2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第二章第7节

(共44张PPT)
第七节　远距离输电
课标定位
学习目标：
1.了解交变电流从发电站到用户的输电过程．
2．知道远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理．
3．知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算．
重点难点：
1.远距离输电的原理及如何减少输电过程中的电能损失．
2．对远距离输电原理图的理解．
第七节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、从发电站到用户的输电线路
图2－7－1
1．输电线路的构成
输电过程一般要从发电站开始，经过_______变压器，高压变电所、______变电所后，才能提供给工厂和一般用户．输电过程示意图如图2－7－1所示，主要有：发电机、______变压器、输电线路、_______变压器、用电器．
升压
低压
升压
降压
2．实验与探究
根据教材中所提供的探究方案，我们通过实验可以得到如下实验结果：
(1)第一次当用带鳄鱼夹的导线夹在电阻两端时，小灯泡亮度增加，电压表示数也增加，这是因为导线上的电阻被短路，它上面分担的电压减小，灯泡上的电压增大．这说明输电线上的电阻越大
，用户得到的电能_________．
越少
(2)第二次把带鳄鱼夹的导线夹在电阻两端时，小灯泡亮度也会增加，且在第二种情况下比第一种情况下灯光更亮，这是因为我们用了较高的电压输送电能，使其在输电线上损失的电能_________了．
减少
二、为什么要用高压输电
1．损失电能的分析
任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方时，电流流过输电线，因输电线有电阻而________，从而损失__________．
设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失P损＝________.
发热
电功率
I2·R
设输送电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为l，横截面积为S，电阻率为ρ，则输电电流I＝_____，输电线电阻为R＝______.
所以输电线上的功率损失可表示为P损＝_______.
2．输送电能的基本要求
(1)可靠：保证供电线路正常工作．
(2)保质：保证供电质量——电压和频率要_______．
(3)经济：线路建设和运行的费用低——能耗_____、电价_____．
稳定
少
低
电阻
铜或铝
(2)减小输电电流I，据I＝
①减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的．
②提高输电电压U：在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，据P损＝_________知，输电线上的功率损耗将降为原来的 ________.
根据以上分析知，在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中______的方法．
电流
思考感悟：
高压输电是否电压越高越好
提示：电压升高，导致会对空气放电，这就对导线的绝缘性能提出了更高的要求．另外高压送电对变压器也提出了更高的要求．因此输电电压也不是越高越好．在实际输电过程中输电电压要根据输送功率的大小、距离的远近、技术和经济各方面因素综合考虑．
三、直流输电
1．直流输电电路的构成
图2－7－2
2．高压直流输电与高压交流输电的比较
(1)交流输电造成电压损失的原因既有电阻又有感抗和容抗．
(2)直流输电系统只在输电环节是直流发电环节和用电环节是交流．
核心要点突破
一、输电线路上的电压损失和功率损失
1．输电线路的构成
输电线路主要由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成，如图2－7－3所示．
图2－7－3
2．输电线上的电压损失和功率损失
由于输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U3比起始端电压要低，这就是输电线路上的电压损失ΔU＝U2－U3＝IR线．
由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了．这是输电线上功率损失的主要原因．设输电电流为I，输电线的电阻为R线，则功率损失为ΔP＝I2R线．
②减小输电线的长度L不可行，因为要保证输电距离．
③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积．太粗不可能，既不经济又架设困难．
用增大输电导线横截面积的方法来减小电阻，对低压照明电路有效，在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大，故这种方法在高压输电中的应用效果不佳．
(2)减小输电电流：在输电功率一定的条件下，根据P＝UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U.
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是(　　)
A．由功率P＝U2/R，应降低输电电压，增大导线电阻
B．由P＝IU，应降低输电电压，减小输电电流
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.因为输电线上的功率损耗ΔP＝I2R＝(P/U)2·R，其中P为输电功率，U为输电电压，I为输电电流，R为导线电阻，要减小远距离输电线上的功率损耗，需减小导线电阻或减小输电电流，C项对；或者提高输电电压以减小输电电流，A、B错．
二、远距离高压交流输电
1．远距离输电电路分析
两个变压器的铁芯将整个电路分为三个独立的电流回路，如图2－7－4所示：
图2－7－4
交流发电机作为电源，升压变压器的原线圈作为负载，构成第一个回路；
升压变压器的副线圈作为电源，输电线电阻和降压变压器的原线圈串联作为负载，构成第二个回路；
降压变压器的副线圈作为电源，用户的用电器作为负载构成第三个回路．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．如图2－7－5为演示远距离输电的装置，理想变压器B1、B2的变压比分别为1∶4和5∶1，交流电源的内阻r＝1 Ω，三只灯泡的规格均为“6 V 1 W”，输电线总电阻为10 Ω.若三只灯泡都正常发光，则交变电源的电动势E为多大？
图2－7－5
答案：8.15 V
课堂互动讲练
电压损失和功率损失的计算
(双选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为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(　　)
例1
【答案】　BD
关于远距离输电的定性分析
例2
(双选)某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变压器升压，然后通过高压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至村寨中各用户．设变压器都是理想的，那么随着村寨中接入电路的用电器消耗的总功率的增加，则(　　)
A．通过升压变压器初级线圈中的电流变大
B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路上的电压损失变大
D．降压变压器次级线圈两端的电压变大
【精讲精析】　接入电路的用电器消耗的总功率增加， 电路传输的功率就要增加，因此通过升压变压器初级线圈中的电流变大，则其次级线圈即输电线上的电流增加，高压输电线路上的电压损失变大，A、C对；根据U1∶U2＝n1∶n2知升压变压器次级线圈两端的电压不变，因输电线上的电压降增大，所以降压变压器初级线圈两端的电压减小，则降压变压器次级线圈两端的电压变小，B
、D错．
【答案】　AC
远距离高压输电过程的计算和设计
例3
一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，输出电压恒为500 V，现用电阻率为1.8×10－8 Ω·m，横截面积为10－5 m2的输电线向4.0×103 m远处的用电单位输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率为发电机总功率的4%，求：
(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
(2)如果用户用电器的额定电压为220 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
【答案】　(1)1∶12　(2)288∶11
【易误警示】　本题容易出现的错误是将远距离输电的第二个回路中U2＝U3＋U线错认为U2＝U3或U2＝U线；另外，此回路不能用闭合电路欧姆定律．
变式训练
某交流发电机输出功率为5.0×105 W，输出电压为U＝1.0×103 V，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＝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、副线圈的匝数比各是多少？(使用的变压器是理想变压器)
解析：(1)画出输电线路示意图如图所示．
答案：见解析
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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