课件73张PPT。教学教法分析课前自主导学当堂双基达标 课后知能检测教学方案设计课堂互动探究 5 电能的输送
●课标要求
1．了解从变电站到用户的输电过程．
2．知道远距离输电时应用高电压的道理．
●课标解读
1．了解从变电站到用户的输电过程．知道远距离输电时应用高电压的道理．2．引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定的成就感．
●教学地位
本节知识是高中物理的重点知识，在历年高考中常被考查到，考查的难度一般为中等，题型一般为选择题，学习时要注意对规律的理解和应用．●新课导入建议
首届“2011中国智能电网产业发展高峰论坛”于2011年11月10日在上海拉开序幕．我国智能电网建设再度升温，“十二五”规划纲要中明确指出依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，到2020年形成“五纵六横”特高压输电骨干网架，全面建成智能电网．为什么要采用交流高压输电呢？在高压输电时要考虑哪些因素？通过本节课的学习，我们就能解决这个问题．●教学流程设计1．基本知识
(1)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——_______和_________稳定．
③经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．电压频率(2)降低输电损耗的两个途径
①输电线上的功率损失ΔP＝______，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I2r电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压2.思考判断
(1)输电线上的电压损失可用ΔU＝Ir计算，r为输电线的电阻．( )
(2)输电电压越高越好．( )√×× 3．探究交流
要减少输电损失，既可以增加导线的横截面积，又可以采用高压输电以减小输电线的电流，为什么远距离输电都要采用高压输电呢？1.基本知识
(1)远距离输电基本原理
在发电站内用_______变压器_______，然后进行远距离输电，在用电区域通过_______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．升压升压降压(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减少_______的风险，调剂不同地区__________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．断电电力供需2．思考判断
(1)为减小远距离输电的损失可采取增大输送电流．( )
(2)在远距离输电线上的功率损失与输电线上电压损失的平方成正比．( )
(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. ( )×√√3．探究交流
为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？
【提示】 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，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．【问题导思】
1．输电线上为什么存在电压损失和功率损失？
2．怎样计算输电上的电压损失和功率损失？
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
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
(1)ΔP＝I2R；
(2)ΔP＝IΔU；I为输电电流，R为输电线的电阻，ΔU为输电线上损失的电压．(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．(多选)(2014·兰州铁一中高二检测)在远距离输电时，输送的电功率为P，输送电压为U，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则P′和P用的关系式正确的是( )【审题指导】 (1)“损失功率”是指输电线上消耗的功率．
(2)输电导线的电阻是功率损失的原因所在． 【答案】 BD1．(2014·太原高二检测)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、乙两地原采用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( )【答案】 A【问题导思】
1．远距离输电电路图是什么？
2．远距离输电时，升压变压器、降压变压器上电流、电压、功率满足什么关系？1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图5-5-1所示．图5-5-12．远距离高压输电的几个基本关系：(2014·济宁高二检测)水力发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一．某小河水流量为40 m3/s，现欲在此河段安装一台发电功率为1 000千瓦的发电机发电．
(1)设发电机输出电压为500 V，在输送途中允许的电阻为5 Ω，允许损耗总功率的5%，则所用升压变压器原、副线圈匝数比应是多少？(2)若所用发电机总效率为50%，要使发电机能发挥它的最佳效能，则拦河坝至少要建多高？(g取10 m/s2)【答案】 (1)1∶20 (2)5 m1．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．2．(2014·自城高二检测)如图5-5-2所示，某水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的电压为250 V，通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220 V．若输电线上损失的功率为5 kW，不计变压器的损耗，求：(1)输电导线上输送的电流；
(2)升压变压器的输出电压U2；
(3)降压变压器的匝数比． 有条河流，流量Q＝2 m3/s，落差h＝5 m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻r＝30 Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V 100 W”的电灯正常发光？(g＝10 m/s2，ρ水＝1.0×103 kg/m3)【审题指导】 【规范解答】 输电电路图如图所示输电线损失电压
ΔU＝I2r＝10×30 V＝300 V，
U3＝U2－ΔU＝4 700 V，U4＝220 V
降压变压比：
n3∶n4＝U3∶U4＝235∶11，【答案】 6∶125 235∶11 470盏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，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
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．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，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)．【备课资源】
1．如图教5-5-1所示为远距离输电线路的示意图，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( )A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大
D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压，D错误．
【答案】 C2．某变电站用11 kV的交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R.现若用变压器将电压升高到220 kV送电，下面选项正确的是 ( )【答案】 B3．(多选)如图教5-5-2所示，电路中输电线较长，所以导线的电阻不能忽略不计，若保持电源的电压不变，将开关S1、S2、S3逐个接通，则( )A．电源的输出功率增加
B．每只灯消耗的电功率增大
C．输电导线中消耗的电功率增大
D．输送的电功率增大再根据P＝I2R线可知输电导线中消耗的电功率增大，C正确；输送的电功率P＝UI因电流I增大而增大，D对．
【答案】 ACDC．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大
D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比【答案】 C5．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，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器．
(1)画出上述输电全过程的原理图．
(2)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，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流．(3)若输电导线中的电功率损失4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压．
(4)计算降压变压器的输出功率． 【解析】 (1)如图所示．(4)降压变压器的输出功率P4＝P1－4%P1＝96 kW.
【答案】 (1)图略 (2)6 250 V 16 A
(3)15.6 Ω 6 000 V (4)96 kW1．(2014·九江一中高二检测)在电能的输送过程中，若输送的电功率一定，则关于输电线上损耗的电功率的以下说法中不正确的是( )
A．与输送电压的平方成反比
B．与输电线上的电压降的平方成正比
C．与输送电压成反比
D．与输电线中的电流的平方成正比【答案】 C2．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，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，C正确．
【答案】 C3．用电压U和KU分别输送相同电功率，且在输电线上损失的功率相同，导线长度和材料也相同，此两种情况下导线的横截面积之比为( )
A．K∶1 B．1∶K
C．K2∶1 D．1∶K2 【答案】 C4．水电站向小山村输电，输送电功率为50 kW，若以1 100 V送电，则线路损失为10 kW，若以3 300 V送电，则线路损失可降为 ( )
A．3.3 kW B．1.1 kW
C．30 kW D．11 kW 【答案】 B5．(2013·开封高二检测)一座小型发电站的输出功率是20 kW，输电线路总电阻是5 Ω.
(1)若输电电压是400 V，输电线路损耗的功率是多少？
(2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，用户得到的电压是多少？【答案】 (1)12.5 kW (2)226.4 V课后知能检测
点击图标进入… 1．(多选)(2014·德阳高二检测)远距离输送交变电流都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV高很多的电压进行输电，采用高压输电的优点是( )
A．可节省输电线的铜材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减小输电线上的能量损失
D．可加快输电的速度
【解析】 远距离输电往往输送的电功率一定，根据P＝UI知，输送电压U越高，则输送电流I＝越小，据P损＝I2r知，在输电线损耗一定的情况下，输电线电阻可略大，导线可做得细一些或选择电阻率略大的材料(非铜材料)；若输电线确定，即r确定，则可减小输电线上的能量损耗，故选项A、C正确．交变电流的频率是一定的，不需调节，输电的速度就是电磁波的传播速度，故选项B、D错误．
【答案】 AC
2．(多选)(2014·淮北一中高二检测)远距离输送一定功率的交变电流，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失的说法中，正确的是( )
A．输电线上的电功率损失是原来的1/n
B．输电线上的电功率损失是原来的1/n2
C．输电线上的电压损失是原来的1/n
D．输电线上的电压损失是原来的n倍
【解析】 由P＝UI知，当输送的功率P一定，电压升高为原来的n倍时，输电电流I′＝P/U′＝P/(nU)＝I；又P线＝I2R线，所以输电线上的功率损失P＝R线＝P损，即B正确．输电线上的电压损失U＝I′R线＝IR线＝U损，C正确，选B、C.
【答案】 BC
3．1987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．现在有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率是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，则节约的电功率为( )
A．1.6 kW B．1.6×103 kW
C．1 kW D．10 kW
【解析】 节约的电功率即原来输电线上电阻消耗的热功率，ΔP＝I2R＝()2R＝()2×0.4 W＝1×103 W＝1 kW.
【答案】 C
4．(2014·成都高二检测)输送功率为P，输送电压为U，输电线电阻为R，用户得到的电压为U1，则错误的是( )
A．输电线损失的功率为R
B．输电线损失的功率为
C．用户得到的功率为
D．用户得到的功率为
【解析】 由题意可知，输电电流为I＝，输电线上损失的电压为U－U1，所以输电线上损失的功率P损＝I2R＝R＝＝，故A、B选项正确；用户得到的功率P户＝IU1＝，D正确；R不是用户的电阻值，所以P户≠，选项C错．
【答案】 C
5．(多选)(2014·昆明三中高二检测)某小型水电站的电能输送示意图如图5-5-3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( )
图5-5-3
A.>
B.<
C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
【解析】 根据变压器工作原理可知＝，＝，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有U2>U3，所以>，A正确，B、C错误；升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线上损失功率，D正确．
【答案】 AD
6．某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是( )
A．输电线上输送的电流大小为2.0×105 A
B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW
D．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻
【解析】 输电线上输送的电流为I输＝＝＝6 000 A，A选项错误；输电线上由电阻造成的损失电压U损＝I输R线＝6 000 A×2.5 Ω＝1.5×104 V，B选项正确；若输电电压为5 kV，则输电线上损失的功率不可能大于输出总功率3×106 kW，C选项错误；ΔP＝中，U应当为输电线上损失的电压，D选项错误．
【答案】 B
7．(2012·天津高考)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和分别为( )
A.， B．()2R，
C.， D．()2R，
【解析】 设副线圈与原线圈匝数比为k时，副线圈输出电压为U1，输出电流为I1，电路损耗功率为P1，设副线圈与原线圈匝数比为nk时，副线圈输出电压为U2，输出电流为I2，电路损耗功率为P2，根据理想变压器原副线圈电压与匝数成正比可得＝k…①；＝nk…②；且P＝U1I1＝U2I2…③；线路损耗功率分别为P1＝IR…④；P2＝IR…⑤.由①④联立解得P1＝()2R，据此排除选项A、C；由①②③④⑤联立解得＝，所以选项B错误，选项D正确．
【答案】 D
8．(2014·贵阳一中高二检测)在确定的两地间用铝导线输送一定功率的交流电，现将输电电压提高1倍，并保持输电线上损失的功率不变，则用铝量可比增压前减少( )
A．25% B．50%
C．60% D．75%
【解析】 设输送交流电的功率为P，输电电压为U，提高电压后为U′，所用铝导线总长度为l，总电阻为R，增压后电阻为R′
则由I＝P/U，P损＝I2R可得P损＝①
同理P损′＝②
而P损＝P损′，U′＝2U，由①②得R′＝4R
由电阻定律R＝ρl/S，R′＝ρl/S′得S′＝S，所以V′＝，m′＝
所以用铝量仅为原来的，即25%，因此用铝量减少了75%.
【答案】 D
9．水电站给远处山村送电的输出功率是100 kW，用2 000 V电压输电，线路上损失的功率是2.5×104 W，如果改用20 000 V高压输电，线路上损失的功率是多少？
【解析】 设水电站的输送功率为P，前后两次的输电电压分别为U1和U2，前后两次线路上的热功率损失分别为P1和P2，输电线的总电阻为R线．
由P损＝I2·R线，I＝可得，
P损＝·R线．
所以＝，P2＝()2×2.5×104 W＝250 W.
【答案】 250 W
10．对某一输电线路，线路架设情况已确定，现要求输送一定的电功率P，若输电线上损失的功率占输送功率P的百分比用η表示，输电线路总电阻用r表示，输电电压用U表示，则η、P、U、r间满足什么关系？从中你能得出什么结论？
【解析】 ΔP＝ηP＝I2r①
P＝UI②
联立①②可得：ηP＝()2r，即ηU2＝Pr，
当P、r确定时，有ηU2＝定值，所以要减小η，必须提高输电电压U.
【答案】 见解析
11．远距离输电时，输送电压为6 000 V，功率为500 kW，这时，安装在输电线路起点和终点的电能表一昼夜里读数相差4 800 kW·h，则输电效率为多少？输电导线的电阻为多少？
【解析】 由能的转化与守恒定律可知：
η＝＝(1－)×100%＝60%
因为P损＝P×40%，P损＝·r
所以r＝Ω＝28.8 Ω.
【答案】 60% 28.8 Ω
12．如图5-5-4所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损耗，使用2 kV高压输电，最后用户得到“220 V 9.5 kW”的电能，求：
图5-5-4
(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比；
(2)输电线路导线电阻R；
(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比.
【解析】 (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比
＝＝＝.
(2)由P损＝IR，输送电流取决于输出电压及输送功率，有I2＝
所以R＝＝＝Ω＝20 Ω.
(3)设降压变压器原线圈上电压为U3，
U3＝U2－I2R＝(2 000－5×20) V＝1 900 V
所以降压变压器原、副线圈匝数比为：
＝＝＝.
【答案】 (1) (2)20 Ω (3)
