2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册 3.4 电能的输送 课件（29张PPT）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册 3.4 电能的输送 课件（29张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-23 06:44:13 | ||
图片预览
文档简介
第三章 交变电流
第四节 电能的输送
第四节|电能的输送
核心素养点击
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}物理观念
知道远距离输电时通常采用高压输电的原因；知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，理解降低这两种损失的途径
科学思维
通过对远距离输电原理的分析，并经历具体计算及实验验证的过程，使学生学会分析、解决问题的基本方法
科学探究
了解远距离输电过程；了解电网供电的优点和意义
科学态度与责任
体会物理知识在生产、生活中的巨大作用，激发学生学好知识、投身祖国建设的热情
思维导图
新课引入新知初感悟
1、变压器的工作原理。
2、变压器原、副线圈的功率关系。
3、变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系。
生活中，变压器已经得到了普遍使用，可以满足各种用电器的电压需求。在电能的输送过程中，变压器又起着怎样的作用呢？
本节课我们将学习变压器的另一个重要应用——电能的输送。
知识回顾——变压器
一、电能输送
发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？
通过架设高压电线进行输送。
输送电能的基本要求是什么？
输送电能的基本要求是可靠、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——电压和频率稳定。经济，则是指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
【思考与讨论】怎样才能在输电过程中减少电能的损失？
依据功率损失?????=????2????线，可知降低输电损耗有两个途径：
（1）减小导线的电阻????线；
（2）减小输电线中的电流????。
?
如何减小导线的电阻和导线中的电流？
依据????线=????????????可知减小电阻的主要方法：
（1）减小材料的电阻率????。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作为输电材料。
（2）减小输电线的长度????。在实际中不可行，因为要保证输电距离。
?
（3）增加导线的横截面积。可适当增大导线的横截面积，但是不能太大，因为导线太粗，质量就会大，既不经济又架设困难。
【思考与讨论】
思考：如何减小导线中的电流？
依据????=????????可知减小电流的主要方法：
（1）减小输送功率????。在实际中不可行，不能让用户少用电或不用电来达到减少损耗的目的。
（2）提高输电电压????。在输送功率????一定时，输电线电阻????一定的条件下，输电电压提高到原来的????倍，输电线上的功率损失降为原来的 1????2。
?
讨论：降低输电损耗的两个途径中，哪一个更有效？
减小导线电阻的方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。减小输电线中电流的方法，从焦耳定律公式可以看出，是很有效的。若电流减小一半，损失的电能就降为原来的四分之一。
【结论】
要减小电能的损失，必须减小输电电流。减小输电电流，必须提高输电电压。
【典例一】
1、高压输电过程中，输电电压为????，输电功率为????，输电导线上电阻为????，则下列说法中错误的是( )
A．损耗的功率为 ????2????
B．输电导线上的电流为 ????????
C．损失的电压为 ????????????
D．用户得到的功率为 ?????????2????2????
?
解题思路：根据????=????????得，输电导线上的电流为????=???????? ，则输电导线上损耗的功率为????损=????2????=????2????2????，故A错误，B正确；根据欧姆定律可得????损?=????????=????????????，故C正确；根据能量守恒定律可知，用户得到的功率为????′=?????????2????2????，故D正确，A符合题意。
答案：A
?
小组讨论
如何解决远距离输电问题？
解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图所示，并将已知量和待求量标在电路图的相应位置。
1、电路被划分为多个回路，在每个回路中可以应用相应的电压、电流、功率之间的关系分析，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。
2、明确高压输电中几个电压的意义
（1）输送电压：输电线始端电压，图中????2?；
（2）用户电压：最终用户得到的电压，图中????4 ；
（3）损失电压：输电线始端与末端电压的差值????线=????2?????3=????2????线。
?
3、远距离输电的基本关系
（1）功率关系： ????1=????2，????2=????线+????3，????3=????4
（2）电压关系： ????1????2=????1????2?， ????3????4=????3????4， ????2=????3+????线
（3）电流关系： ????1????2=????2????1， ????3????4=????4????3， ????2=????3=????线
（4）输电电流： ????2=????2????2
（5）输电线上损耗的电压与功率：????线=????线????线=????2?????3 ， ????线=????2?????3=????线2????线=????2????22????线
?
【总结】
1、对确定的输电电路，若用户消耗的功率增大，则输送功率、电线损耗的功率均增大。
2、在输电功率一定的情况下，提高输电电压，可以减少输电线上的功率损失和电压损失。
【典例二】
2、如图为远距离输电的原理图，已知升压变压器原、副线圈的匝数分别为????1、?????2，两端电压分别为????1、?????2，电流分别为????1、?????2，升压变压器到降压变压器之间输电线上的总电阻为????，变压器均为理想变压器，若保持发电厂的输出电压不变，则下列说法正确的是 )
A.远距离输电线上的电流 ????2=????2????
B.远距离输电线上损失的功率?????=????22????
C.若用户端负载增加，那么用户端电压????4变大
D.无论用户端的负载如何增加，始终有????1????1=????2????2
?
解题思路：????是输电线上的电阻， ?????是输电线上电阻两端的电压则输电线上的电流为????2=????????????，且????????=????2?????3，故A错误；远距离输电线上损失的功率为Δ????=????22????=?????2????，故B错误；发电厂的输出电压????1不变，且????1????2=????1????2，则????2不变，用户端负载增加，则????增大，输电电流????2=????????2变大，则损失电压????????变大，所以????3=????2?????????减小，因为????3????4=????3????4，故????4减小，故C错误；变压器均为理想变压器，根据能量守恒可得，无论用户端的负载如何变化，始终有????1=????2，即????1????1=????2????2，故D正确.
答案：D
?
三、电网供电
居民生活区用电和工业区用电的电压需求是不同的，高压输电过程中，是如何满足这一要求的？
通过高压变电站和低压变电站分别升高和降低电压，以达到电压需求。
采用电网送电，是输电技术的重要发展。可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。电网可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就使得电气化社会的主要能源——电力的供应更加可靠，质量更高。
【基础练习】
1、如图为某小型水电站电能输送的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器????1?的原、副线圈匝数比为1:20，降压变压器????2的原、副线圈匝数比为3:1。升压变压器原线圈两端接入一电压????=????msin????????的交流电源，用户的总电阻为????（可视为纯电阻），输电线的总电阻????=????，不考虑其他因素的影响，用户获得的电压????为（ ）
A. 22????m B. 32????m? C. 4????m? D. 6????m
?
答案：B
解析：升压变压器原线圈两端的电压的有效值为????1=????m2，升压变压器副线圈两端的电压为????2=20×????m2=102????m，输电线路上损失的电压为????????=????????=????????，故降压变压器原线圈两端的电压为????3=????2?????????，降压变压器副线圈两端的电压????=13????3，流过降压变压器的副线圈的电流????′=3????，则????=3????????，联立解得????=32????m，故选项B正确。
?
2、“中国速度”在新冠肺炎疫情面前再一次被激发，10天建成火神山医院，通过验收并按时移交.火神山医院安装有24台箱式变压器，铺设电力电缆达10千米.发电站利用输电线路远距离向医院输送一定功率的交流电，若输送电压提高到原来的????倍，则( )
A.输电线上损失的电压减少到原来的 ?????1????
B.输电线上损失的电压减少到原来的 1????
C.输电线上损失的电能减少到原来的 ????2?1????2?
D.输电线上损失的电能不变
?
答案：B
解析：输送的功率一定，根据????=???????? ，可知输电电压越高，输电电流越小，若输送电压提高到原来的????倍，则电流减小到原来的1???? ，根据????=????????，可知输电线上损失的电压减少到原来的1????，故A错误，B正确；根据????损?=????2????，可知输电线上损失的功率减少到原来的1????2?，则输电线上损失的电能减少到原来的1????2，故C、D错误
?
3、如图所示，发电站通过升压变压器、高压输电线路和降压变压器将产生的电能输送给用户，已知某发电站输出功率为500 kW，输出电压为500 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1:5，高压输电线路的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器的能量损耗，其余线路电阻不计，则( )
A.升压变压器的副线圈两端的电压为2 500 V
B.输电线路上损耗的功率为30 kW
C.降压变压器的原、副线圈匝数比为5:1
D.用户得到的功率为440 kW
答案：AD
解析：升压变压器的副线圈两端电压????2=????2????1????1=2?500?V；输电线上的电流为????=????1????2=200?A，输电线上的功率损耗为????=????2????=60?000?W；输电线上的电压损耗????=????????=300?V，降压变压器原线圈电压为????3=????2?????=2?200?V，降压变压器的原、副线圈匝数比为????3????4=????3????4=101；用户得到的功率????用=????1?????=440?kW 。正确选项为AD。
?
谢谢！
第四节 电能的输送
第四节|电能的输送
核心素养点击
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}物理观念
知道远距离输电时通常采用高压输电的原因；知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，理解降低这两种损失的途径
科学思维
通过对远距离输电原理的分析，并经历具体计算及实验验证的过程，使学生学会分析、解决问题的基本方法
科学探究
了解远距离输电过程；了解电网供电的优点和意义
科学态度与责任
体会物理知识在生产、生活中的巨大作用，激发学生学好知识、投身祖国建设的热情
思维导图
新课引入新知初感悟
1、变压器的工作原理。
2、变压器原、副线圈的功率关系。
3、变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系。
生活中，变压器已经得到了普遍使用，可以满足各种用电器的电压需求。在电能的输送过程中，变压器又起着怎样的作用呢？
本节课我们将学习变压器的另一个重要应用——电能的输送。
知识回顾——变压器
一、电能输送
发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？
通过架设高压电线进行输送。
输送电能的基本要求是什么？
输送电能的基本要求是可靠、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——电压和频率稳定。经济，则是指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
【思考与讨论】怎样才能在输电过程中减少电能的损失？
依据功率损失?????=????2????线，可知降低输电损耗有两个途径：
（1）减小导线的电阻????线；
（2）减小输电线中的电流????。
?
如何减小导线的电阻和导线中的电流？
依据????线=????????????可知减小电阻的主要方法：
（1）减小材料的电阻率????。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作为输电材料。
（2）减小输电线的长度????。在实际中不可行，因为要保证输电距离。
?
（3）增加导线的横截面积。可适当增大导线的横截面积，但是不能太大，因为导线太粗，质量就会大，既不经济又架设困难。
【思考与讨论】
思考：如何减小导线中的电流？
依据????=????????可知减小电流的主要方法：
（1）减小输送功率????。在实际中不可行，不能让用户少用电或不用电来达到减少损耗的目的。
（2）提高输电电压????。在输送功率????一定时，输电线电阻????一定的条件下，输电电压提高到原来的????倍，输电线上的功率损失降为原来的 1????2。
?
讨论：降低输电损耗的两个途径中，哪一个更有效？
减小导线电阻的方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。减小输电线中电流的方法，从焦耳定律公式可以看出，是很有效的。若电流减小一半，损失的电能就降为原来的四分之一。
【结论】
要减小电能的损失，必须减小输电电流。减小输电电流，必须提高输电电压。
【典例一】
1、高压输电过程中，输电电压为????，输电功率为????，输电导线上电阻为????，则下列说法中错误的是( )
A．损耗的功率为 ????2????
B．输电导线上的电流为 ????????
C．损失的电压为 ????????????
D．用户得到的功率为 ?????????2????2????
?
解题思路：根据????=????????得，输电导线上的电流为????=???????? ，则输电导线上损耗的功率为????损=????2????=????2????2????，故A错误，B正确；根据欧姆定律可得????损?=????????=????????????，故C正确；根据能量守恒定律可知，用户得到的功率为????′=?????????2????2????，故D正确，A符合题意。
答案：A
?
小组讨论
如何解决远距离输电问题？
解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图所示，并将已知量和待求量标在电路图的相应位置。
1、电路被划分为多个回路，在每个回路中可以应用相应的电压、电流、功率之间的关系分析，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。
2、明确高压输电中几个电压的意义
（1）输送电压：输电线始端电压，图中????2?；
（2）用户电压：最终用户得到的电压，图中????4 ；
（3）损失电压：输电线始端与末端电压的差值????线=????2?????3=????2????线。
?
3、远距离输电的基本关系
（1）功率关系： ????1=????2，????2=????线+????3，????3=????4
（2）电压关系： ????1????2=????1????2?， ????3????4=????3????4， ????2=????3+????线
（3）电流关系： ????1????2=????2????1， ????3????4=????4????3， ????2=????3=????线
（4）输电电流： ????2=????2????2
（5）输电线上损耗的电压与功率：????线=????线????线=????2?????3 ， ????线=????2?????3=????线2????线=????2????22????线
?
【总结】
1、对确定的输电电路，若用户消耗的功率增大，则输送功率、电线损耗的功率均增大。
2、在输电功率一定的情况下，提高输电电压，可以减少输电线上的功率损失和电压损失。
【典例二】
2、如图为远距离输电的原理图，已知升压变压器原、副线圈的匝数分别为????1、?????2，两端电压分别为????1、?????2，电流分别为????1、?????2，升压变压器到降压变压器之间输电线上的总电阻为????，变压器均为理想变压器，若保持发电厂的输出电压不变，则下列说法正确的是 )
A.远距离输电线上的电流 ????2=????2????
B.远距离输电线上损失的功率?????=????22????
C.若用户端负载增加，那么用户端电压????4变大
D.无论用户端的负载如何增加，始终有????1????1=????2????2
?
解题思路：????是输电线上的电阻， ?????是输电线上电阻两端的电压则输电线上的电流为????2=????????????，且????????=????2?????3，故A错误；远距离输电线上损失的功率为Δ????=????22????=?????2????，故B错误；发电厂的输出电压????1不变，且????1????2=????1????2，则????2不变，用户端负载增加，则????增大，输电电流????2=????????2变大，则损失电压????????变大，所以????3=????2?????????减小，因为????3????4=????3????4，故????4减小，故C错误；变压器均为理想变压器，根据能量守恒可得，无论用户端的负载如何变化，始终有????1=????2，即????1????1=????2????2，故D正确.
答案：D
?
三、电网供电
居民生活区用电和工业区用电的电压需求是不同的，高压输电过程中，是如何满足这一要求的？
通过高压变电站和低压变电站分别升高和降低电压，以达到电压需求。
采用电网送电，是输电技术的重要发展。可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。电网可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就使得电气化社会的主要能源——电力的供应更加可靠，质量更高。
【基础练习】
1、如图为某小型水电站电能输送的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器????1?的原、副线圈匝数比为1:20，降压变压器????2的原、副线圈匝数比为3:1。升压变压器原线圈两端接入一电压????=????msin????????的交流电源，用户的总电阻为????（可视为纯电阻），输电线的总电阻????=????，不考虑其他因素的影响，用户获得的电压????为（ ）
A. 22????m B. 32????m? C. 4????m? D. 6????m
?
答案：B
解析：升压变压器原线圈两端的电压的有效值为????1=????m2，升压变压器副线圈两端的电压为????2=20×????m2=102????m，输电线路上损失的电压为????????=????????=????????，故降压变压器原线圈两端的电压为????3=????2?????????，降压变压器副线圈两端的电压????=13????3，流过降压变压器的副线圈的电流????′=3????，则????=3????????，联立解得????=32????m，故选项B正确。
?
2、“中国速度”在新冠肺炎疫情面前再一次被激发，10天建成火神山医院，通过验收并按时移交.火神山医院安装有24台箱式变压器，铺设电力电缆达10千米.发电站利用输电线路远距离向医院输送一定功率的交流电，若输送电压提高到原来的????倍，则( )
A.输电线上损失的电压减少到原来的 ?????1????
B.输电线上损失的电压减少到原来的 1????
C.输电线上损失的电能减少到原来的 ????2?1????2?
D.输电线上损失的电能不变
?
答案：B
解析：输送的功率一定，根据????=???????? ，可知输电电压越高，输电电流越小，若输送电压提高到原来的????倍，则电流减小到原来的1???? ，根据????=????????，可知输电线上损失的电压减少到原来的1????，故A错误，B正确；根据????损?=????2????，可知输电线上损失的功率减少到原来的1????2?，则输电线上损失的电能减少到原来的1????2，故C、D错误
?
3、如图所示，发电站通过升压变压器、高压输电线路和降压变压器将产生的电能输送给用户，已知某发电站输出功率为500 kW，输出电压为500 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1:5，高压输电线路的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器的能量损耗，其余线路电阻不计，则( )
A.升压变压器的副线圈两端的电压为2 500 V
B.输电线路上损耗的功率为30 kW
C.降压变压器的原、副线圈匝数比为5:1
D.用户得到的功率为440 kW
答案：AD
解析：升压变压器的副线圈两端电压????2=????2????1????1=2?500?V；输电线上的电流为????=????1????2=200?A，输电线上的功率损耗为????=????2????=60?000?W；输电线上的电压损耗????=????????=300?V，降压变压器原线圈电压为????3=????2?????=2?200?V，降压变压器的原、副线圈匝数比为????3????4=????3????4=101；用户得到的功率????用=????1?????=440?kW 。正确选项为AD。
?
谢谢！