新教材2023-2024学年高中物理第3章交变电流4电能的输送课件新人教版选择性必修第二册

第三章4电能的输送学习目标1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关。(科学思维)2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理。(科学思维)3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题。(科学思维)4.通过对远距离输电的学习,了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、降低输电损耗的两个途径1.输送电能的基本要求(1)可靠:保证供电线路

工作,故障少。

(2)保质:保证电能的质量——

和

稳定。

(3)经济:输电线路建造和运行的

低、

少。

可靠地

电压频率费用电能损耗2.降低输电损耗的两个途径(1)输电线上的功率损失ΔP=

,I为输电电流,r为输电线的电阻。

(2)降低输电损耗的两个途径①减小输电线的电阻:在输电距离一定的情况下,为了减小

,应当选用

的金属材料,还要尽可能增加导线的

。

②减小输电导线中的电流:为减小输电

,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电

。

通过提高输电电压实现

电阻I2r电阻率小横截面积电流电压二、电网供电1.远距离输电基本原理远距离输电的示意图

在发电站内用

变压器

,然后进行远距离输电。到达数百千米甚至数千千米之外的用电区之后,先后经“一次高压变电站”“二次变电站”降到10kV左右,然后,一部分电能送往用电量大的工业用户,另一部分经低压变电站的

变压器降压后供给其他用户。

2.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

,这就是

。

3.优点(1)减少发电设施的重复建设,降低一次能源的

。

(2)可保证发电和供电的安全可靠,方便调整

,使电力供应更加

、

更高。

升压升压到几百千伏降压输电网络电网运输成本供需平衡可靠质量情境链接如图为一高压输电线路,随着电压的增加,用电危险性也会跟着增加,为什么还要采用高压输电?提示

输电功率P=UI,在输送功率一定的情况下,提高输电电压,可以减小输电电流,从而减少输电线上的电能损失。教材拓展在远距离输电过程中,如何完成高压输电和低压用电?提示

利用升压变压器提高电压进行远距离高压输电,到达用户端后利用降压变压器降低电压提供低压用电。易错辨析(1)增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。(

)(2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的发热损耗。(

)(3)高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好。(

)√提示

增加导线横截面积,减小了导线的电阻,发热功率减小。

√提示

输送功率一定的情况下,电压越高,输电电流越小,导线上发热功率越小。√提示

电压越高,对输电电路和变压器的要求就越高,技术难度增大,建造与维护成本增大。(4)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(

)(5)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。(

)√提示

用户得到的电压取决于降压变压器。

×提示

由于输电导线有电阻,电路上电压会有损耗,升压变压器输入的电压大于降压变压器输出的电压。重难探究·能力素养全提升探究点一输电线上的电压损失和功率损失导学探究如图所示,输送功率为P,发电厂输出的电压为U,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,请思考:(1)输电线中的电流为多少?在发电厂输送功率一定时,输电线中的电流与输电线电阻及用电器电阻有关系吗?(2)输电线上功率损失的表达式是什么?要点提示

(1)发电厂相当于一个电源,由P=UI可知,输电线中电流为I=,与输电线电阻及用电器电阻无关。知识归纳1.电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U'的差值。ΔU=U-U'=IR。2.功率损失(1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP=I2R。(2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R=ρ可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体横截面积可减小电阻。(2)减小输电电流I由P=UI可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流。应用体验【例1】

(多选)在远距离输电时,输送的电功率为P,输送电压为U,所用导线的电阻率为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(

)BD方法技巧

输送的功率(电压)、损失的功率(电压)、用户得到的功率(电压)分别对应于输电过程的“始”“中”“末”。只有理解好“输送”“损失”“得到”的含义,才能避免“张冠李戴”。对点演练1.(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1100kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响,则(

)AD探究点二高压输电线路的分析与计算导学探究某发电站向远处送电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。请思考:(1)用图中的电压和电流表示出四个功率和损耗功率,并写出它们间的关系。(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?要点提示

(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。知识归纳输送过程如图所示,可以划分为三个回路

(1)分析远距离输电线路的有效方法是理清三个回路,抓住两个联系,掌握一个定律,其关系如下表所示:对应的回路回路Ⅰ回路Ⅱ回路Ⅲ三个回路中电压、电流及功率间的关系I1=I机U1=U机P1=P机I2=I线=I3U2=U损+U3P2=P损+P3I4=I用U4=U用P4=P用两回路间的联系回路Ⅰ、Ⅱ间的联系:,I1n1=I2n2,P1=P2回路Ⅱ、Ⅲ间的联系:,I3n3=I4n4,P3=P4回路中的能量守恒P机=P损+P用特别提示

(1)注意区别:①输电电压U与输电线上降落的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损失的功率ΔP。(2)抓住不变量:输送电功率不变,由P=UI判断出输电电流I的变化,从而由ΔU=IR、ΔP=I2R判断ΔU、ΔP的变化。应用体验【例2】

如图所示,发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户,升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器,若发电机的输出功率是100kW,输出电压是250V,升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25。(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%,求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。答案

(1)6250V

16A

(2)15.625Ω

6000V因为ΔU=U2-U3=I2R线,所以U3=U2-I2R线=6

000

V。

对点演练2.(多选)(2023山东济宁一中期末)远距离输电示意图如图所示,升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶5,每根输电线的电阻r=1Ω,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,在T1的原线圈两端接入一正弦式交变电流,用电设备两端的电压为U4=220V,消耗的电功率为11kW,两变压器均为理想变压器。下列说法正确的是(

)A.T1原线圈两端的电压为442VB.T1原线圈两端的电压为441VC.输电线上损失的电功率为50WD.输电线上损失的电功率为25WAC学以致用·随堂检测全达标12341.(高压输电线路的分析与计算)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100kW,发电机的电压U1=250V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V。已知输电线上损失的功率P线=5kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是(

)A.发电机输出的电流I1=40AB.输电线上的电流I线=625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455AC1234=4

000

V,输电线上损失的电压为U线=I线R线=25×8

V=200

V,故降压变压器输入电压为3

800

V,降压变压器匝数比为3

800∶220=190∶11,选项C正确;降压变压器输出功率等于输入功率,即P4=P3=(100-5)

kW=95

kW,则用12342.(输电线上的电压损失和功率损失)三峡电站某机组输出的电功率为5×105kW。(1)若输出的电压为2×105V,则输电线上的电流为多少?(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10Ω,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?(3)若将电压升高至5×105V,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的几分之几?1234(2)输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=2

5002×2×10

W=1.25×108

W123412343.(高压输电线路的分析与计算)某小型水力发电站的发电输出功率为5×104W,发电机的输出电压为250V,输电线总电阻R线=5Ω。为了使输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%,必须采用远距离高压输电的方法,在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器。设用户所需电压为220V,不计变压器的能量损失。求:(1)