【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第3章4.电能的传输课件

第三章4.电能的传输基础落实·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·随堂检测全达标学习目标1.了解电网供电的有关知识。(物理观念)2.探究电压损失与功率损失的关系。(科学探究)3.学会通过控制变量法进行分析电能传输的有关问题。(科学思维)4.体会高压输电知识在实际问题中的应用。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关一、电能输送中的电压损失和电能损耗1.电能输送的原因能源资源与

分布的不均衡。

2.输送电路中的电压损失与功率损耗(1)设输电电流为I,输电线电阻为r,则损失的电压U损=I·r,损耗的电功率P损=I2r。(2)减小损耗的方法。①减小输电线的

,即在输电线长度L和材料一定的情况下,增大导线横截面积S。

②减小

,由P=UI知,可以通过

来减小I。

电力负荷电阻输电电流I

提高电压二、远距离输电系统1.基本环节

输送功率一定发电厂(站)➡升压变压器➡高压输电线路➡降压变压器➡用户2.电路原理图三、直流输电(1)直流输电的优点:不存在

和

引起的电能损失。

(2)直流输电的基本过程:电感电容情境链接为了减少输电线上的电功率损失,通常需要提高输电电压和减小输电导线的电阻。但有同学从下列论证中得出了相反结论:“设输电电压为U,输电导线电阻为R,功率损失P=。因此,要降低损失的功率,就应降低输电电压和增加输电线的电阻。”请问:这位同学的论证过程错在哪里?提示

公式P=中电压是输电线电阻两端的电压,并非是输电电压,根据P送=IU,P损=I2R可知,降低损失功率应提高电压或减小输电线电阻。教材拓展阅读教材P78“发展空间”——《无线充电》。回答:无线充电的原理是利用近场感应来实现的,通常无线充电有哪些形式?提示

电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。

易错辨析(1)仅仅从减少能量损耗的角度看,在输送功率一定的情况下,输电电压越高,损耗的能量越少。(

)(2)在输送功率和输电电压一定,使用同种材料的导线时,越粗的导线损失的电压越小。(

)(3)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。(

)(4)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。(

)(5)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大。(

)√√√×√重难探究·能力素养全提升探究点一输电线上的电压和能量损失导学探究中国发布“双碳战略”,计划到2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体,特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若保持输送电能总功率、输电距离不变的情况下,从原来的150kV高压输电升级为1350kV的特高压输电,若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的多少?提示

由公式P=UI可知,在输电功率不变的情况下,电压升高为原来的9倍,则输送电流变为原来的

。知识归纳1.输电线上的电压损失ΔU输电线上的电压损失ΔU是输电线路始端电压U与输电线路末端电压U'的差值,ΔU=U-U'=IR线=R线。2.输电线上的功率损失ΔP(1)原因:输电线有电阻R线,电流I流过输电线时,电流的热效应引起电功率的损失。(2)计算式:①ΔP=I2R线;②ΔP=ΔUI;3.减少电压损失和功率损失的方法(1)减小输电线的电阻R线:根据R线=知,可减小电阻率ρ,目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料;也可增大导线的横截面积S,但这要多耗费金属材料,增加成本,同时给输电线的架设带来很大的困难。(2)减小输电电流I:根据

可知,在输送功率P与输电线电阻R线一定的条件下,输电电压提高到原来的n倍,输送电流可减为原来的,输电线上的功率损失将降为原来的

。特别提示

计算功率损失和电压损失的三点提醒(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U,损失电压是指在输电线路上损失的电压ΔU=I输R线。(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率,损失功率是输电线上损失的功率。应用体验【例1】

(多选)(2023河南高二期末)如图甲所示,我国西部山区建有许多水电站,极大改善了当地居民的生产、生活。某水电站远距离输电的原理图如图乙所示,T1为升压变压器,其原、副线圈匝数比为k1,输电线总电阻为R,T2为降压变压器,其原、副线圈匝数比为k2,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电机输出的电压恒为U,若由于用户端用户数量变化,使得输电线输送电流增加ΔI,则下列说法正确的是(

)甲

乙A.输电线损失的功率增加(ΔI)2RB.用户端电压减少了ΔI·RC.发电机输送功率增加k1UΔID.用户端电压减少量与用户端电流增加量的比值不随ΔI的变化而变化BD对点演练1(2023浙江温州高二期末)如图所示,高压输电线是远距离传输电能的重要组成部分,下列关于高压输电线的说法正确的是(

)A.输电线应选用电阻率大的金属材料B.高压输电线比普通导线粗,目的是增大导线电阻C.输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击D.在输送功率一定时,输电线上损失的功率跟输送电压的平方成正比C解析

输电线应选用电阻率小的金属材料制作,故A错误;高压输电线比普通导线粗,目的是减小导线电阻,故B错误;输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击,故C正确;在输送功率一定时,电流

,输电线上损失的功率

,输电线上损失的功率跟输送电压的平方成反比,故D错误。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。

发电站一端和用户一端的变压器作用各是什么?提示

发电站一端的变压器是升压变压器,把电压升高用于远距离输电;用户一端的变压器是降压变压器,把电压降低供用户使用。知识归纳远距离输电过程如图所示,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厘清三个回路,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与输电线上损失的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损耗的功率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】

(2023陕西榆林高二开学考试)某电站的电能输送示意图如图所示,升压变压器与降压变压器间输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=m,降压变压器原、副线圈匝数之比n3∶n4=k,变压器均为理想变压器。如果发电机的输出电压为U1,用户输入端电压为U2,用户消耗电功率为P。下列说法正确的是(

)A.通过升压变压器原线圈的电流为B.电路的输电效率为×100%C.输电线上损失的电压为U1-U2D.输电线上消耗的电功率为B对点演练2(2023河南郑州高二期末)随着经济发展,居民用电需求大幅增加,当电力供应紧张时,有关部门就会对部分用户进行拉闸限电。远距离输电的原理图如图所示,假设发电厂输出电压恒定不变,输电线的电阻为R,两个变压器均为理想变压器。在某次拉闸限电后(假设所有用电器可视为纯电阻)电网中数据发生变化,下列说法正确的是(

)A.升压变压器的输出电流I2增加B.降压变压器的输出电压U4增加C.输电线上损失的功率增加D.发电厂输出的总功率增加B解析

令用户电阻为R,输电线电阻为r,将降压变压器与用户作为整体,令整体的等效电阻为R0,拉闸限电时,减少了并联用户数,则用户电阻R增大,即降压变压器与用户作为整体的等效电阻R0增大,根据

,由于发电厂输出电压U1恒定不变,则升压变压器的输出电压U2不变,可知升压变压器的输出电流I2减小了,A错误;根据U2=I2r+U3,,结合上述,升压变压器的输出电流I2减小了,输出电压U2不变,则降压变压器的输入电压U3增大,则降压变压器的输出电压U4增加,B正确;输电线上损失的功率

,根据上述,升压变压器的输出电流I2减小了,则输电线上损失的功率减小,C错误;发电厂输出的总功率P=U1I1=U2I2,结合上述,升压变压器的输出电流I2减小了,输出电压U2不变,则发电厂输出的总功率减小,D错误。学以致用·随堂检测全达标12341.(输电线上的功率损失)远距离输电,输电功率一定。当输电电压为U0时,输电线上的电流为I0,损失的电功率为P0。当输电电压提高为2U0时,则(

)A.由

得,输电线上的电流变为2I0B.由

得,输电线上的电流变为C.由

得,输电线上损失的电功率为4P0D.由P=IU得,输电线上损失的电功率为2P0B123412342.(高压输电线路的分析与计算)(多选)(2023辽宁葫芦岛第一高级中学高二期末)某水电站远距离输电的原理图如图所示。升压变压器的原、副线圈匝数比为n∶1,输电线总电阻为R,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂输出的电压恒为U,若由于用户端负载变化,使发电厂输出功率增加了ΔP,下述正确的是(

)A.电压表V1的示数不变,电压表V2的示数减小B.电流表A1、A2的示数均增大C.输电线上损失的电压增加了D.输电线上损失的功率增加了ABC1234解析

根据题意,据公式P=UI可知,由于发电厂输出的电压恒为U,发电厂输出功率增加了ΔP,则发电厂的输出电流增加了

,升压变压器原线圈中电流变大,由于升压变压器和降压变压器线圈匝数比不变,则由电流与匝数的关系可知,电流表A1、A2的示数均增大,B正确;由于发电厂输出的电压恒为U,则电压表V1的示数不变,由于输电线上电流变大,则输电线上损失的电压变大,则降压变压器原线圈两端电压变小,副线圈两端电压也变小,则电压表V2的示数减小,A正确;由电流与匝数的关系

可知,输电线上电流增加了ΔI1=nΔI=,则输电线上损失的电压增加了ΔU=ΔI1R=,C正确;由公式P=I2R可得,输电线上损失的功率增加了12343.(高压输电线路的动态分析)白鹤滩水电站如图甲所示,是我国实施“西电东送”的大国重器,其发电量位居全世界第二,仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图乙所示,如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器,发电机输出电压恒定,R表示输电线电阻,则当用户功率增大时(

)A.A2示数增大,A