高中物理人教版选修3-2 5.5 电能的输送导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-2 5.5 电能的输送导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 151.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 16:54:18 | ||
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文档简介
电能的输送
知识梳理
1.为了减少输电导线上的功率损失，应:(1)减小输电线的___________,(2)减小输电线中的__________.
2.要减少输电线路上的电压损失，由公式U损=IR线知，必须减小电阻或减小电流.(1)要减小电阻，从R=看，在距离不改变的情况下，可以增大导线的__________，这与节约相悖，当然给铺设线路带来困难，还可选用__________较小的导体.(2)从公式P=IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高__________.
3.减少输电导线上电能的损耗P耗=I2R线具体的方法有：
（1）减小输电导线的__________，如采用电阻率相同的材料，加大导线的__________（由R=ρl/S）.
（2）提高__________，减小输电电流，前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法.
疑难突破
怎样理解电能输送的原理和方法？
电能的输送原理和方法是实际输电的基础，也是变压器在实际生活中的应用，因此是本节的重点.输电线上有不可避免的电能损失，由P损=I2R线可知，为减少损失的功率必需减小R线或电流I，由电阻定律R=ρ可知，改变导线电阻已基本上达到现有水平的极限，因此我们必须采用减小电流I的方法.当输送的电功率一定时，I=，减小I必须增大电压U，即采用高压送电，远距离输电可用以下的图景表示（如图甲所示）.
图甲
输电线路中电压、电流及电损的计算，由于在远距离输电中需要涉及到两个变压器的问题，所以在计算U1、U2、U3、U4及I1、I2、I3关系中经常出现难点，突破方法是弄清楚原理，找准关系，从而得出正确的结果.例如可先画出如图乙所示的简单远距离输电示意图，然后再找出各物理量间的关系.
图乙
图中各物理量的关系可表示为：P1=P2，P2=P3+P损，P3=P4；,,U2=U3+U损=U3+I2R线，,,I2=I3；P损=I22R线=()2R线.
问题探究
问题1：为什么说高压输电能减少线路中的功率损失？
探究：线路中的电阻是要消耗电能的，电阻越大，流过的电流越大，线路中损耗就越多，根据功率公式P损=I2R可知，减少线路上的功率损失的方法有两个途径：
第一,减小输电导线上的电阻R，据电阻定律R=ρ知，在实际输电线路中，输电导线的长度不能减小，可以用电阻率ρ小的材料，像用铜和铝等，金、银属贵重金属，作输电导线就不现实了，但在大规模集成电路里是要用这种金属导体的.也可以增大导体的横截面积，这又给电路的铺设带来了困难，同时也会耗费大量的金属材料.
第二,减小输电电流I，根据公式I=知，要减小电流，减小输送功率是错误的选择，你的目的就是输送电能，再就是在提高电压上做文章.在输送功率一定、输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍,根据公式P损=（）2R可以推算，输电线上的功率损失将降为原来的.
探究结论：采用高电压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施.
问题2：探究减少输电线上的电压损失的方法.
探究：输电导线上有电阻，电流通过输电导线时，会在导线上产生电势降落，致使输电线路的末端电压降低，所以输电线路中的电压损失越小越好.根据公式U损=IR知，减小电压损失的方法有两条路径：
第一,减小输电导线的电阻，根据在功率损失问题中的讨论，在距离、材料一定的情况下，只能靠加大横截面积来减小电阻了，这个思路除了上述问题外，还有就是在交变线路中，加粗导线还会带来感抗、容抗问题，又有了新矛盾，这就是说，该办法行不通.
第二,减小输电线路中的电流.
探究结论：提高输送电压，是减少输电线上的电压损失的最佳选择.
典题精讲
【例题】 某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电.当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P1.若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降压变压器T2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图所示.这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0，用电设备可获得的功率增加至P2.试求所用升压变压器T1的原线圈与副线圈的匝数比N1/N2以及降压变压器T2的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2各为多少.
思路解析：没有变压器之前，输电线上消耗的电功率=P0－P1=I02R（式中R为输电线电阻，I0为发电厂的输出电流）
输电线电阻
R= ①
用电设备的电压为
U= ②
用了变压器后，输电线上消耗的电功率为
=P0－P2=I2R ③
（式中的I是输电线上的电流，也是升压变压器副线圈和降压变压器原线圈上的电流）
由①和③式可得
I=I0 ④
所以
用电设备获得P2的功率时，通过用电设备的电流为I′=
将②式代入后得
I′= ⑤
由④式和⑤式得.
答案：
知识导学
学好本节知识关键要处理以下两个方面的问题：（1）学会分析输电原理，即分析如何减少输电导线上的功率损失，如何减少输电线路上的电压损失，远距离输电应采取什么方法，这些问题弄清楚了，就抓住了电源输送的脉搏.（2）明确现实生活中输电的物理图景，远距离输电时应先将发电机输出的电压经升压变压器升高，然后通过输电线远距离送电，到达目的地后，再经降压变压器将电压降至合适的值，供给用电器.
关键概念：功率损失、电压损失.
关键原理：输送电能的基本要求，减少功率损失的方法.
疑难导析
处理远距离输电问题的基本思路
(1)远距离送电电网结构图：
(2)输电导线上损失的电功率的计算：(按上面网络图中的字母表示)
P损=I线2R线 P损=（PU2）2R线 P损=I线U损.
（3）两个基本公式：U2=U损+U3 P=P损+P用.
（4）注意的问题：涉及的物理量比较多，像功率方面：总输送电功率、线路损失功率、用户端功率；电压方面：发电机输出电压、升压变压器输出电压、线路损失电压、降压变压器输入电压、用户电压；电流方面：升压变压器原线圈中电流、输电导线中的电流、用户端电流；电阻方面：发电机组内阻、线路电阻、用户端用电器电阻；变压器方面：升、降变压器,原、副线圈匝数等等.这些物理量不一定全用，但毕竟较多，一定要规定好所用字母.
问题导思
减小输电线上的功率损失有两种方法：一种是减小输出电线的电阻，另一种方法是减小输电导线中的电流.
（1）目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料，但是要增大导线的横截面积就要多耗费金属材料，会使输电线太重，给架线带来很大困难.
（2）在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，功率损失ΔP=I2R就减小到原来的万分之一.输送功率的大小是由输电任务决定的，不能任意变动，要保证输送功率P不变，由P=UI知道，提高输电的电压U，就能减小电流I，这就是采用高压输电的道理.
要探究输电线上电压的损失，必须要知道造成电压损失的原因：
ΔU=U-U损
其次才有相对应的减损方法：
典题导考
绿色通道：通过求用电设备的电阻来求降压变压器副线圈的电流，最后的结果是 =，当知道结果错了之后竟找不到原因.用电设备这个概念很广泛，但有一点必须明确，用电设备绝不是纯电阻的用电器，没有理由应用P=I2R这个公式来求其电流，一定要注意公式的适用范围.
【典题变式】 发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：
在输电线路中设置的升、降压变压器中原、副线圈的匝数比.
思路解析：输电线因发热损耗的功率为：ΔP=P×4%=100×4% kW=4 kW
由ΔP=I22R得，输电电流即升压变压器副线圈中的电流为I2=A=20 A
升压变压器原线圈中的输入电流为：I1=A=400 A
所以升压变压器中原、副线圈的匝数比为：，升压变压器副线圈两端的电压为：U2=U1=250×20 V=5 000 V，输电线路上损失的电压为：ΔU=I2R=200 V.降压变压器原线圈两端的电压为：U3=U2-ΔU=5 000 V-200 V=4 800 V.
所以，降压变压器原、副线圈的匝数比为：.
答案：1∶20 240∶11
知识梳理
1.为了减少输电导线上的功率损失，应:(1)减小输电线的___________,(2)减小输电线中的__________.
2.要减少输电线路上的电压损失，由公式U损=IR线知，必须减小电阻或减小电流.(1)要减小电阻，从R=看，在距离不改变的情况下，可以增大导线的__________，这与节约相悖，当然给铺设线路带来困难，还可选用__________较小的导体.(2)从公式P=IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高__________.
3.减少输电导线上电能的损耗P耗=I2R线具体的方法有：
（1）减小输电导线的__________，如采用电阻率相同的材料，加大导线的__________（由R=ρl/S）.
（2）提高__________，减小输电电流，前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法.
疑难突破
怎样理解电能输送的原理和方法？
电能的输送原理和方法是实际输电的基础，也是变压器在实际生活中的应用，因此是本节的重点.输电线上有不可避免的电能损失，由P损=I2R线可知，为减少损失的功率必需减小R线或电流I，由电阻定律R=ρ可知，改变导线电阻已基本上达到现有水平的极限，因此我们必须采用减小电流I的方法.当输送的电功率一定时，I=，减小I必须增大电压U，即采用高压送电，远距离输电可用以下的图景表示（如图甲所示）.
图甲
输电线路中电压、电流及电损的计算，由于在远距离输电中需要涉及到两个变压器的问题，所以在计算U1、U2、U3、U4及I1、I2、I3关系中经常出现难点，突破方法是弄清楚原理，找准关系，从而得出正确的结果.例如可先画出如图乙所示的简单远距离输电示意图，然后再找出各物理量间的关系.
图乙
图中各物理量的关系可表示为：P1=P2，P2=P3+P损，P3=P4；,,U2=U3+U损=U3+I2R线，,,I2=I3；P损=I22R线=()2R线.
问题探究
问题1：为什么说高压输电能减少线路中的功率损失？
探究：线路中的电阻是要消耗电能的，电阻越大，流过的电流越大，线路中损耗就越多，根据功率公式P损=I2R可知，减少线路上的功率损失的方法有两个途径：
第一,减小输电导线上的电阻R，据电阻定律R=ρ知，在实际输电线路中，输电导线的长度不能减小，可以用电阻率ρ小的材料，像用铜和铝等，金、银属贵重金属，作输电导线就不现实了，但在大规模集成电路里是要用这种金属导体的.也可以增大导体的横截面积，这又给电路的铺设带来了困难，同时也会耗费大量的金属材料.
第二,减小输电电流I，根据公式I=知，要减小电流，减小输送功率是错误的选择，你的目的就是输送电能，再就是在提高电压上做文章.在输送功率一定、输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍,根据公式P损=（）2R可以推算，输电线上的功率损失将降为原来的.
探究结论：采用高电压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施.
问题2：探究减少输电线上的电压损失的方法.
探究：输电导线上有电阻，电流通过输电导线时，会在导线上产生电势降落，致使输电线路的末端电压降低，所以输电线路中的电压损失越小越好.根据公式U损=IR知，减小电压损失的方法有两条路径：
第一,减小输电导线的电阻，根据在功率损失问题中的讨论，在距离、材料一定的情况下，只能靠加大横截面积来减小电阻了，这个思路除了上述问题外，还有就是在交变线路中，加粗导线还会带来感抗、容抗问题，又有了新矛盾，这就是说，该办法行不通.
第二,减小输电线路中的电流.
探究结论：提高输送电压，是减少输电线上的电压损失的最佳选择.
典题精讲
【例题】 某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电.当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P1.若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降压变压器T2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图所示.这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0，用电设备可获得的功率增加至P2.试求所用升压变压器T1的原线圈与副线圈的匝数比N1/N2以及降压变压器T2的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2各为多少.
思路解析：没有变压器之前，输电线上消耗的电功率=P0－P1=I02R（式中R为输电线电阻，I0为发电厂的输出电流）
输电线电阻
R= ①
用电设备的电压为
U= ②
用了变压器后，输电线上消耗的电功率为
=P0－P2=I2R ③
（式中的I是输电线上的电流，也是升压变压器副线圈和降压变压器原线圈上的电流）
由①和③式可得
I=I0 ④
所以
用电设备获得P2的功率时，通过用电设备的电流为I′=
将②式代入后得
I′= ⑤
由④式和⑤式得.
答案：
知识导学
学好本节知识关键要处理以下两个方面的问题：（1）学会分析输电原理，即分析如何减少输电导线上的功率损失，如何减少输电线路上的电压损失，远距离输电应采取什么方法，这些问题弄清楚了，就抓住了电源输送的脉搏.（2）明确现实生活中输电的物理图景，远距离输电时应先将发电机输出的电压经升压变压器升高，然后通过输电线远距离送电，到达目的地后，再经降压变压器将电压降至合适的值，供给用电器.
关键概念：功率损失、电压损失.
关键原理：输送电能的基本要求，减少功率损失的方法.
疑难导析
处理远距离输电问题的基本思路
(1)远距离送电电网结构图：
(2)输电导线上损失的电功率的计算：(按上面网络图中的字母表示)
P损=I线2R线 P损=（PU2）2R线 P损=I线U损.
（3）两个基本公式：U2=U损+U3 P=P损+P用.
（4）注意的问题：涉及的物理量比较多，像功率方面：总输送电功率、线路损失功率、用户端功率；电压方面：发电机输出电压、升压变压器输出电压、线路损失电压、降压变压器输入电压、用户电压；电流方面：升压变压器原线圈中电流、输电导线中的电流、用户端电流；电阻方面：发电机组内阻、线路电阻、用户端用电器电阻；变压器方面：升、降变压器,原、副线圈匝数等等.这些物理量不一定全用，但毕竟较多，一定要规定好所用字母.
问题导思
减小输电线上的功率损失有两种方法：一种是减小输出电线的电阻，另一种方法是减小输电导线中的电流.
（1）目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料，但是要增大导线的横截面积就要多耗费金属材料，会使输电线太重，给架线带来很大困难.
（2）在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，功率损失ΔP=I2R就减小到原来的万分之一.输送功率的大小是由输电任务决定的，不能任意变动，要保证输送功率P不变，由P=UI知道，提高输电的电压U，就能减小电流I，这就是采用高压输电的道理.
要探究输电线上电压的损失，必须要知道造成电压损失的原因：
ΔU=U-U损
其次才有相对应的减损方法：
典题导考
绿色通道：通过求用电设备的电阻来求降压变压器副线圈的电流，最后的结果是 =，当知道结果错了之后竟找不到原因.用电设备这个概念很广泛，但有一点必须明确，用电设备绝不是纯电阻的用电器，没有理由应用P=I2R这个公式来求其电流，一定要注意公式的适用范围.
【典题变式】 发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：
在输电线路中设置的升、降压变压器中原、副线圈的匝数比.
思路解析：输电线因发热损耗的功率为：ΔP=P×4%=100×4% kW=4 kW
由ΔP=I22R得，输电电流即升压变压器副线圈中的电流为I2=A=20 A
升压变压器原线圈中的输入电流为：I1=A=400 A
所以升压变压器中原、副线圈的匝数比为：，升压变压器副线圈两端的电压为：U2=U1=250×20 V=5 000 V，输电线路上损失的电压为：ΔU=I2R=200 V.降压变压器原线圈两端的电压为：U3=U2-ΔU=5 000 V-200 V=4 800 V.
所以，降压变压器原、副线圈的匝数比为：.
答案：1∶20 240∶11