3.4 电能的输送 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共34张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.4 电能的输送 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共34张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-02-04 08:18:25 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
第三章 交变电流
电能的输送
2
应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算。
1
理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关。
重难点
3
了解交变电流从发电站到用户的输电过程。
难点
重点
降低输电损耗的两个途径
为了合理的利用能源，发电站要建在靠近能源的地方。而用电的地方却很多， 有的地方离发电站很远，这就需要输送电能。
阳江核电站
三峡水电站
如图所示，假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r。在图中，导线的电阻集中画为一个电阻r。
(1)怎样计算输电线路损失的功率？
P损＝I2r
(2)在输电电流一定的情况下，如果输电线路的电阻减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？在输电线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？
(3)通过第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？
由第(2)问可知，减小电流对降低输电线路的损耗更有效。
(4)怎样计算用户消耗的功率P？
在保证用户的电功率不变的前提下，怎样才能减小输电电流？
P＝UI
1.输送电能的基本要求
供电线路
(1)可靠：指保证 可靠地工作，故障少。
(2)保质：保证电能的质量—— 和 稳定。
(3)经济：指输电线路建造和运行的费用 ，电能损耗 。
电压
频率
低
少
2.输电线路的电压损失
U
ΔU
3.输电线路的功率损失
(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。
U
ΔU
4.减小电压、功率损失的方法
减小r
减小I
P损=I2r
(1)减小输电线的电阻 ：
①减小材料的电阻率ρ
用铜或铝
②可适当增大导线横截面积S
有一定限度
用于远距离输电的钢芯铝绞线
(2)提高输电电压U，减小输电电流I
(1)输电线上损失的电功率，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比。( )
(2)由P＝ 可知，输电电压越小，输电线上损失的电功率就越小。
( )
√
×
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)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为10 Ω，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？
(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？某处与电站间每根输电线的电阻仍为10 Ω，输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？
2.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则
√
√
输电线路功率损失的四种计算方法
(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)。
(2)除了利用P损＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：
①P损＝I线2R线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻。
归纳总结
②P损＝ΔP＝ ，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻。
③P损＝ΔU·I线，ΔU 为输电线路上损失的电压，I线为线路上的电流。
在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用P损＝I2R线，其原因是I线
可以由公式 P输出＝I线U输出求出，
而P损＝ΔU·I线 和 P损＝ 则不常用，其原因是在一般情况下，ΔU 不易求出，且易将ΔU 和U输出相混而造成错误。
电网供电及远距离高压输电过程
的分析与计算
远距离输电过程示意图
10千伏
几百千伏
100千伏左右
10千伏左右
220伏/380伏
某发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，通过原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为0.2 Ω，在用户端再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器。
(1)画出全过程的线路示意图。
(2)升压变压器副线圈两端的输出电压
U2＝______＝______ V。
由理想变压器的功率关系：________
升压变压器副线圈的输出电流I2＝____＝____ A。
输电线上的功率损耗P损＝_______＝___ W。
电压损失U损＝_____＝___ V。
2 200
P入＝P出
20
I22R线
80
I2R线
4
所以降压变压器原线圈的输入电压和输入电流分别为
U3＝________＝______ V
I3＝___＝____ A。
U2－U损
2 196
I2
20
降压变压器副线圈的输出电压和输出电流分别为
U4＝_____＝______ V
I4＝______＝______ A。
用户得到的功率为P4＝_____＝___________ W。
219.6
200
U4I4
4.392×104
1.远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器升压，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、 ，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 。
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 。
(2)减小断电的风险，调剂不同地区 的平衡。
(3)合理调度电力，使 的供应更加可靠，质量更高。
升压
降压
变电站
网络
经济效益
电力供需
电力
4.解决远距离高压输电问题的基本方法
(1)首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。
U1I1
(2)理清三个回路：
回路1：P1＝ ，
回路2：U2＝ ，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝ 。
ΔU＋U3
U4I4
(3)常用关系
①功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4。
④输电电流：I线＝____＝____＝____。
⑤输电线上损耗的电功率：
⑥输电线上的电压损失：
ΔU＝ ＝ 。
⑦输电效率η＝___×100%。
I线R线
U2－U3
(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。
( )
√
×
[观察与思考]中，若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率。
若直接给用户供电，线路示意图如图所示
输电线路上的电压损失
ΔU′＝I′R线＝200×0.2 V＝40 V
所以用户得到的电压
U2′＝U1－ΔU′＝220 V－40 V＝180 V
用户得到的功率为
P′＝U2′I′＝180×200 W＝3.6×104 W。
3.(多选)(2023·湖北黄冈市高二期末)某小型水电站交流发电机的输出电压为400 V，先经升压变压器将电压升高，经总阻值为R＝2 Ω的输电线向远端用户输电，用户端用降压变压器将电压降到220 V供用户使用。若用户的用电功率为19.8 kW，输电线R上损耗的功率为0.2 kW，已知变压器均为理想变压器，其他电阻不计。下列说法正确的是
A.通过输电线的电流I2＝10 A
B.降压变压器的输入电压U3＝2 000 V
C.升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶5
D.降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4＝10∶1
√
√
4.(2023·山东菏泽市高二期末)风力发电机的工作原理可以简化为如图所示的模型：风轮通过齿轮箱带动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，并通过变压器和远距离输电线路给用户供电。若发电机的矩形线圈处于磁感应强度大小为B＝ 的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5 m2、匝数N＝200匝、电阻不计。线圈绕垂直于磁场的水平轴匀速转动，其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连，提供电压U1＝250 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻R＝20 Ω，两变压器均为理想变压器。若用这个供电设备给某学校供电，该校需要工作电压220 V、电功率11 kW。求：
(1)线圈绕轴的转速n；
答案 (1) 25 r/s
(2)输电线上损失的电压ΔU；
(3)升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2；
(4)发电机的输出功率P1。
答案 (2) 200 V (3) 5∶26 (4) 13 kW
5.(2023·浙江省普高强基联盟月考)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，输出端通过理想升压变压器和降压变压器给远处用户供电。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4，若线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是
A.图示状态，U1＝NBSω
B.若仅把线圈的角速度ω增大一倍，输
电线上损耗的功率也会增大一倍
C.若保持发电机输出功率一定，仅将滑
片P上移，用户得到的功率会减小
D.若仅增加用户数，为维持用户电压U4一定，可将滑片Q下移
√
远距离输电问题分析要点
1.分析远距离输电的思路
对远距离输电问题应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从用电器到发电机一步一步地进行分析。
2.远距离输电问题的四个关键
(1)画出一个模型——远距离输电模型
(2)抓住输电的两端——发电机和用电器
(3)分析一条线——输电线
(4)研究两次电压变换——升压和降压
3.注意各物理量的对应，防止张冠李戴而出错。
电能的输送
降低输电损耗的两个途径
减小输电线电阻
减小输电电流
远距离输电原理图
常用关系
远距离高压输电电路中的各种关系
电压损耗
输电电流关系
功率关系
电功率损耗
电压、电流关系
第三章 交变电流
电能的输送
2
应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算。
1
理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关。
重难点
3
了解交变电流从发电站到用户的输电过程。
难点
重点
降低输电损耗的两个途径
为了合理的利用能源，发电站要建在靠近能源的地方。而用电的地方却很多， 有的地方离发电站很远，这就需要输送电能。
阳江核电站
三峡水电站
如图所示，假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r。在图中，导线的电阻集中画为一个电阻r。
(1)怎样计算输电线路损失的功率？
P损＝I2r
(2)在输电电流一定的情况下，如果输电线路的电阻减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？在输电线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？
(3)通过第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？
由第(2)问可知，减小电流对降低输电线路的损耗更有效。
(4)怎样计算用户消耗的功率P？
在保证用户的电功率不变的前提下，怎样才能减小输电电流？
P＝UI
1.输送电能的基本要求
供电线路
(1)可靠：指保证 可靠地工作，故障少。
(2)保质：保证电能的质量—— 和 稳定。
(3)经济：指输电线路建造和运行的费用 ，电能损耗 。
电压
频率
低
少
2.输电线路的电压损失
U
ΔU
3.输电线路的功率损失
(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。
U
ΔU
4.减小电压、功率损失的方法
减小r
减小I
P损=I2r
(1)减小输电线的电阻 ：
①减小材料的电阻率ρ
用铜或铝
②可适当增大导线横截面积S
有一定限度
用于远距离输电的钢芯铝绞线
(2)提高输电电压U，减小输电电流I
(1)输电线上损失的电功率，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比。( )
(2)由P＝ 可知，输电电压越小，输电线上损失的电功率就越小。
( )
√
×
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)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为10 Ω，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？
(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？某处与电站间每根输电线的电阻仍为10 Ω，输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？
2.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则
√
√
输电线路功率损失的四种计算方法
(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)。
(2)除了利用P损＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：
①P损＝I线2R线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻。
归纳总结
②P损＝ΔP＝ ，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻。
③P损＝ΔU·I线，ΔU 为输电线路上损失的电压，I线为线路上的电流。
在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用P损＝I2R线，其原因是I线
可以由公式 P输出＝I线U输出求出，
而P损＝ΔU·I线 和 P损＝ 则不常用，其原因是在一般情况下，ΔU 不易求出，且易将ΔU 和U输出相混而造成错误。
电网供电及远距离高压输电过程
的分析与计算
远距离输电过程示意图
10千伏
几百千伏
100千伏左右
10千伏左右
220伏/380伏
某发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，通过原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为0.2 Ω，在用户端再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器。
(1)画出全过程的线路示意图。
(2)升压变压器副线圈两端的输出电压
U2＝______＝______ V。
由理想变压器的功率关系：________
升压变压器副线圈的输出电流I2＝____＝____ A。
输电线上的功率损耗P损＝_______＝___ W。
电压损失U损＝_____＝___ V。
2 200
P入＝P出
20
I22R线
80
I2R线
4
所以降压变压器原线圈的输入电压和输入电流分别为
U3＝________＝______ V
I3＝___＝____ A。
U2－U损
2 196
I2
20
降压变压器副线圈的输出电压和输出电流分别为
U4＝_____＝______ V
I4＝______＝______ A。
用户得到的功率为P4＝_____＝___________ W。
219.6
200
U4I4
4.392×104
1.远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器升压，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、 ，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 。
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 。
(2)减小断电的风险，调剂不同地区 的平衡。
(3)合理调度电力，使 的供应更加可靠，质量更高。
升压
降压
变电站
网络
经济效益
电力供需
电力
4.解决远距离高压输电问题的基本方法
(1)首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。
U1I1
(2)理清三个回路：
回路1：P1＝ ，
回路2：U2＝ ，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝ 。
ΔU＋U3
U4I4
(3)常用关系
①功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4。
④输电电流：I线＝____＝____＝____。
⑤输电线上损耗的电功率：
⑥输电线上的电压损失：
ΔU＝ ＝ 。
⑦输电效率η＝___×100%。
I线R线
U2－U3
(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。
( )
√
×
[观察与思考]中，若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率。
若直接给用户供电，线路示意图如图所示
输电线路上的电压损失
ΔU′＝I′R线＝200×0.2 V＝40 V
所以用户得到的电压
U2′＝U1－ΔU′＝220 V－40 V＝180 V
用户得到的功率为
P′＝U2′I′＝180×200 W＝3.6×104 W。
3.(多选)(2023·湖北黄冈市高二期末)某小型水电站交流发电机的输出电压为400 V，先经升压变压器将电压升高，经总阻值为R＝2 Ω的输电线向远端用户输电，用户端用降压变压器将电压降到220 V供用户使用。若用户的用电功率为19.8 kW，输电线R上损耗的功率为0.2 kW，已知变压器均为理想变压器，其他电阻不计。下列说法正确的是
A.通过输电线的电流I2＝10 A
B.降压变压器的输入电压U3＝2 000 V
C.升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶5
D.降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4＝10∶1
√
√
4.(2023·山东菏泽市高二期末)风力发电机的工作原理可以简化为如图所示的模型：风轮通过齿轮箱带动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，并通过变压器和远距离输电线路给用户供电。若发电机的矩形线圈处于磁感应强度大小为B＝ 的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5 m2、匝数N＝200匝、电阻不计。线圈绕垂直于磁场的水平轴匀速转动，其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连，提供电压U1＝250 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻R＝20 Ω，两变压器均为理想变压器。若用这个供电设备给某学校供电，该校需要工作电压220 V、电功率11 kW。求：
(1)线圈绕轴的转速n；
答案 (1) 25 r/s
(2)输电线上损失的电压ΔU；
(3)升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2；
(4)发电机的输出功率P1。
答案 (2) 200 V (3) 5∶26 (4) 13 kW
5.(2023·浙江省普高强基联盟月考)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，输出端通过理想升压变压器和降压变压器给远处用户供电。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4，若线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是
A.图示状态，U1＝NBSω
B.若仅把线圈的角速度ω增大一倍，输
电线上损耗的功率也会增大一倍
C.若保持发电机输出功率一定，仅将滑
片P上移，用户得到的功率会减小
D.若仅增加用户数，为维持用户电压U4一定，可将滑片Q下移
√
远距离输电问题分析要点
1.分析远距离输电的思路
对远距离输电问题应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从用电器到发电机一步一步地进行分析。
2.远距离输电问题的四个关键
(1)画出一个模型——远距离输电模型
(2)抓住输电的两端——发电机和用电器
(3)分析一条线——输电线
(4)研究两次电压变换——升压和降压
3.注意各物理量的对应，防止张冠李戴而出错。
电能的输送
降低输电损耗的两个途径
减小输电线电阻
减小输电电流
远距离输电原理图
常用关系
远距离高压输电电路中的各种关系
电压损耗
输电电流关系
功率关系
电功率损耗
电压、电流关系