2018版高中物理第4章远距离输电4.3电能的远距离传输学案鲁科版

1、第3讲电能的远距离传输目标定位1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3. 了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4. 了解高压直流输电的原理.二预包导矍£楂理识记点拨一、为什么要采用高压输电1 .电功率损失(i)损失的电功率p=殳，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次 方成正比.(2)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电流的方法.2 .电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法,或减小输电线电阻的方法.3 .高压输电

2、：由 P= UI知，在保证P不变的情况下，必须提高输送电压U,才能减小电流I.二、高压交流输电1 .远距离输电的基本思路.如图 1所示.在发电站内用升压变压器升高电压.然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压.图12 .电网通过网状的输电线、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.3 .电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益.(2)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高.三、高压直流输电直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线.整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换F课堂讲义 建理

3、南深化探究一、降低输电损耗的两个途径1 .输电导线上的功率损失(1)损失功率计算：设输电电流为I,输电线电阻为 R线，则输电线上的功率损失为AP= I2R线.(2)减小输电线上功率损失的方法：减小输电线的电阻 R线：由R线=p &得,要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小 p ,S增大S.减小输电电流I :由P= UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流.采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施.2 .输电线上的电压损失AU= U- U ',(1)输电线路始端电压 U跟末端电压U'的差值，称为输电线路上的电压损失, P如图2所小，

4、电压损失还可以表本为A U=旧线=线.用电设备图2(2)减少输电线上电压损失的方法：减小输电线的电阻.提高输送电压.【例1】远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是 (不考虑电抗产生的损失)()A.功率损失是原来的-B.功率损失是原来的 4 nn，,，1，、C.电压损失是原来的-D.电压损失是原来的 n倍 n答案 BC ，八P解析 设输电电压为 U,所输送的功率为 P,输电线路总电阻为 R线，则输电电流I线=)，线 oP2鼻1 路的功率损失 AP= I iR线=-厂，可知AP了，当输电电压 U升高为原来的n倍时，功率损1 PRt1失变为

5、原来的1,故选项B正确；线路上的电压损失 AU= I线R线 = -iT,可知AU-,当输电 nUU1 一 . 一 一电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的故选项C正确.nR线，通过导线的针对训练 发电厂发电机的输出电压为U,发电厂至学校的输电线总电阻为电流为I ,学校输入电压为 12,下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是A.U(U出2B. R戋C. I2R 线D. I(U U)答案 BCD12戋U解析 输电线功率损耗 P损=I2R线 = E-=IU线，其中U线=UU,故R C、D正确.R二、远距离输电及基本关系1 .输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成.

6、2 .远距离输电的基本关系(如图3所示)弁压变用器降压变压耦(1)功率关系P=F2, R=R, F2=AP+ P3一能量守恒(2)电压、电流关系U 巾12 n212 Un3口 U4=n4I4- rr理想变压器I 3L2= A U+ U, 12= 13= I线一串联电路中电压、电流关系P2 P3 U2 U3(3)输电导线中电流： I线=77=；?=一一. U2 U3 R(4)输电导线上损耗的电功率：A P= A UI 线=I lsR=2R线.3 .特别强调(1)升压变压器副线圈的电压U不等于降压变压器原线圈的电压U,输电线上的电压损失AU=I线R线，输电线上的功率损耗A P= I1R线.(2)计

7、算输电线的电阻时，应注意输电线长度为距离的两倍.(3)处理远距离输电问题.首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置;其次解题时要抓“两头”一一电源、用电器.要注意“中间两条线”一一输电线，以变压器 为界将整个输电电路划分为三个独立的回路.以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算.【例2 发电机两端电压为 220V,输出功率44k皿输电导线的总电阻为 0.2 Q ,如果用原、副线圈匝数之比为1 ： 10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10 ： 1的降压变压器降压供给用户.(1)画出全过程的

8、线路示意图;(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率.答案见解析解析(1)示意图如图所示. _、* . ,n2P入=P出，(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U = U = 2200V.据理想变压器n1一3P 44X103则升压变压器副线圈的输出电流I2=R= oonn A= 20A,输电线上的功率损失和电压损失分U22200别为P®= I 2r线=202X 0.2W= 80W.U®= A U= I 2R线=20 X 0.2V = 4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为Us=U2-U®= 2200V-

9、4V= 2196V,I3=I2=20A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为m 1U4=nUs = -X 2196V= 219.6V,n3I4=-I3= 10X 20A= 200A.n4用户得到的功率为 P4= U4I 4= 219.6 X 200W= 4.392 X 104W.若直接用220V低压供电，电路如图所示，则输电电流 I3P 44 X 10人U = 220 A= 200A-输电线路上的电压损失 AU' = I' R线=200X0.2V =40V.所以用户得到的电压U2' = U A U' = 220V- 40V= 180V,用户得到的功率为 P=U2

10、r = 180X 200VW= 3.6X104W.发电机仃产220 Y对点练习上巩固应用反馈输电线上损耗的问题1.某发电厂原来用电压为 U的交流电输电，后改用变压比为1 ： 50的升压器将电压升高为 U后输电，输送的电功率保持不变.若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是A.由公式B.由公式C.由公式D.由公式P，一1I =;7可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的U250125002500 倍I =占可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍P= I2R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的p= R2可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的答案 AC,U1 ni，,

11、，、,. P 解析 由n=一可知，U2=50U,输送功率不变，由公式 I =正可知，输电线中的电流变为原来U2 n2U2的白，选项A正确；由P= L=fP）-R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的 4V C选50U2500项正确；B、D选项中的U2应为损失的电压，所以选项B D是错误的.2.某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给 500km外的用户，其输出电功率是3X 106kW.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是（）A.输电线上输送白电流大小为2X105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9X108kWD.输电线上损失的功率

12、为AP= U, U为输电电压，R为输电线的电阻R答案 B P 3X 106x 1033解析 输电线上输送的电流为I =U= 500><103 A= 6X103A, A错；输电线上损失的电压为U 损=IR = 6X103X2.5V= 1.5 X 104V= 15kV, B项正确；当用 5kV电压输电时，输电线上损失的功率若超过3x io6kw与实际情况相矛盾， 故c项错误；当用公式ap=卫计算损失的功率时， RU为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误.远距离高压输电的应用3.某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，发电机的输出电压为200V,输电线总电阻为r,升压变压器原、副线

13、圈匝数分别为m、小，降压变压器原、副线圈匝数分别为m、5(变压器均为理想变压器).要使额定电压为 220V的用电器正常工作，则()升压变压器降压变压器图4n2 n3A. > 一 ni n4n2n3B. 一<一 nin4C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案 AD解析由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变n2 n3压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有一一,ni n4故A项对，B、C项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知 D项也正确.4.在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失.有一个电站，输送的电功率为P= 500kW当使用 U= 5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度.求：(1)这时的输电效率 Y和输电线的总电阻 R线；(2)若想使输电效率提高到98%又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？答案(1)60% 20 a (2)22.4kV解析(1)由于输送功率为