高中物理(新教材)选修二课件4：3-4-电能的输送 人教版

第三章交变电流4电能的输送世界海拔最高500千伏输电铁塔溪浙线800千伏特高压直流输电线路学习目标1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关。2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理。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。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,培养学生的社会责任感。一、输送电能的基本要求1.可靠:保证供电线路可靠地工作,故障少。2.保质:保证电能的质量——电压和频率稳定。3.经济:输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少。知识梳理二、降低输电损耗的两个途径1.输电线上的功率损失ΔP=I2r,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,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积。(2)减小输电导线中的电流:为减小输电电流,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电电压。在远距离高压输电中,输电电压是不是越高越好?不是,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,对变压器的要求也相应地提高。实际输送电能时,要综合考虑各种因素,依照不同的情况选择合适的电压。2008年南方雪灾三、电网供电1.远距离输电基本原理在发电站内用升压变压器升压到几百千伏,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降压变压器降压后供给其他用户。远距离输电的示意图

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输电网络,这就是电网。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输电网络,这就是电网。3.优点(1)减少发电设施的重复建设,降低一次能源的运输成本。(2)可保证发电和供电的安全可靠,方便调整供需平衡,使电力供应更加可靠、质量更高。1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因。(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。(

)解析

增加导线横截面积,减小了导线的电阻,发热功率减小。答案

√(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。(

)解析

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。答案

√牛刀小试(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。(

)解析

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。答案

√(4)把从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。(

)解析

当发电厂与用户距离较近时可不用高压输电。答案

×(5)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。(

)解析

用户得到的电压取决于降压变压器。答案

√(6)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。(

)解析

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。答案

×2.关于电能输送的以下分析,正确的是(

)C.由公式P=I2R知,输电电流越大,输电导线上功率损失越大D.由公式P=IU知,输电导线上的功率损失与输电电压成正比2.关于电能输送的以下分析,正确的是(

)C.由公式P=I2R知,输电电流越大,输电导线上功率损失越大D.由公式P=IU知,输电导线上的功率损失与输电电压成正比解析

输电线上损失的功率P损=I2R线=,U损指输电线上损失的电压,而不是输电电压;由公式P=IU求出的P为输送功率,不是损失功率,由此可知选项C正确,A、B、D错误。答案

C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?(3)为什么远距离输电必须用高压呢?课堂探究一、远距离输电损耗的产生及减损方法

因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI得,要减小能量损耗,就要减小输电电流I,必须提高输出电压U。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。探究总结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。例1(多选)(2020全国Ⅱ卷)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(

)典例精析答案

AD规律方法输送的功率(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”。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?二、远距离输电电路的分析与计算课堂探究P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。

输送过程如图所示,可以划分为三个回路

探究总结(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中的能量守恒P机=P损+P用

(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。点拨例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。典例精析答案

(1)6250V

16A

(2)15.625Ω

6000V远距离输电问题的四个关键(1)画出一个模型——远距离输电模型图。(2)抓住输电的两端——电源和用电器。(3)分析导线——输电导线。(4)研究两次电压变换——升压和降压。规律方法备用工具&资料答案

(1)6250V

16A

(2)15.625Ω

6000V(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。点拨世界海拔最高500千伏输电铁塔溪浙线800千伏特高压直流输电线路二、降低输电损耗的两个途径1.输电线上的功率损失ΔP=I2r,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,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积。(2)减小输电导线中的电流:为减小输电电流,同时