2024-2025学年人教版高二物理选择性必修二教学课件 第三章 6 电能的输送

第三章电能的输送2应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算。1理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关。重难点3了解交变电流从发电站到用户的输电过程。难点重点降低输电损耗的两个途径为了合理的利用能源，发电站要建在靠近能源的地方。而用电的地方却很多，

有的地方离发电站很远，这就需要输送电能。阳江核电站三峡水电站如图所示，假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r。在图中，导线的电阻集中画为一个电阻r。(1)怎样计算输电线路损失的功率？P损＝I2r(2)在输电电流一定的情况下，如果输电线路的电阻减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？在输电线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？(3)通过第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？由第(2)问可知，减小电流对降低输电线路的损耗更有效。(4)怎样计算用户消耗的功率P？在保证用户的电功率不变的前提下，怎样才能减小输电电流？

P＝UI1.输送电能的基本要求供电线路(1)可靠：指保证

可靠地工作，故障少。(2)保质：保证电能的质量——

和

稳定。(3)经济：指输电线路建造和运行的费用

，电能损耗

。电压频率低少2.输电线路的电压损失U

ΔU3.输电线路的功率损失(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。U

ΔU4.减小电压、功率损失的方法减小r减小I

P损=I2r(1)减小输电线的电阻

：①减小材料的电阻率ρ用铜或铝②可适当增大导线横截面积S有一定限度用于远距离输电的钢芯铝绞线(2)提高输电电压U，减小输电电流I(1)输电线上损失的电功率，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比。(

)(2)由P＝

可知，输电电压越小，输电线上损失的电功率就越小。(

)√×1.三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦。(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)在(1)情况下，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？它与输出功率的比值是多少？(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？某处与电站间每根输电线的电阻仍为10Ω，输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？(2)输电线上损失的功率ΔP＝I2·2r＝25002×2×10W＝1.25×108W输电线上损失的功率ΔP′＝I′2·2r＝10002×2×10W＝2×107W2.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)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√√输电线路功率损失的四种计算方法(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)。(2)除了利用P损＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：①P损＝I线2R线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻。归纳总结②P损＝ΔP＝

，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻。③P损＝ΔU·I线，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为线路上的电流。在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用P损＝I2R线，其原因是I线可以由公式

P输出＝I线U输出求出，而P损＝ΔU·I线

和

P损＝

则不常用，其原因是在一般情况下，ΔU不易求出，且易将ΔU和U输出相混而造成错误。电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算远距离输电过程示意图10千伏几百千伏100千伏左右10千伏左右220伏/380伏某发电机两端的电压为220V，输出功率为44kW，通过原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为0.2Ω，在用户端再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器。(1)画出全过程的线路示意图。(2)升压变压器副线圈两端的输出电压U2＝______＝______V。由理想变压器的功率关系：________升压变压器副线圈的输出电流I2＝____＝____A。输电线上的功率损耗P损＝_______＝___W。电压损失U损＝_____＝___V。2200P入＝P出20I22R线80I2R线4所以降压变压器原线圈的输入电压和输入电流分别为U3＝________＝______VI3＝___＝____A。U2－U损2196I220降压变压器副线圈的输出电压和输出电流分别为U4＝_____＝______VI4＝______＝______A。用户得到的功率为P4＝_____＝___________W。219.6200U4I44.392×1041.远距离输电的基本原理：在发电站内用

变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过

变压器降到所需的电压。2.电网：通过网状的输电线、

，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

。3.电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的

。(2)减小断电的风险，调剂不同地区

的平衡。(3)合理调度电力，使

的供应更加可靠，质量更高。升压降压变电站网络经济效益电力供需电力4.解决远距离高压输电问题的基本方法(1)首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。U1I1(2)理清三个回路：回路1：P1＝

，回路2：U2＝

，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3回路3：P4＝

。ΔU＋U3U4I4(3)常用关系①功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4。④输电电流：I线＝____＝____＝____。⑤输电线上损耗的电功率：⑥输电线上的电压损失：ΔU＝

＝

。⑦输电效率η＝___×100%。I线R线U2－U3(1)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(

)(2)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。(

)√×[观察与思考]中，若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率。若直接给用户供电，线路示意图如图所示输电线路上的电压损失ΔU′＝I′R线＝200×0.2V＝40V所以用户得到的电压U2′＝U1－ΔU′＝220V－40V＝180V用户得到的功率为P′＝U2′I′＝180×200W＝3.6×104W。3.(多选)(2023·湖北黄冈市高二期末)某小型水电站交流发电机的输出电压为400V，先经升压变压器将电压升高，经总阻值为R＝2Ω的输电线向远端用户输电，用户端用降压变压器将电压降到220V供用户使用。若用户的用电功率为19.8kW，输电线R上损耗的功率为0.2kW，已知变压器均为理想变压器，其他电阻不计。下列说法正确的是A.通过输电线的电流I2＝10AB.降压变压器的输入电压U3＝2000VC.升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶5D.降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4＝10∶1√√4.(2023·山东菏泽市高二期末)风力发电机的工作原理可以简化为如图所示的模型：风轮通过齿轮箱带动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，并通过变压器和远距离输电线路给用户供电。若发电机的矩形线圈处于磁感应强度大小为B＝

的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5m2、匝数N＝200匝、电阻不计。线圈绕垂直于磁场的水平轴匀速转动，其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连，提供电压U1＝250V，降压变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻R＝20Ω，两变压器均为理想变压器。若用这个供电设备给某学校供电，该校需要工作电压220V、电功率11kW。求：(1)线圈绕轴的转速n；答案

(1)25r/s(2)输电线上损失的电压ΔU；(3)升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2；(4)发电机的输出功率P1。答案(2)200V

(3)5∶26

(4)13kW

(1)由题意可知解得ω＝50πrad/s因为n3∶n4＝5∶1，U4＝220V，I4＝50A所以U3＝5U4＝1100V，I3＝10A输电线损失电压ΔU＝I3·R＝200V(3)升压变压器电压关系U2＝ΔU＋U3＝1300V，n1∶n2＝U1∶U2＝5∶26(4)发电机输出功率P1＝ΔP＋P＝I32R＋P＝13kW5.(2023·浙江省普高强基联盟月考)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，输出端通过理想升压变压器和降压变压器给远处用户供电。升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4，若线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是A.图示状态，U1＝NBSωB.若仅把线圈的角速度ω增大一倍，输

电线上损耗的功率也会增大一倍C.若保持发电机输出功率一定，仅将滑

片P上移，用户得到的功率会减小D.若仅增加用户数，为维持用户电压U4一定，可将滑片Q下移√远距离输电问题分析要点1.分析远距离输电的思路对远距离输电问题应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从用电器到发电机一步一步地进行分析。2.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(2)抓住输电的两端——发电机和用电器(3)分析一条线——输电线(4)研究两次电压变换——升压和降压3.注意各物理量的对应，防止张冠李戴而出错。电能的输送降低输电