教科版选修3-2高中物理 第2章 第7节 电能的输送课件(共34张PPT)

(共34张PPT)
第二章
交变电流
目标定位
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.
学案7　电能的输送
知识探究
自我检测
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，在图中把导线电阻集中画为r，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么：
一、电能输送中的电压损失和电能损耗
知识探究
问题设计
图1
(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？
答案　在输电线上有功率损失.
(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？
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.
功率损耗表达式：P损＝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)为什么远距离输电必须用高压呢？
答案　因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI知，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耗(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.U损＝U－U′＝Ir.
2.功率损耗
(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损耗，损耗的功率P损＝I2r.
(2)若输电线上损失的电压为U损，则功率损耗还可以表示为P损＝
，P损＝ .
U损·I
3.减小电压损失和功率损耗的方法
(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， 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， 电压可以减小电流.
增大
升高
二、远距离输电电路中的各种关系
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.
问题设计
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
第三个回路：P4＝U4I4
(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？
答案　若两个变压器为理想变压器，
要点提炼
远距离输电问题的分析
1.远距离输电基本原理
在发电站内用 升压，然后进行远距离输电，在用电区通过 降到所需的电压.
2.解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，参考图2，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.
3.分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的负载，而相应的副线圈是下一个回路的电源.
升压变压器
降压变压器
P损
U损
典例精析
一、输电线上功率损耗的计算
例1　超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90 K的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电.现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V.如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为(　　)
A.1 kW B.1.6×103 kW C.1.6 kW D.10 kW
答案　A
例2　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
(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？它占输出功率的比例是多少？
(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？它占输出功率的比例是多少？
例3　某小型水电站的电能输送示意图如图3所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则(　　)
二、远距离输电问题
图3
答案　AD
例4　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；
解析　示意图如图所示
(2)求用户得到的电压和功率；
输电线路上的电压损失和功率损耗分别为
UR＝I2R＝20×0.2 V＝4 V
降压变压器上的输入电流和输入电压分别为I3＝I2＝20 A
U3＝U2－UR＝2 200 V－4 V＝2 196 V
降压变压器上的输出电压和输出电流分别为
用户得到的功率为
P4＝I4U4＝200×219.6 W＝4.392×104 W
答案　219.6 V　4.392×104 W
(3)若不经过变压而直接将电输送到用户，求用户得到的电压和功率.
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′＝200×180 W＝3.6×104 W
解析　若不采用高压输电，用220 V低压
直接供电时，电路如图所示.
答案　180 V　3.6×104 W
课堂要点小结
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自我检测
1.(输电线上功率损失的计算)中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为(　　)
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答案　A
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2.(输电线上电压损失问题)照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的.可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些.这是因为用电高峰时(　　)
A.总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低
B.总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小
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C.总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大
D.供电线路上电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小
解析　照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器越多，总电阻越小，供电线路上的电流越大，供电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，故选C.
答案　C
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3.(远距离输电问题)某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压为250 V，现准备向远处输电.所用输电线的总电阻为
8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%.用户获得220 V电压，求应选用匝数比分别为多大的升压变压器和降压变压器？
解析　依题意作出输电示意图如图所示，升压变压器原线圈的电流为
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答案　1∶16　190∶11