高中物理第5章交变电流5电能的输送同步备课课件新人教选修13 2
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第五章 交变电流
5 电能的输送
学习目标 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关 . 2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理 . 3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电 路的规律解决实际问题 .
内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
1
知识探究
一、降低输电损耗的两个途径
导学探究
如图 1所示，假定发电厂输出的电压为 U，输
图4
(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
答案 6 250 V 16 A 解析 对升压变压器，据公式U1＝n1，有
S 导体横截面积可减小电阻 . ②提高输送电压：由 P ＝UI可知，当输送功率一定时， __升__高__电压可以减 小电流，即采用高压输电 .
即学即用
判断下列说法的正误.
(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成 正比.( √ )
(2)由P＝
U2 r
可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小.(
U3＋ΔU
.
(3)电流关系： n1I1＝
n2I2
，n3I3＝n4I4，I2＝
P2 U2
＝
P3 U3
＝
ΔU R
.
即学即用 判断下列说法的正误 . (1) 使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的 电压.( √ ) (2) 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 .( × ) (3) 电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率比电厂发出的交流电 的频率小得越多 .( × ) (4)远距离输电时，输送电压越高越好 .( × )
×
)
(3)由P＝I2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失.( √ )
(4)高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的.( √ )
二、远距离输电电路中的各种关系 导学探究 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 .
UU12＝nn12、II12＝nn21、P 1＝P 2；UU34＝nn34、II34＝nn43、P 3＝P 4.
知识梳理
远距离输电过程的几个基本关系：
(1)功率关系：
P
＝
1
P2
，P2＝
P 线＋P 3
，P3＝
P4 ，P线＝I2ΔU＝I2 2R.
(2)电压关系：UU12＝nn12，UU34＝
n3 n4 ，U2＝
ΔP P
＝1.52×5×10180W8 W＝14
(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？
答案
1 000 A
2×107 W
1 25
解析
将电压升高至 50 万伏时，I′
＝P U′
＝55××110085
W＝1 V
000
A
输电线上损失的功率 ΔP′ ＝I′ 2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W
n1 n2
，I1n1＝I2n2，P 1＝P 2.
(2)理想降压变压器联系回路 2和回路3
即
U3＝ U4
nn34，I3n3＝I4n4，P 3＝P 4
3.掌握一个定律
根据能量守恒定律得 P2＝ΔP＋P3.
例2 如图4所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电 能输送到用户 (升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器 )，若发电 机的输出功率是 100 kW，输出电压是 250 V，升压变压器的原、副线圈 的匝数比为1∶ 25，
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、 n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计 ). 答案
第一个回路： P1＝U1I1
第二个回路：
U2＝ΔU＋U3，P
2＝ΔP
＋P
3＝I
2 线
R＋P
3
第三个回路： P4＝U4I4
(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功源自文库 有什么关系？ 答案
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 ＝
P2 U2
r，所以降低功率损耗的两个途径为：
①减小输电线的电阻 r；
②减小输电电流 I，即提高输送电压 U.
知识梳理
减小输电线损耗的方法： (1)电压损失：输电线始端电压 U与末端电压 U′ 的差值ΔU＝ __U_－__U__′ _ ＝IR. (2)功率损失：电流的热效应引起功率损失 ΔP＝ __I2_R__. (3)减少电压、功率损失的方法： ①减小电阻：由 R＝ρ l 可知，距离 l一定时，使用电阻率 __小__的材料，_增__大__
2
题型探究
一、输电线上功率损失的计算
输电线路上的功率损失，主要是输电线电阻发热造成的损失 算公式： (1)ΔP ＝I2R其中 I为输电线路上的电流 . (2)ΔP ＝ΔU·I或ΔP ＝ΔRU2，其中 ΔU为输电线上的电压损失 .
. 常用计
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？ 答案 2 500 A
解析
由
P＝UI
得
I＝UP ＝52××110085
W＝2 V
500
A
(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？
答案
1.25×108 W
1 4
解析 输电线上损失的功率 ΔP＝I2·2r＝2 5002×2×10 W＝1.25×108 W
损失功率与输出功率之比为
送功率为 P ，输电线路中的电流是 I，两条导
线的总电阻是 r(在图中把导线电阻集中画为 r).
那么：
图1
(1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？ 答案
不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电 线上损失的电能之和 .
(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？降低功 率损耗有哪些途径？ 答案
损失功率与输出功率之比为 ΔP′ P
＝25××110087 WW＝215.
二、高压输电线路的分析与计算
解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两 个联系，掌握一个定律 . 1.画图、理清三个回路 (如图3所示)
图3
2.抓住两个联系
(1)理想升压变压器联系回路 1和回路2
即
U1＝ U2
5 电能的输送
学习目标 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关 . 2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理 . 3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电 路的规律解决实际问题 .
内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
1
知识探究
一、降低输电损耗的两个途径
导学探究
如图 1所示，假定发电厂输出的电压为 U，输
图4
(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
答案 6 250 V 16 A 解析 对升压变压器，据公式U1＝n1，有
S 导体横截面积可减小电阻 . ②提高输送电压：由 P ＝UI可知，当输送功率一定时， __升__高__电压可以减 小电流，即采用高压输电 .
即学即用
判断下列说法的正误.
(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成 正比.( √ )
(2)由P＝
U2 r
可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小.(
U3＋ΔU
.
(3)电流关系： n1I1＝
n2I2
，n3I3＝n4I4，I2＝
P2 U2
＝
P3 U3
＝
ΔU R
.
即学即用 判断下列说法的正误 . (1) 使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的 电压.( √ ) (2) 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 .( × ) (3) 电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率比电厂发出的交流电 的频率小得越多 .( × ) (4)远距离输电时，输送电压越高越好 .( × )
×
)
(3)由P＝I2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失.( √ )
(4)高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的.( √ )
二、远距离输电电路中的各种关系 导学探究 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 .
UU12＝nn12、II12＝nn21、P 1＝P 2；UU34＝nn34、II34＝nn43、P 3＝P 4.
知识梳理
远距离输电过程的几个基本关系：
(1)功率关系：
P
＝
1
P2
，P2＝
P 线＋P 3
，P3＝
P4 ，P线＝I2ΔU＝I2 2R.
(2)电压关系：UU12＝nn12，UU34＝
n3 n4 ，U2＝
ΔP P
＝1.52×5×10180W8 W＝14
(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？
答案
1 000 A
2×107 W
1 25
解析
将电压升高至 50 万伏时，I′
＝P U′
＝55××110085
W＝1 V
000
A
输电线上损失的功率 ΔP′ ＝I′ 2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W
n1 n2
，I1n1＝I2n2，P 1＝P 2.
(2)理想降压变压器联系回路 2和回路3
即
U3＝ U4
nn34，I3n3＝I4n4，P 3＝P 4
3.掌握一个定律
根据能量守恒定律得 P2＝ΔP＋P3.
例2 如图4所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电 能输送到用户 (升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器 )，若发电 机的输出功率是 100 kW，输出电压是 250 V，升压变压器的原、副线圈 的匝数比为1∶ 25，
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、 n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计 ). 答案
第一个回路： P1＝U1I1
第二个回路：
U2＝ΔU＋U3，P
2＝ΔP
＋P
3＝I
2 线
R＋P
3
第三个回路： P4＝U4I4
(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功源自文库 有什么关系？ 答案
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 ＝
P2 U2
r，所以降低功率损耗的两个途径为：
①减小输电线的电阻 r；
②减小输电电流 I，即提高输送电压 U.
知识梳理
减小输电线损耗的方法： (1)电压损失：输电线始端电压 U与末端电压 U′ 的差值ΔU＝ __U_－__U__′ _ ＝IR. (2)功率损失：电流的热效应引起功率损失 ΔP＝ __I2_R__. (3)减少电压、功率损失的方法： ①减小电阻：由 R＝ρ l 可知，距离 l一定时，使用电阻率 __小__的材料，_增__大__
2
题型探究
一、输电线上功率损失的计算
输电线路上的功率损失，主要是输电线电阻发热造成的损失 算公式： (1)ΔP ＝I2R其中 I为输电线路上的电流 . (2)ΔP ＝ΔU·I或ΔP ＝ΔRU2，其中 ΔU为输电线上的电压损失 .
. 常用计
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？ 答案 2 500 A
解析
由
P＝UI
得
I＝UP ＝52××110085
W＝2 V
500
A
(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？
答案
1.25×108 W
1 4
解析 输电线上损失的功率 ΔP＝I2·2r＝2 5002×2×10 W＝1.25×108 W
损失功率与输出功率之比为
送功率为 P ，输电线路中的电流是 I，两条导
线的总电阻是 r(在图中把导线电阻集中画为 r).
那么：
图1
(1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？ 答案
不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电 线上损失的电能之和 .
(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？降低功 率损耗有哪些途径？ 答案
损失功率与输出功率之比为 ΔP′ P
＝25××110087 WW＝215.
二、高压输电线路的分析与计算
解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两 个联系，掌握一个定律 . 1.画图、理清三个回路 (如图3所示)
图3
2.抓住两个联系
(1)理想升压变压器联系回路 1和回路2
即
U1＝ U2