(共18张PPT)
第4章 揭开电磁关系的奥秘
第3节 电能的生产与利用
第4章 揭开电磁关系的奥秘
转子
电能
火
水
风
核
电热
电阻
电流
电阻
电流
电压
蒸汽机
电能
电气
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生互动
突破疑难·讲练提升第3节 电能的生产与利用
1．下列关于能源的叙述正确的是( )
A．煤炭、石油是不可再生能源，天然气是可再生能源
B．火力发电具有较大的发展潜力，技术成熟，值得推广应用
C．太阳能、风能、潮汐能、核能、地热能属新能源，值得开发利用
D．太阳能的开发成本太高，利用太阳能是一种新的浪费
解析：选C.天然气不是可再生能源，A错误；火力发电是成熟的发电方式，但资源浪费和环境污染很严重，不宜推广，B错误；太阳能无污染并且普遍存在，是一种理想能源，开发成本不存在太高的问题，D错误．
2．下列关于节约用电的说法正确的是( )
A．三峡电站的建成给我们提供了用电的方便，水能源源不断，没有必要节约用电
B．不用节约用电，其实你不用电才是浪费
C．节约与不节约是一样的，少用电与多用电是一样的，因为三峡电站始终在发电
D．以上观点都不对
解析：选D.经济的发展使生产生活用电大大增加，电能的大量生产又带来了严重的环境污染．并且，地球上总的能源日趋减小，所以必须有能源危机意识，节约用电，以利于社会的可持续发展．
3．远距离输电时，为了减少输电线上电能损失，应( )
A．提高输送电压，增大输送电流
B．提高输送电压，减小输送电流
C．减小输送电压，增大输送电流
D．减小输送电压，减小输送电流
解析：选B.根据P损＝IR线可知，减小输送电流可有效减少输电线上的电能损失，而在功率一定的情况下，要减小输送电流，必须提高输送电压．
4．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，通过导线上的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率下列表达式错误的是( )
A.eq \f(U,R) B.
C．I2R D.I(U1－U2)
解析：选A.用P＝求电阻上损失的功率时，U要与电阻R相对应，选项A中的U1是输出电压不是输电线电阻上的电压，故A是错误的；B中的(U1－U2)是输电线电阻上的电压，因此，B是正确的；C、D中的电流I是输电线中的电流，故C、D都是正确的．
5．交流电源的电压是220 V，现需要55 V的电压，能不能绕制一个变压器使原线圈的匝数n1＝4，而副线圈的匝数n2＝1?
答案：不能，因为原线圈匝数太少．若原线圈的匝数太少，则其自感很小，感抗就很小，接入电源后，原线圈中的空载电流太大，容易烧坏线圈发生事故，故不能根据公式＝任意选取匝数．事实上，原线圈的匝数须根据变压器的功率、铁芯大小等因素来确定，要大于一定的数值．原线圈匝数确定后，副线圈匝数可以由＝确定．可这样理解，变压器正常工作时符合＝关系，但并不是只要符合＝关系的变压器就能正常工作．
[课时作业]
一、选择题
1．“能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是( )
A．煤炭、石油、潮汐能
B．水能、生物能、天然气
C．太阳能、风能、沼气
D．地热能、海洋能、核能
解析：选C.A项中，煤炭石油不属于新能源，也不属于可再生能源；B项中，天然气不是新能源；D项中，核能与地热能不是来自太阳辐射．
2．煤、石油、天然气和生物能作为能源的共同特点是( )
A．可再生能源，取之不尽，用之不竭
B．不可再生能源，用一点，少一点
C．来自太阳辐射的能量
D．污染环境的能源
解析：选C.煤、石油、天然气都是不可再生能源，会污染环境，生物能是可再生能源，不会污染环境，四者都是来自太阳辐射的能量．
3．远距离输电时，在输送电功率不变的条件下( )
A．只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率
B．提高输电电压，能减小电流，提高输电效率
C．提高输电电压势必增大输电导线上能量损耗
D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流
解析：选B.增大导线电阻，增加线路损耗，输电效率降低，A错；提高输电电压，可以减小输电电流，减小能量损耗，故C、D均不对，B正确．
4．输电线的电阻共计r，输送的电功率是P，用电压U送电，则用户得到的电功率为( )
A．P B.P－r
C．P－ D.r
解析：选B.利用P损＝I2R＝R可以得到输电线上损失的功率为r，输送给用户的功率即为总功率减去损失的功率P－r，故B正确．
5．关于电能输送的分析，以下说法中正确的是( )
A．由公式P＝得出，输电电压越高，输电导线上的功率损失越大
B．由公式P＝得出，输电导线电阻R越大，输电导线上的功率损失越小
C．由公式P＝IU得出，输电导线上电阻R的功率损失与电流成正比
D．由公式P＝I2R得出，输电电流越大，输电导线上的功率损失越大
解析：选D.输电线上损失的功率P损＝I2R线或P损＝eq \f(U,R线)，而U损非输电电压U，故A、B、C选项均错；当输电导线的电阻R线一定时(导线架设完毕后一般就不再轻易改变)，根据P损＝I2R线可知D选项正确．
6．某电站向远处输送一定功率的电能，则下列说法中正确的是( )
①输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的
②输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的
③送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率减为原来的一半
④送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率增为原来的4倍
A．①③ B.①④
C．②③ D.②④
解析：选C.输电线上功率损失P损＝I2R线＝R线，则R线、P一定时，U升高到原来的10倍，P损减为原来的，①项错，②项对．P、U一定时，P损与R线成正比，R线减半，P损也减半，故③对，④错．故选项C正确．
7．在炎热的夏天，某同学为了降低室内温度，采取的措施是：紧闭门窗，开动冰箱并打开冰箱门，关于这位同学所采取的措施，下列判断中正确的是( )
A．可以降低室内温度
B．室内温度不会降低，还将升高
C．室内温度不升不降
D．不能确定
解析：选B.由于电动机在转动过程中产生热能，因而室内温度会升高．
8．输电导线的电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )
A．U1∶U2 B.U∶U
C．U∶U D.U2∶U1
解析：选C.由P＝UI得输电线路中的电流I＝.输电线中损失的功率P损＝I2R＝R＝R，即在输电功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比．所以P损1∶P损2＝U∶U.故选C.
二、非选择题
9．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损输电．现有一直流输电线的总电阻为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(电阻为零)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多少？
解析：利用P＝UI可得I＝＝ A＝50 A，所以当用超导材料时，原来的损耗即为现在的节约，节约的电功率为P＝I2R＝1 kW.
答案：1 kW
10．在远距离输电时，若输电电压为6 000 V，功率为500 kW，这时安装在输送电路的起点和终点的电能表一昼夜里读数相差4 800 kW·h.试求：输电效率与输电线的电阻．
解析：输电效率为
η＝1－×100%＝60%
输电线的电阻：
4 800×1 000×3 600＝×R×24×3 600
所以，输电线的电阻为R＝28.8 Ω.
答案：60% 28.8 Ω
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4第3节 电能的生产与利用
1.知道电能的生产方法，了解生产电能的各种方式． 2.了解电能输送的过程，知道为什么要高压输电．(重点＋难点)
3．了解发电机、电动机对能源利用方式、工业发展所起的作用．了解电能的使用对于社会进步、经济发展的贡献．
4．了解能源危机，有节约能源和可持续发展的意识．
一、电能的生产
1．生产电能的常用方法：利用一次能源产生的动力驱动涡轮机(如汽轮机、水轮机等)，涡轮机带动发电机转子转动产生电能，再通过电线将电能输送出去．
2．根据使用的一次能源的不同，电能生产可分为火力发电、水力发电、风力发电、核能发电等．另外还有地热能、太阳能、潮汐能等都可以用来发电．
二、电能的输送
1．输电线路上的电损：输电线路上有电阻，当有电流通过时会产生电热而损失能量．电热损失跟输电线上的电阻成正比，跟电流的二次方成正比．
2．降低输电损耗的两个途径
(1)一个途径是减小输电线的电阻．
(2)另一个途径是减小输电线中的电流，由P＝UI可知，当输送功率一定时，提高电压可以减小输电电流．
三、电能的利用与社会发展
蒸汽机的广泛使用使全社会的生产力得以飞跃发展，引发了第一次产业革命．电能的使用又一次使得全社会的生产力得到了飞跃发展，引发了第二次产业革命，人类社会跨入了电气时代．
电能输送的线路损耗分析
1．电能损耗：输电时，损失的电能主要是由导线的电阻发热引起的，即P损＝I2R＝R导线的电阻越大，通过的电流越大，损失的电能越多．
2．减少电能的损失有两个途径：①减小输电线的电阻；②减小输送的电流，即提高输电的电压．
3．高压输电的原因
途径①，减小输电导线上的电阻R.据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小的导体材料，如铜和铝等．金、银属于贵重金属，做输电导线就不现实了，但在大规模集成电路里可用这种金属导体．最后一点是增大导体的横截面积，这又给架线工作带来困难，同时还会耗费大量的金属材料．
途径②，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，目的是输送电能．就要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＝R可以推算，输电线上的功率损耗将降为原来的.
根据以上分析，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．
某变电站用220 V的电压送电，导线损失功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少？
[解析] 设输送功率为P，输电线路电阻为R.
导线损失功率P损＝I2R＝R，可知在输送功率为P及输电线路一定的情况下，有
P损∝则有＝ ＝ ＝2
所以输送电压U2＝2U1＝440 V.
[答案] 440 V
远距离输电中，必须区分输电电压及输电导线上的损失电压，输电导线的损失功率就是由于其电阻R发热损失的功率，计算时要紧扣P损＝I2R＝R去思考．
1.关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法中正确的是( )
A．由功率P＝，应降低输电电压，增大导线电阻
B．由P＝IU，应采取低电压、小电流输电
C．由P＝I2R，应减小导线电阻或减小输电电流
D．上述说法均不对
解析：选C.由P损＝I2R线＝R线可知，要减小P损，可以减小R线，减小I，增大输电电压U，故选项C正确.
远距离输电问题的基本思路
1．远距离送电电网结构图(如图所示)
2．几个常用的关系式
(1)电流关系：＝，I2＝I3，＝.
(2)电压关系：U2＝I2R线＋U3，＝，其中n1、n2、n3、n4分别表示升压变压器的原、副线圈的匝数和降压变压器的原、副线圈的匝数．
(3)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4，P4＝P1－P损，P损＝IR线．
3．输电线上的功率损失和电压损失
(1)输电线上的功率损失
设输电线电阻为R线，输电线上的电流为I线，则功率损失P损＝IR线．
(2)输电线上的电压损失
ΔU表示电压损失，U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，那么ΔU＝U－U′＝I线R线．
远距离输电线路的示意图如图所示．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少时，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
[解析] 变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项A、B错误．用户用电器总电阻减少，据P＝，消耗功率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，选项C正确．升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失电压加上降压变压器输入电压，选项D错误．
[答案] C
2.山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后再输送到各用户，设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器总功率的增加将导致( )
A．升压变压器初级线圈中的电流变小
B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路的电压损失变小
D．降压变压器次级线圈两端电压变小
解析：选D.用电总功率增加，则电路中电流增大，所以输电线路上的电压损失增大，但升压变压器初级线圈和次级线圈中的电压均不变，因而降压变压器初级线圈和次级线圈电压均变小．
[随堂检测]
1．下列关于能源的叙述正确的是( )
A．煤炭、石油是不可再生能源，天然气是可再生能源
B．火力发电具有较大的发展潜力，技术成熟，值得推广应用
C．太阳能、风能、潮汐能、核能、地热能属新能源，值得开发利用
D．太阳能的开发成本太高，利用太阳能是一种新的浪费
解析：选C.天然气不是可再生能源，A错误；火力发电是成熟的发电方式，但资源浪费和环境污染很严重，不宜推广，B错误；太阳能无污染并且普遍存在，是一种理想能源，开发成本不存在太高的问题，D错误．
2．下列关于节约用电的说法正确的是( )
A．三峡电站的建成给我们提供了用电的方便，水能源源不断，没有必要节约用电
B．不用节约用电，其实你不用电才是浪费
C．节约与不节约是一样的，少用电与多用电是一样的，因为三峡电站始终在发电
D．以上观点都不对
解析：选D.经济的发展使生产生活用电大大增加，电能的大量生产又带来了严重的环境污染．并且，地球上总的能源日趋减小，所以必须有能源危机意识，节约用电，以利于社会的可持续发展．
3．远距离输电时，为了减少输电线上电能损失，应( )
A．提高输送电压，增大输送电流
B．提高输送电压，减小输送电流
C．减小输送电压，增大输送电流
D．减小输送电压，减小输送电流
解析：选B.根据P损＝IR线可知，减小输送电流可有效减少输电线上的电能损失，而在功率一定的情况下，要减小输送电流，必须提高输送电压．
4．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，通过导线上的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率下列表达式错误的是( )
A.eq \f(U,R) B.
C．I2R D.I(U1－U2)
解析：选A.用P＝求电阻上损失的功率时，U要与电阻R相对应，选项A中的U1是输出电压不是输电线电阻上的电压，故A是错误的；B中的(U1－U2)是输电线电阻上的电压，因此，B是正确的；C、D中的电流I是输电线中的电流，故C、D都是正确的．
5．交流电源的电压是220 V，现需要55 V的电压，能不能绕制一个变压器使原线圈的匝数n1＝4，而副线圈的匝数n2＝1?
答案：不能，因为原线圈匝数太少．若原线圈的匝数太少，则其自感很小，感抗就很小，接入电源后，原线圈中的空载电流太大，容易烧坏线圈发生事故，故不能根据公式＝任意选取匝数．事实上，原线圈的匝数须根据变压器的功率、铁芯大小等因素来确定，要大于一定的数值．原线圈匝数确定后，副线圈匝数可以由＝确定．可这样理解，变压器正常工作时符合＝关系，但并不是只要符合＝关系的变压器就能正常工作．
[课时作业]
一、选择题
1．“能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是( )
A．煤炭、石油、潮汐能
B．水能、生物能、天然气
C．太阳能、风能、沼气
D．地热能、海洋能、核能
解析：选C.A项中，煤炭石油不属于新能源，也不属于可再生能源；B项中，天然气不是新能源；D项中，核能与地热能不是来自太阳辐射．
2．煤、石油、天然气和生物能作为能源的共同特点是( )
A．可再生能源，取之不尽，用之不竭
B．不可再生能源，用一点，少一点
C．来自太阳辐射的能量
D．污染环境的能源
解析：选C.煤、石油、天然气都是不可再生能源，会污染环境，生物能是可再生能源，不会污染环境，四者都是来自太阳辐射的能量．
3．远距离输电时，在输送电功率不变的条件下( )
A．只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率
B．提高输电电压，能减小电流，提高输电效率
C．提高输电电压势必增大输电导线上能量损耗
D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流
解析：选B.增大导线电阻，增加线路损耗，输电效率降低，A错；提高输电电压，可以减小输电电流，减小能量损耗，故C、D均不对，B正确．
4．输电线的电阻共计r，输送的电功率是P，用电压U送电，则用户得到的电功率为( )
A．P B.P－r
C．P－ D.r
解析：选B.利用P损＝I2R＝R可以得到输电线上损失的功率为r，输送给用户的功率即为总功率减去损失的功率P－r，故B正确．
5．关于电能输送的分析，以下说法中正确的是( )
A．由公式P＝得出，输电电压越高，输电导线上的功率损失越大
B．由公式P＝得出，输电导线电阻R越大，输电导线上的功率损失越小
C．由公式P＝IU得出，输电导线上电阻R的功率损失与电流成正比
D．由公式P＝I2R得出，输电电流越大，输电导线上的功率损失越大
解析：选D.输电线上损失的功率P损＝I2R线或P损＝eq \f(U,R线)，而U损非输电电压U，故A、B、C选项均错；当输电导线的电阻R线一定时(导线架设完毕后一般就不再轻易改变)，根据P损＝I2R线可知D选项正确．
6．某电站向远处输送一定功率的电能，则下列说法中正确的是( )
①输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的
②输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的
③送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率减为原来的一半
④送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率增为原来的4倍
A．①③ B.①④
C．②③ D.②④
解析：选C.输电线上功率损失P损＝I2R线＝R线，则R线、P一定时，U升高到原来的10倍，P损减为原来的，①项错，②项对．P、U一定时，P损与R线成正比，R线减半，P损也减半，故③对，④错．故选项C正确．
7．在炎热的夏天，某同学为了降低室内温度，采取的措施是：紧闭门窗，开动冰箱并打开冰箱门，关于这位同学所采取的措施，下列判断中正确的是( )
A．可以降低室内温度
B．室内温度不会降低，还将升高
C．室内温度不升不降
D．不能确定
解析：选B.由于电动机在转动过程中产生热能，因而室内温度会升高．
8．输电导线的电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )
A．U1∶U2 B.U∶U
C．U∶U D.U2∶U1
解析：选C.由P＝UI得输电线路中的电流I＝.输电线中损失的功率P损＝I2R＝R＝R，即在输电功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比．所以P损1∶P损2＝U∶U.故选C.
二、非选择题
9．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损输电．现有一直流输电线的总电阻为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(电阻为零)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多少？
解析：利用P＝UI可得I＝＝ A＝50 A，所以当用超导材料时，原来的损耗即为现在的节约，节约的电功率为P＝I2R＝1 kW.
答案：1 kW
10．在远距离输电时，若输电电压为6 000 V，功率为500 kW，这时安装在输送电路的起点和终点的电能表一昼夜里读数相差4 800 kW·h.试求：输电效率与输电线的电阻．
解析：输电效率为
η＝1－×100%＝60%
输电线的电阻：
4 800×1 000×3 600＝×R×24×3 600
所以，输电线的电阻为R＝28.8 Ω.
答案：60% 28.8 Ω
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