距离输电电路中的各种关系[问题设计]某发电站向远处送电的示意图如图2所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路、升压变压器

降压变压器图2(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n

1、n

2、n

3、n4线圈的电阻均忽略不计)、(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案(1)第一个回路：P1＝U1I1第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR＋P3第三个回路：P4＝

U4I4(2)若两个变压器为理想变压器，则有：＝、＝、P1＝P2；＝、＝、P3＝P

4、[要点提炼]远距离输电问题的分析

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(参考图2)、

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、

3、综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒：P＝U1I1＝U2I2＝P用户＋ΔPΔP＝IRP用户＝

U3I3＝U4I

4、(2)电路知识：U2＝ΔU＋U3ΔU＝I2R(3)变压器知识：＝＝＝＝、其中ΔP＝IR，ΔU＝I2R往往是解题的切入点、

一、输电线上功率损失的计算例1 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦、(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？解析(1)由P＝UI得I＝＝＝2500 A(2)输电线上损失的功率ΔP＝I22r＝25002210 W＝

1、25108 W损失功率与输出功率之比为＝＝(3)将电压升高至50万伏时，I′＝＝＝1 000 A输电线上损失的功率ΔP′＝

I′22r＝1 0002210 W＝2107 W损失功率与输出功率之比为＝＝答案(1)2500 A (2)

1、25108 W (3)1 000 A 2107 W

二、远距离输电问题例2 发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的电阻为0、2 Ω，如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，则：(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接将电送到用户，求用户得到的电压和功率、解析(1)示意图如图所示(2)升压变压器的输出电压U2＝U1＝220 V＝2200 V 根据升压变压器输出功率等于输入功率知，升压变压器输出电流为I2＝＝ A＝20 A输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR＝I2R＝200、2 V＝4 VPR＝IR＝20

20、2 W＝80 W降压变压器上的输入电流和输入电压分别为

I3＝I2＝20 AU3＝U2－UR＝2200 V－4 V＝2196 V降压变压器上的输出电压和输出电流分别为U4＝U3＝2196 V＝2

19、6 VI4＝I3＝1020 A＝200 A用户得到的功率为P4＝I4U4＝2002

19、6 W＝

4、392104 W(3)若不采用高压输电，用220 V低压直接供电时，电路如图所示，则输电电流I＝＝ A＝200 A，输电线路上的电压损失UR′＝IR＝2000、2 V＝40 V所以用户得到的电压为

U4′＝U1－UR′＝220 V－40 V＝180 V用户得到的功率为P4′＝IU4′＝200180 W＝