高中人教物理选择性必修二3.4 电能的输送（导学案）-同步备课

1、3.4 电能的输送1.了解电能的输送过程中电压与功率都存在着必然的损耗；2.知道降低输电损耗的两个途径要从控制输电电阻，提高输电电压作为出发点来进行研究；3.能够结合物理规律与公式推导出U用、U损、P用、P损的表达式，并清楚表达式中各物理量的意义及相互关系。【重点】高压输电的基本工作原理及降低电能消耗的两种途径。【难点】高压输电的数学推导过程及各物理量之间的相互关系。 【课前自主学习】一、知识前置1. 减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R线由R线eq f(L,S)知，可采用加大导线的_、采用_的材料做导线(2)减小输电导线中的电流在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必

2、须提高_2. 远距离输电各物理量间的关系(如图所示)(1)电压、电流关系：eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)eq f(I2,I1)，eq f(U3,U4)eq f(n3,n4)eq f(I4,I3)，U2_U3，I2I3I线(2)功率关系：P1P2，P3P4，P2_P3.(3)输电电流：I线eq f(P2,U2)eq f(P3,U3)_(4)电压损失：(1)U_；(2)U_(5)功率损失：(1)PP2P3；(2)P_eq f(U2,R线).二、新知学习一、电能的输送1.思考：我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区 , 而用电量大的城市多在东部沿海地区。从发电厂到用电量大的区域的远距离输

3、电中，如何减少电能的损耗？ 风力发电 高压输电2.电能的突出优点便利性：便于远距离输送3.输送电能的基本要求可靠：保证供电线路可靠地工作,少有故障和停电保质：保证电能的质量（电压和频率稳定）经济：输电线路建造和运行的费用低,电能损耗小二、输电损耗的两种形式1、电压损失2、电功率损失输电电流，I=_;电压损失U损=_;功率损失P损=_;用户得到U用=_;用户得到P用=_;随堂思考与讨论怎样计算输电线路损失的功率?2.在输电电流一定的情况下,如果线路的电阻减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一? 在线路电阻一定的情况下,如果输电电流减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一?3

4、.通过第2步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？4.怎样计算用户消耗的功率P用？三、降低输电损耗的两个途径如果输送的电功率为P，输送电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为 。则输电线损耗功率为多少呢？则功率损耗为可表示为： 如何减少电能损失?途径一、减小输电线电阻R：减小输电线电阻R减小材料的电阻率减小输电线的长度L可适当增大导线横截面积S.减小输电电流I途径二、提高输电电压，减小输电电流I如果输电电压提高为原来的n倍则，P损= 说明输电电压也不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对

5、变压器的要求也相应提高。实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，依照不同情况选择合适的输电电压。三、远距离输电原理图 远距离输电原理图功率关系： 电压关系： 输电电流： 损耗功率： 四、电网供电什么是电网供电？现在世界各国都不采用一个电厂与一批用户的“一对一”的供电方式，而是通过网状的输电线、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.电网供电有什么好处？1、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；2、可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡；3、可以根据火电、水电、核电的

6、特点，合理地调度电力。五、输电技术的发展1882年，爱迪生在美国修建了第一个电力照明系统；每隔3 km 左右就要建立一个发电厂，否则灯泡因电压过低而不能发光；1882年，一个法国工程师修建了第一条远距离输电电路，将一个水电站发出的电送到57 km之外的慕尼黑；1891 年，德国建成170 km 的1530 kV 的高压输电线路，效率高达70% 80%。1893年，国修建尼亚加拉水电站时，经过反复论证，决定采用交流供电系统。1909至1912年，美国、德国建造100 kV的高压输电线路，从此高压输电技术迅速普及。现代，直流输电技术。在送电端有专用的“整流”设备将交流变换为直流，在用户端也有专用的

7、“逆变”设备再将直流变换为交流。思考：为什么要使用直流输电技术呢？长距离输电时，线路上的电容、电感对交变电流的影响也不能忽略，有时它们引起的电能损失甚至大于导线电阻引起的电能损失，为了减少感抗和容抗，在输电这个环节可以使用直流。直流输电需要专门的“整流设备”与“逆流设备”。1(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，采用高压输电的优点是()A可节省输电线的材料B可根据需要调节交流电的频率C可减少输电线上的能量损失D可加快输电的速度2如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是()A减小输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的功率损

8、耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D高压输电一定是电压越高越好3远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()A.eq f(I1,I2)eq f(n1,n2) BI1U1Ieq oal(2,2)RCI1U1I2U2 DI2eq f(U2,R)4远距离输电中，当输送的电功率为P，输送电压为U时，输电线上损失的电功率为P，若输送的电功率增加为4P，而输电线中损失的电功率减为eq f(P,4)，输电线电阻不变，那么输电电压应增为()A3

9、2U B16U C8U D4U5远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()A.eq f(I1,I2)eq f(n1,n2) BI2eq f(U2,R)CI1U1Ieq oal(2,2)R DI1U1I2U26如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220 V，正常情况下输出的总功率P08.8104 W，为了减少远距离输电过程中的电能损失，往往采用高压输电。输送电压为u1 100eq r(2)sin 200t (V)，输电导线的总电阻为r5 ，现要使额定电压

10、为220 V的用电器正常工作，下列说法正确的是()A输电线上的电流为220 AB降压变压器原、副线圈匝数比eq f(n3,n4)eq f(5,1)C用电器的额定功率P5.6104 WD用电器上的交流电的频率是50 Hz 参考答案1.【答案】AC【解析】设输电功率为P，输电电压为U，输电线的电阻为R，则输电线上损失的功率为P损eq blc(rc)(avs4alco1(f(P,U)2R，若P、R一定，则P损eq f(1,U2)，采用高压输电可以减少输电线上的电功率损失；若P损、P一定，则RU2，又Req f(L,S)，、L一定时输电导线的横截面积Seq f(1,U2)，采用高压输电可使输电导线的横

11、截面积大大减小，从而节省输电线的材料。故选项A、C正确。2.【答案】B【解析】依据题中输电原理，电路中的功率损耗PI2R线，而R线eq f(L,S)，减小输电线的横截面积，输电线的电阻会增大，则会增大输电线上的功率损失，A错误；由PUI可知，P一定的情况下，输送电压U增大，I减小，P减小，B正确；若输送电压一定，输送功率越大，则电流I越大，P越大，C错误；输送电压并不一定越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，D错误。3.【答案】C【解析】升压变压器原、副线圈的电流之比等于原、副线圈匝数的反比，故A错误；理想变压器的输入功率不等于输电线上损耗的功率，B错误；理想变压器的输入功率等于输

12、出功率，则U1I1U2I2，C正确；U2等于输电导线电阻两端电压及降压变压器初级线圈两端的电压之和，所以U2I2R，则I2eq f(U2,R)，D错误。4.【答案】C【解析】输电线上损失的电功率PI2Req blc(rc)(avs4alco1(f(P,U)2R，当输送的电功率P4P，而输电线中损失的电功率Peq f(P,4)时，由Peq blc(rc)(avs4alco1(f(P,U)2R得，输电电压U8U。故选C。5.【答案】D【解析】根据变压器的工作原理可知eq f(I1,I2)eq f(n2,n1)，所以选项A错误；因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系，所以选项B错误；U1I1U2I2，但U2I2Ieq oal(2,2)R，选项C错误，D正确。6.【答案】C【解析】由交流电瞬时值表达式u1 100eq r(2)sin 200t (V)，可得交流电频率为1