秋粤教版高中物理选修32第二章交变电流第七节电能输送预习导学案

秋粤教版高中物理选修32第二章交变电流第七节电能输送预习导教课方案秋粤教版高中物理选修32第二章交变电流第七节电能输送预习导教课方案PAGEPAGE6秋粤教版高中物理选修32第二章交变电流第七节电能输送预习导教课方案PAGE第七节电能的输送

【思想激活】

在我国城镇和农村电网的低压改造已基本结束，由于低压改造使我国广阔城乡住户获

得了优惠。农村电网改造前，某些农村经常出现以下现象〔离变压器较远的用户〕，〔1〕电

灯不亮，达不到额定功率，换额定功率越大的灯泡越是不亮；〔2〕日光灯不能够启动；〔3〕洗

衣机没劲等。特别是过节时现象更显然，这是为什么呢？

提示：低压输电线较细，电阻较大，导线的电压降较大，致使用户结尾电压远低于额

定电压〔有时甚至不高于160V〕。到了过节的时候，各家用电器增添，所适用电器都是并联连接，总电阻会更小，线路电流更大，输电导线上分得的电压变多，致使用户电压变低，就会出现上述现象。经过低太改造后，换上了合格的输电导线，以上现象就不显然了。

【自主整理】

为什么要采用高压输电

1〕电功率亏折：输电导线上有电阻，当电畅达逾期，由于电流的热效应会引起电功率的亏折。能够考虑经过减小输电导线的电阻或减小输送电流来减少电功率的亏折。

2〕电压亏折：导线上的电阻，电流流过电阻会带来电压的亏折。对交流电路，由于

电流的变化，输电导线上的自感作用会阻拦电流的变化，产生感抗。在空中架设的输电导线

与大地之间产生一个电容器，地下电缆或海底电缆与大地或海水之也会产生电容器，交流电

通逾期会产生容抗。感抗和容抗〔也叫电抗〕也会造成电压亏折。

3〕高压输电：减小电阻就要增粗导线，增粗导线有带来两个不利，其一，耗资更多的金属资料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压亏折。惟有采用小电流输电才会防备上述问题，在保证输送功率不变的情况下，减小电流必定靠提升电压来实现。

【妙手笔录】

怎样掌握远间隔输电的基本网络和功能关系？

分析：〔1〕远间隔输送电网基本结构：如图2-7-1所示

图2-7-1

〔2〕输电导线亏折的电功率：由P损=I线2R线可推得P损=(P)2R线U〔3〕两个基本公式：电压关系U升=U线+U降=IR线+U降

能量关系P出=P线+P降或IU升=I2R线+IU降。

总之，远间隔送电的电路属于非纯电阻电路、电功和电势不相当，电功率P=UI，电势

功率P线=I2rP2·r，在送电过程中，不变的是输送的总功率P，输电电流IP，绝U2U对不能够由I=U/R来求电流，这是由于输电线路其实不是纯电阻电路，且电压U没有全部降在输电线路的电阻R上。“提升电压，变低电流”可否与欧姆定律相矛盾？

分析：不矛盾。欧姆定律是对纯电阻耗能元件成立的定律，而“提升电压，变低电流”

是从输送角度，由P=IU，且P一一的条件下得出的结论，两者没有联系。

高压输电可否是电压越高越好？

分析：输电线上的电压亏折，不惟有导线电阻引起的电压亏折，而且有电抗引起的电

压亏折，电抗造成的电压亏折随电压的增大而增大，因此高压输电其实不是电压越高越好。

其余，电压越高，对线路和变压器的技术要求就越高，线路的修筑开支就会增添，因此实质输电时，综合考虑各样因素，依照不同样样的情况，选择适合的输电电压。

【名师解惑】

远间隔输电问题的解法

在中学物理中远间隔输电问题，由于涉及的物理量多、物理知识多、综合性强而成为

学习的重点和难点。为了连忙而正确地分析解答此类问题，应依照以下解法进行。

形式是：先画出输电线路简图，标出涉及的物理量〔如图2-7-2所示〕。注意搞清楚在发电厂和用户之间的一升一降变压器，把整个输电线路分成三个相互绝缘而又经过能量相互慎密联系的电路，再综合运用下面三方面知识求解。

图2-7-2〔1〕能量守恒：P源出=11=22=热损+用户+P线损=22=2线/RUIUIPPIRUP用户=UI=UI4432〔2〕电路知识：==+U=IREIr+UUIRU线112232〔3〕变压器知识〔理想〕：U1n1I2U3n3I4U2n2I1U4n4I2注意：高压输电电压指图中U2，输电线上亏折的电压指导线电阻R上的电压降：U线=I2R高压输电是怎样减小线路中功率亏折的？

分析：线路中的电阻是要耗资电能的，电阻越大，流过的电流越大，线路中耗资就越多，依照功率公式P损=I2R可知，减小线路上的功率亏折的形式有两个路子：第一、减小输电导线上的电阻R，据电阻定律R=ρl知，在实质输电线路中，输电导线s

的长度不能够减小，能够用电阻率ρ小的资料，像用铜和铝等，金、银属名贵金属，做输电

导线就不事实了，但在大范围集成电路里是要用这种金属导体的，最后一点是增大导体的横

截面积，这又给电路的铺设带来了困难，同时也会开支大量的金属资料。第二、减小输电电流I，依照公式I=P知，要减小电流，减小输送功率是过失的选择，U你的目标就是输送电能，再就是在提升电压上做文章，在输送功率必定、输电线电阻必定的

条件下，输电电压提升到原来的n倍，依照公式P损=〔P〕2R知。输电线上的功率亏折将U1降为原来是.

研究结论：采用高电压输电是减小输电线上功率耗资最有效、最经济的举措.

提升电压，就变低了电流，与欧姆定律相矛盾？

分析：不矛盾。欧姆定律是对纯电阻耗能元件成立的定律，而“提升电压，变低电流”是从输送角度，由P=IU，且P一一的条件下得出的结论，两者没有联系。【讲练互动】例1.某变电站用220V的电压输电，输电线上的功率亏折是输送功率的20%，若要使功率亏折降为输送功率的5%，则变电站的输电电压应为多少？分析：设输送功率为P送电电压U1=220V，亏折P1=20%P又P1=I21R线，而I1PU1则PP2R21U1线现要求P250%P，同理P2P2R线U22由①②式得：20%U225%U12因此2=21=440VUU答案：440V【讲练互动】1.有一台内阻为1的发电机，供给一个学校照明用电，如图2-7-3所示，升压变压器匝数比为1：4，降压变压器匝数比为4：1，输电线的总电阻=4，全校共有22个班，每R班有“220V40W”的电灯6盏，若保证电灯全部正常发光，求：图

2-7-3

〔1〕发电机输出功率多大？

〔2〕发电机电动势多大？

〔3〕输电效率是多少？

〔4〕若使用灯数减半正常发光，则发电机输出功率可否减半？

分析：题中未加特别说明，电压器即理想变压器，发电机的电动势

内阻上，另一部分为发电机的路端电压，由此张开分析

E，一部分降到电源

〔1〕对降压变压器

U2

I2

U3I3

nP灯

226

40W

5280W

而U214U3880V，因此I2nP灯5280A=6AU2880对升压变压器U1I1U2I2I22RU2I26245280W5424W因此P出=5424W。〔2〕由于U2U2I2R88064V904V，因此U11U21904V226V44又由于U1I1U2I2,I1U2I24I224A。U1EU1I1r226241V250V〔3〕ηP适用％5280％％P出100545410097〔4〕电灯减少一半时，n′P灯=2640W因此P出'n'P灯I2'2R2640W327W2676W发电机的输出功率减少一半还要多。

答案：〔1〕5424W

2〕250V

3〕97%

4〕2676W

例2.一台交流发电机的输出电压为250V，输出功率为100kW，向远处输电所用输电线的总电阻为8Ω，要使输电线上的功率亏折不高出输送功率的5%，用户正好获取220V的电压，则供电处的升压变压器和用户处的降压器原、副线圈的匝数比各是多少？分析：升压变压器原线圈两端电压1=250V，经过的电流P100103UI1A=100A。U1250输电线的功率亏折P=5%P=5%×100×103W=5×103W。输电线上电流〔经过升压高压器副线圈，降压变压器原线圈的电流〕IP5103RA=25A。降压变压器次级电汉〔用8户电流〕I4PP1001035103A4750A。U422011升压变压器原、副线圈匝数比n1I2251，降压变压器原、副线圈匝数比n2I140016

n3I44750/11190。n4I32511答案：11901611输电导线上功率亏折=2，电压亏折=，提升输电电压是减小功率亏折和电压PIRUIR亏折的有效路子。

【变式训练】

发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻

为10，若输电线中因发热而亏折的功率为输送功率的4%，试求：在输电线路中设置的升、降压变压器中原、副线圈的匝数比。分析：输电线因发热耗资的功率为：PP4%1004%kW4kW,由2得，PI2R输电电流即升压变压器副线圈中的电流为I2P4103A20A，升压变压器原R10线圈中的输入电流为：I1P100103A400A因此升压变压器中原、副线圈的匝数U1250n1I1201，升压变压器副线圈两端的电压为：之比为I2n240020U2n2U125020V5000V,输电线路上的亏折的电压为：UI2R200V。降n1压变压器原线圈两端的电压为：50002004800.因此，降压变压U3U2UVVV器原、副线圈的匝数比为：n3U34800240.n4U422011答案：1：20240：11【体验研究】家庭电路的引线均有必定电阻〔约几欧〕，因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，家中原来开着的灯会变暗，下面经过一个简单的测试，能够估计出家庭电路引线部分的电阻，如图2-7-4所示，用r表示家庭电路引线部分的总电阻，V为两表笔插入插座的交流电压表，M为一个额定功率P的空调〔P较大〕测试时，先断开全部家庭电路，测得电压为U，再闭合开关S，测得电压为U。12

图2-7