3.4电能的输送 课件（共40张PPT） 高中物理选择性必修二（人教版2019）第三章 交变电流
文档属性
| 名称 | 3.4电能的输送 课件（共40张PPT） 高中物理选择性必修二（人教版2019）第三章 交变电流 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-07-25 09:56:14 | ||
图片预览
文档简介
6
第三章 交变电流
电能的输送
学习目标
2
知道远距离输电时输电线上的功率损失与哪些因素有关，理解高压输电的原理.
1
了解远距离输电的基本要求及电网供电的优点，并能设计基本的供电框架图.
重难点
3
知道降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况.
难点
电能的输送
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
1.用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，这是电能输送的一个优点.
2.输送电能的基本要求：可靠、保质、经济.
可靠：是指保证供电线路可靠地工作，故障少.
保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定.
经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少.
降低输电损耗的两个途径
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，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率变为原来的多少？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，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.
由P损＝I2r可知，I不变，r减半，P损变为原来的12??；
由P损＝I2r可知，r不变，I减半，P损变为原来的14 .
?
(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？
由P＝UI得I＝PU，在电功率不变的前提下，升高电压，可减小输电电流.
?
P＝UI
降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线电阻r
(2)减小输电线中的电流I
P损=I2r
途径一 减小输电线电阻r：
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
途径二 提高输电电压U，减小输电电流I
电功率P一定，输电线电阻r一定时，输电电压提高到原来的n倍，输电电流可减为原来的1????，输电线上的功率损耗减为原来的1????2.
?
P损=I2r=（????????）2 r
?
降低输电损耗的两个途径
以下是一段关于输电线损失功率的推导.
将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率，设输电电压为U，则功率损失为P损＝UI，而U＝Ir，由两式得P损＝ .要减小功率损失，就应当用低压送电和增大输电线的电阻r，这段推导错在哪里？请写出正确的推导过程.
答案 公式P损＝UI和U＝Ir都是错误的，U是输电电压，而非输电线上的电压.
1.(多选)某发电厂原来用11 kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220 kV输电，输送的电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是
√
√
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)某处与电站间输电线的总电阻为20欧，则在(1)情况下，输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？
输电线上损失的功率：P损＝I2R＝2 5002×20 W＝1.25×108 W,
(3)若将输出电压升高至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？它与输出功率的比值是多少？
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
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.
远距离高压输电电路中的各种关系
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
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.
2.理清三个回路
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝U4I4.
________
____
____
3.常用关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.
(5)输电线上损耗的电功率：
(4)输电电流：I线＝_____＝_____＝_____.
(6)输电线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3.
(7)输电效率η＝___×100%.
3.(2022·兴义市月考)发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 Ω，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、副线圈匝数之比为10∶1的降压变压器降压供给用户(设两个变压器均为理想变压器).根据给出的全过程的线路示意图，求：
(1)输电导线上的电流I；
答案 20 A
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比得：
(2)输送过程中损失的电压ΔU；
答案 4 V
输电线上损失的电压为：ΔU＝IR＝20×0.2 V＝4 V
(3)用户得到的电压U4；
答案 219.6 V
降压变压器输入电压为：U3＝U2－ΔU＝2 200 V－4 V＝2 196 V，
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比用户得到的电压为：
(4)用户得到的功率P4；
答案 43 920 W
输送过程中损失的功率为：ΔP＝I2R＝400×0.2 W＝80 W.
用户得到的功率为：P4＝P－ΔP＝44 000 W－80 W＝43 920 W.
(5)若不经过变压而直接送到用户，用户得到的电压和功率.
答案 180 V 36 kW
则输电线上损失的电压U′＝I′R＝200×0.2 V＝40 V，
所以用户得到的电压U用＝U1－U′＝220 V－40 V＝180 V.
用户得到的功率为P用＝P－I′2R＝44 000 W－2002×0.2 W＝36 kW.
4.(课本第67页第5题改编)某个小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.要求在输电线上损失的功率控制为
5 kW(即用户得到的功率为95 kW).为此，请你计算：
(1)画出上述远距离输电原理简图.
答案 见解析图
远距离输电原理简图如图所示：
(2)降压变压器输出的电流是多少？输电线上通过的电流是多少？
答案 432 A 25 A
(3)输电线损失的电压是多少？升压变压器输出的电压是多少？
答案 200 V 4 000 V
由欧姆定律可知：U损＝I2r＝25×8 V＝200 V，升压变压器输出电压U2为：
(4)两个变压器的匝数比各应等于多少？
答案 1∶16 190∶11
降压变压器原线圈两端的电压为：
U3＝U2－U损＝4 000 V－200 V＝3 800 V，
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可知：
5.(多选)如图所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线总电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变.现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光.则下列说法正确的是
A.仅闭合开关S，灯L1会变亮
B.仅闭合开关S，r消耗的功率会变大
C.仅将滑片P下移，电流表的示数会变大
D.仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小
√
√
仅闭合S，则消耗的功率增大，T2副线圈中电流变大，T2原线圈电流也变大，则r上损失的电压和消耗的功率变大，则T2输入电压减小，灯L1两端电压减小，故灯L1会变暗，故A错误，B正确；
仅将滑片P下移，T1副线圈匝数变大，则T1输出电压变大，T2的输入电压变大，灯L1两端电压也变大，消耗功率变大，则T1输入功率变大，原线圈中电流变大，电流表示数会变大，故C正确；
由上分析可知，T1理想变压器原线圈中的电流变大，那么副线圈的电流也变大，故电阻r消耗的功率变大，故D错误.
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。
电网供电
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，这就是电网.
1.什么是电网？
(1)可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益.
(2)电网可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡；
(3)可以合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高.
2.电网供电的优点有哪些？
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
电网供电
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
1.设输电电流为I，输电线的电阻为r，则输电线上的功率损失为P损＝I2r.
2.降低输电损耗的两个途径
途径一：减小输电线的电阻r，根据r＝___，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难.
途径二：提高输电电压U，减小输电电流I，由P损＝_____可知，输送的电功率P一定，输电线电阻r一定时，输电电压提高到原来的n倍，输电电流可减为原来的__，输电线上的功率损耗减为原来的___.
目标一 导学答案
第三章 交变电流
电能的输送
学习目标
2
知道远距离输电时输电线上的功率损失与哪些因素有关，理解高压输电的原理.
1
了解远距离输电的基本要求及电网供电的优点，并能设计基本的供电框架图.
重难点
3
知道降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况.
难点
电能的输送
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
1.用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，这是电能输送的一个优点.
2.输送电能的基本要求：可靠、保质、经济.
可靠：是指保证供电线路可靠地工作，故障少.
保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定.
经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少.
降低输电损耗的两个途径
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，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率变为原来的多少？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，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.
由P损＝I2r可知，I不变，r减半，P损变为原来的12??；
由P损＝I2r可知，r不变，I减半，P损变为原来的14 .
?
(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？
由P＝UI得I＝PU，在电功率不变的前提下，升高电压，可减小输电电流.
?
P＝UI
降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线电阻r
(2)减小输电线中的电流I
P损=I2r
途径一 减小输电线电阻r：
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
途径二 提高输电电压U，减小输电电流I
电功率P一定，输电线电阻r一定时，输电电压提高到原来的n倍，输电电流可减为原来的1????，输电线上的功率损耗减为原来的1????2.
?
P损=I2r=（????????）2 r
?
降低输电损耗的两个途径
以下是一段关于输电线损失功率的推导.
将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率，设输电电压为U，则功率损失为P损＝UI，而U＝Ir，由两式得P损＝ .要减小功率损失，就应当用低压送电和增大输电线的电阻r，这段推导错在哪里？请写出正确的推导过程.
答案 公式P损＝UI和U＝Ir都是错误的，U是输电电压，而非输电线上的电压.
1.(多选)某发电厂原来用11 kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220 kV输电，输送的电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是
√
√
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)某处与电站间输电线的总电阻为20欧，则在(1)情况下，输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？
输电线上损失的功率：P损＝I2R＝2 5002×20 W＝1.25×108 W,
(3)若将输出电压升高至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？它与输出功率的比值是多少？
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
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.
远距离高压输电电路中的各种关系
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
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.
2.理清三个回路
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝U4I4.
________
____
____
3.常用关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.
(5)输电线上损耗的电功率：
(4)输电电流：I线＝_____＝_____＝_____.
(6)输电线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3.
(7)输电效率η＝___×100%.
3.(2022·兴义市月考)发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 Ω，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、副线圈匝数之比为10∶1的降压变压器降压供给用户(设两个变压器均为理想变压器).根据给出的全过程的线路示意图，求：
(1)输电导线上的电流I；
答案 20 A
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比得：
(2)输送过程中损失的电压ΔU；
答案 4 V
输电线上损失的电压为：ΔU＝IR＝20×0.2 V＝4 V
(3)用户得到的电压U4；
答案 219.6 V
降压变压器输入电压为：U3＝U2－ΔU＝2 200 V－4 V＝2 196 V，
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比用户得到的电压为：
(4)用户得到的功率P4；
答案 43 920 W
输送过程中损失的功率为：ΔP＝I2R＝400×0.2 W＝80 W.
用户得到的功率为：P4＝P－ΔP＝44 000 W－80 W＝43 920 W.
(5)若不经过变压而直接送到用户，用户得到的电压和功率.
答案 180 V 36 kW
则输电线上损失的电压U′＝I′R＝200×0.2 V＝40 V，
所以用户得到的电压U用＝U1－U′＝220 V－40 V＝180 V.
用户得到的功率为P用＝P－I′2R＝44 000 W－2002×0.2 W＝36 kW.
4.(课本第67页第5题改编)某个小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.要求在输电线上损失的功率控制为
5 kW(即用户得到的功率为95 kW).为此，请你计算：
(1)画出上述远距离输电原理简图.
答案 见解析图
远距离输电原理简图如图所示：
(2)降压变压器输出的电流是多少？输电线上通过的电流是多少？
答案 432 A 25 A
(3)输电线损失的电压是多少？升压变压器输出的电压是多少？
答案 200 V 4 000 V
由欧姆定律可知：U损＝I2r＝25×8 V＝200 V，升压变压器输出电压U2为：
(4)两个变压器的匝数比各应等于多少？
答案 1∶16 190∶11
降压变压器原线圈两端的电压为：
U3＝U2－U损＝4 000 V－200 V＝3 800 V，
根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可知：
5.(多选)如图所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线总电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变.现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光.则下列说法正确的是
A.仅闭合开关S，灯L1会变亮
B.仅闭合开关S，r消耗的功率会变大
C.仅将滑片P下移，电流表的示数会变大
D.仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小
√
√
仅闭合S，则消耗的功率增大，T2副线圈中电流变大，T2原线圈电流也变大，则r上损失的电压和消耗的功率变大，则T2输入电压减小，灯L1两端电压减小，故灯L1会变暗，故A错误，B正确；
仅将滑片P下移，T1副线圈匝数变大，则T1输出电压变大，T2的输入电压变大，灯L1两端电压也变大，消耗功率变大，则T1输入功率变大，原线圈中电流变大，电流表示数会变大，故C正确；
由上分析可知，T1理想变压器原线圈中的电流变大，那么副线圈的电流也变大，故电阻r消耗的功率变大，故D错误.
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。
电网供电
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，这就是电网.
1.什么是电网？
(1)可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益.
(2)电网可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡；
(3)可以合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高.
2.电网供电的优点有哪些？
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
电网供电
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
1.设输电电流为I，输电线的电阻为r，则输电线上的功率损失为P损＝I2r.
2.降低输电损耗的两个途径
途径一：减小输电线的电阻r，根据r＝___，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难.
途径二：提高输电电压U，减小输电电流I，由P损＝_____可知，输送的电功率P一定，输电线电阻r一定时，输电电压提高到原来的n倍，输电电流可减为原来的__，输电线上的功率损耗减为原来的___.
目标一 导学答案