人教版（2019） 高中物理 选择性必修第二册课件 3.4.电能的输送33张PPT
文档属性
| 名称 | 人教版（2019） 高中物理 选择性必修第二册课件 3.4.电能的输送33张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1003.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-31 21:07:19 | ||
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文档简介
4.电能的输送
学习目标
1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关。
2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理。
3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题。
4.通过对远距离输电的学习,了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献,培养学生的社会责任感。
思维导图
必备知识
自我检测
一、输送电能的基本要求
1.可靠:保证供电线路可靠地工作,故障少。
2.保质:保证电能的质量——电压和频率稳定。
3.经济:输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少。
二、降低输电损耗的两个途径
1.输电线上的功率损失:ΔP=I2r,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
(1)减小输电线的电阻:在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积。
(2)减小输电导线中的电流:为减小输电电流,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电电压。
必备知识
自我检测
三、电网供电
1.远距离输电基本原理:远距离输电的示意图,如图所示。
在发电站内用升压变压器升压到几百千伏,然后进行远距离输电。到达数百千米甚至数千千米之外的用电区之后,先后经“一次高压变电站”“二次变电站”降到10 kV左右,然后,一部分电能送往用电量大的工业用户,另一部分经低压变电站的降压变压器降压后供给其他用户。
必备知识
自我检测
2.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。
3.优点:
(1)减少发电设施的重复建设,降低一次能源的运输成本。
(2)可保证发电和供电的安全可靠,方便调整供需平衡,使电力供应更加可靠、质量更高。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。( )
解析:增加导线横截面积,减小了导线的电阻,发热功率减小。
答案:√
(2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的发热损耗。( )
解析:输送功率一定的情况下,电压越高,输电电流越小,导线上发热功率越小。
答案:√
(3)高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好。( )
解析:电压越高,对输电电路和变压器的要求就越高,技术难度增大,建造与维护成本增大。
答案:√
必备知识
自我检测
(4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。( )
解析:当发电厂与用户距离较近时可不用高压输电。
答案:×
(5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( )
解析:用户得到的电压取决于降压变压器。
答案:√
(6)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。( )
解析:由于输电导线有电阻,电路上电压会有损耗,升压变压器输入的电压大于降压变压器输出的电压。
答案:×
必备知识
自我检测
2.关于电能输送的以下分析,正确的是( )
C.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=IU知,输电导线上的功率损失与输电电压成正比
答案:C
必备知识
自我检测
3.如图所示是远距离输电的示意图,下列说法正确的是( )
A.a是升压变压器,b是降压变压器
B.a是降压变压器,b是升压变压器
C.a的输出电压等于b的输入电压
D.a的输出电压等于输电线上损耗的电压
解析:远距离输电先升压,后降压,选项A正确,选项B错误;由于输电线上有电压损耗,故a的输出电压等于b的输入电压与输电线上损耗的电压之和,选项C、D错误。
答案:A
探究一
探究二
随堂检测
远距离输电损耗的产生及减损方法
情境探究
中国的特高压直流输电技术世界领先。2018年10月16日,世界首个海拔4 000米以上的高海拔特高压直流试验线段工程——中国电力科学研究院西藏高海拔特高压直流试验线段顺利通过验收。该试验线段具备高海拔苛刻条件下±500千伏、±800千伏、±1 100千伏、±1 300千伏直流及1 000千伏交流特高压工程试验能力,当之无愧地成了目前世界上海拔最高、电压等级最高、功能最全的特高压试验基地。请思考下面的问题:如图所示,输送功率为P,发电厂输出的电压为U,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,请思考:
探究一
探究二
随堂检测
(1)输电线中的电流为多少?在发电厂输送功率一定时,输电线中的电流与输电线电阻及用电器电阻有关系吗?
(2)输电线上功率损失的表达式是什么?
(3)为什么远距离输电必须用高压呢?
(3)因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI得,要减小能量损耗,就要减小输电电流I,必须提高输出电压U。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
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
(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。
(2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为
探究一
探究二
随堂检测
3.减小电压、功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻
由R=ρ 可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体横截面积可减小电阻。
(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。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1(多选)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,则下列关系式正确的是( )
探究一
探究二
随堂检测
答案:BD
规律方法输送的功率(电压)、损失的功率(电压)、用户得到的功率(电压)分别对应于输电过程的“始”“中”“末”。只有理解好“输送”“损失”“得到”的含义,才能避免“张冠李戴”。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1我国已投产运行的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、乙两地原来用500 kV的超高压输电,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,不考虑其他因素的影响。则( )
A.输电电流变为原来的2倍
B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍
探究一
探究二
随堂检测
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
远距离输电电路的分析与计算
情境探究
某发电站向远处送电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。请思考:
(1)用图中的电压和电流表示出四个功率和损耗功率,并写出它们间的关系。
(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?
探究一
探究二
随堂检测
要点提示:(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
输送过程如图所示,可以划分为三个回路
探究一
探究二
随堂检测
(1)分析远距离输电线路的有效方法是理清三个回路,抓住两个联系,掌握一个定律,其关系如下表所示:
探究一
探究二
随堂检测
(1)注意区别:①输电电压U与输电线上降落的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损失的功率ΔP。(2)抓住不变量:输送电功率不变,由P=UI判断出输电电流I的变化,从而由ΔU=IR、ΔP=I2R判断ΔU、ΔP的变化。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2如图所示,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(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器),若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。
(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。
(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%,求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。
探究一
探究二
随堂检测
答案:(1)6 250 V 16 A (2)15.625 Ω 6 000 V
探究一
探究二
随堂检测
规律方法远距离输电问题的四个关键
(1)画出一个模型——远距离输电模型图。
(2)抓住输电的两端——电源和用电器。
(3)分析导线——输电导线。
(4)研究两次电压变换——升压和降压。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2某交流发电机输出功率为5×105 W,输出电压为U=1.0×103V,假如输电线的总电阻R=10 Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U用户=380 V。
(1)画出输电线路的示意图;(标明各部分的符号)
(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的变压器是理想变压器)
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)输电线路示意图如图所示。
答案:(1)见解析图 (2)1∶10 25∶1
探究一
探究二
随堂检测
1.(多选)发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线总电阻为R线,通过输电线的电流为I,学校输入电压为U2,下列计算输电线功率损耗的式子中,正确的是( )
答案:BCD
探究一
探究二
随堂检测
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?
(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?
(3)若将电压升高至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?它占输出功率的几分之几?
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
3.某小型水力发电站的发电输出功率为5×104 W,发电机的输出电压为250 V,输电线总电阻R线=5 Ω。为了使输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%,必须采用远距离高压输电的方法,在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器。设用户所需电压为220 V,不计变压器的能量损失。求:
(1)输电线上的电流。
(2)升、降压变压器原、副线圈的匝数比。
(3)可供多少盏“220 V 40 W”的白炽灯正常工作?
探究一
探究二
随堂检测
学习目标
1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关。
2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理。
3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题。
4.通过对远距离输电的学习,了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献,培养学生的社会责任感。
思维导图
必备知识
自我检测
一、输送电能的基本要求
1.可靠:保证供电线路可靠地工作,故障少。
2.保质:保证电能的质量——电压和频率稳定。
3.经济:输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少。
二、降低输电损耗的两个途径
1.输电线上的功率损失:ΔP=I2r,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
(1)减小输电线的电阻:在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积。
(2)减小输电导线中的电流:为减小输电电流,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电电压。
必备知识
自我检测
三、电网供电
1.远距离输电基本原理:远距离输电的示意图,如图所示。
在发电站内用升压变压器升压到几百千伏,然后进行远距离输电。到达数百千米甚至数千千米之外的用电区之后,先后经“一次高压变电站”“二次变电站”降到10 kV左右,然后,一部分电能送往用电量大的工业用户,另一部分经低压变电站的降压变压器降压后供给其他用户。
必备知识
自我检测
2.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。
3.优点:
(1)减少发电设施的重复建设,降低一次能源的运输成本。
(2)可保证发电和供电的安全可靠,方便调整供需平衡,使电力供应更加可靠、质量更高。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。( )
解析:增加导线横截面积,减小了导线的电阻,发热功率减小。
答案:√
(2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的发热损耗。( )
解析:输送功率一定的情况下,电压越高,输电电流越小,导线上发热功率越小。
答案:√
(3)高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好。( )
解析:电压越高,对输电电路和变压器的要求就越高,技术难度增大,建造与维护成本增大。
答案:√
必备知识
自我检测
(4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。( )
解析:当发电厂与用户距离较近时可不用高压输电。
答案:×
(5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( )
解析:用户得到的电压取决于降压变压器。
答案:√
(6)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。( )
解析:由于输电导线有电阻,电路上电压会有损耗,升压变压器输入的电压大于降压变压器输出的电压。
答案:×
必备知识
自我检测
2.关于电能输送的以下分析,正确的是( )
C.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=IU知,输电导线上的功率损失与输电电压成正比
答案:C
必备知识
自我检测
3.如图所示是远距离输电的示意图,下列说法正确的是( )
A.a是升压变压器,b是降压变压器
B.a是降压变压器,b是升压变压器
C.a的输出电压等于b的输入电压
D.a的输出电压等于输电线上损耗的电压
解析:远距离输电先升压,后降压,选项A正确,选项B错误;由于输电线上有电压损耗,故a的输出电压等于b的输入电压与输电线上损耗的电压之和,选项C、D错误。
答案:A
探究一
探究二
随堂检测
远距离输电损耗的产生及减损方法
情境探究
中国的特高压直流输电技术世界领先。2018年10月16日,世界首个海拔4 000米以上的高海拔特高压直流试验线段工程——中国电力科学研究院西藏高海拔特高压直流试验线段顺利通过验收。该试验线段具备高海拔苛刻条件下±500千伏、±800千伏、±1 100千伏、±1 300千伏直流及1 000千伏交流特高压工程试验能力,当之无愧地成了目前世界上海拔最高、电压等级最高、功能最全的特高压试验基地。请思考下面的问题:如图所示,输送功率为P,发电厂输出的电压为U,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,请思考:
探究一
探究二
随堂检测
(1)输电线中的电流为多少?在发电厂输送功率一定时,输电线中的电流与输电线电阻及用电器电阻有关系吗?
(2)输电线上功率损失的表达式是什么?
(3)为什么远距离输电必须用高压呢?
(3)因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI得,要减小能量损耗,就要减小输电电流I,必须提高输出电压U。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
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
(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。
(2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为
探究一
探究二
随堂检测
3.减小电压、功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻
由R=ρ 可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体横截面积可减小电阻。
(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。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1(多选)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,则下列关系式正确的是( )
探究一
探究二
随堂检测
答案:BD
规律方法输送的功率(电压)、损失的功率(电压)、用户得到的功率(电压)分别对应于输电过程的“始”“中”“末”。只有理解好“输送”“损失”“得到”的含义,才能避免“张冠李戴”。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1我国已投产运行的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、乙两地原来用500 kV的超高压输电,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,不考虑其他因素的影响。则( )
A.输电电流变为原来的2倍
B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍
探究一
探究二
随堂检测
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
远距离输电电路的分析与计算
情境探究
某发电站向远处送电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。请思考:
(1)用图中的电压和电流表示出四个功率和损耗功率,并写出它们间的关系。
(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?
探究一
探究二
随堂检测
要点提示:(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
输送过程如图所示,可以划分为三个回路
探究一
探究二
随堂检测
(1)分析远距离输电线路的有效方法是理清三个回路,抓住两个联系,掌握一个定律,其关系如下表所示:
探究一
探究二
随堂检测
(1)注意区别:①输电电压U与输电线上降落的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损失的功率ΔP。(2)抓住不变量:输送电功率不变,由P=UI判断出输电电流I的变化,从而由ΔU=IR、ΔP=I2R判断ΔU、ΔP的变化。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2如图所示,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(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器),若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。
(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。
(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%,求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。
探究一
探究二
随堂检测
答案:(1)6 250 V 16 A (2)15.625 Ω 6 000 V
探究一
探究二
随堂检测
规律方法远距离输电问题的四个关键
(1)画出一个模型——远距离输电模型图。
(2)抓住输电的两端——电源和用电器。
(3)分析导线——输电导线。
(4)研究两次电压变换——升压和降压。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2某交流发电机输出功率为5×105 W,输出电压为U=1.0×103V,假如输电线的总电阻R=10 Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U用户=380 V。
(1)画出输电线路的示意图;(标明各部分的符号)
(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的变压器是理想变压器)
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)输电线路示意图如图所示。
答案:(1)见解析图 (2)1∶10 25∶1
探究一
探究二
随堂检测
1.(多选)发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线总电阻为R线,通过输电线的电流为I,学校输入电压为U2,下列计算输电线功率损耗的式子中,正确的是( )
答案:BCD
探究一
探究二
随堂检测
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?
(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?
(3)若将电压升高至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?它占输出功率的几分之几?
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
3.某小型水力发电站的发电输出功率为5×104 W,发电机的输出电压为250 V,输电线总电阻R线=5 Ω。为了使输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%,必须采用远距离高压输电的方法,在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器。设用户所需电压为220 V,不计变压器的能量损失。求:
(1)输电线上的电流。
(2)升、降压变压器原、副线圈的匝数比。
(3)可供多少盏“220 V 40 W”的白炽灯正常工作?
探究一
探究二
随堂检测