人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案3：3 4电能的输送

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE13.4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。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。〖知识梳理〗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。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。三、电网供电1.远距离输电基本原理：远距离输电的示意图,如图所示。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。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。〖要点剖析〗一、远距离输电损耗的产生及减损方法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ΔP＝eq\f((ΔU)2,R)，ΔP＝ΔUI。3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R=ρeq\f(l,S)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。二、远距离输电电路的分析与计算输送过程如图所示,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：U1U2=n1n2,I1n1=I回路Ⅱ、Ⅲ间的联系：U3U4=n3n4,I3n3=I回路中的能量守恒P机=P损+P用(2)输电线中的电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U线,R线)＝eq\f(U2－U3,R线)。(3)输电线上损耗的电功率：P损＝ΔP＝P2－P3＝ΔUI线＝Ieq\o\al(2,线)R线＝eq\f(U\o\al(2,线),R线)＝U线I线。名师点津(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。〖典例精析〗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()A.P'=U2SρL B.P'=P2ρLU2S C.P用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”。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。规律方法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。〖随堂演练〗1.(多选)发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线总电阻为R线,通过输电线的电流为I,学校输入电压为U2,下列计算输电线功率损耗的式子中,正确的是()A.U12R线B.(U1-U2)2R线2.(2020浙江卷)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=40A B.输电线上的电流I线=625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11 D.用户得到的电流I4=455A3.三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?

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁例1〖解析〗输电线电阻R=ρL输电电流I=P故输电线上损失的电功率为P'=I2R=P用户得到的功率为P用=P-P'=P1-〖答案〗BD例2〖解析〗(1)对升压变压器,据公式U2U1=n2n1,有U2=nI2=P2U2=(2)P损=I22R线,P损=0.04P1,所以R线=0.04因为ΔU=U2-U3=I2R线,所以U3=U2-I2R线=6000V。〖答案〗(1)6250V16A(2)15.625Ω6000V〖随堂演练〗1.〖答案〗BCD〖解析〗输电线功率损耗P损=I2R线=U线2R线=IU线,其中U线=U1-U2,故B、2.〖答案〗C〖解析〗发电机输出的电流为I1=PU1=400A,选项A由P线=I线2R线可得输电线中的电流为25A,选项B错误;升压变压器输出电压U2=PI线输电线上损失的电压为U线=I线R线=25×8V=200V,故降压变压器输入电压为3800V,降压变压器匝数比为3800∶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=95kW,则用户得到的电流为I4=P4U4=95kW3.〖答案〗(1)2500A(2)1.25×108W14(3)1000A2×107〖解析〗(1)由P=UI得I=PU=5×1(2)输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=25002×2×10W=1.25×108W损失功率与输出功率之比为ΔP(3)将电压升高至5×105V时,I'=PU'输电线上损失的功率ΔP'=I'2·2r=10002×2×10W=2×107W损失功率与输出功率之比为ΔP3.4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。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。〖知识梳理〗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。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。三、电网供电1.远距离输电基本原理：远距离输电的示意图,如图所示。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。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。〖要点剖析〗一、远距离输电损耗的产生及减损方法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ΔP＝eq\f((ΔU)2,R)，ΔP＝ΔUI。3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R=ρeq\f(l,S)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。二、远距离输电电路的分析与计算输送过程如图所示,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：U1U2=n1n2,I1n1=I回路Ⅱ、Ⅲ间的联系：U3U4=n3n4,I3n3=I回路中的能量守恒P机=P损+P用(2)输电线中的电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U线,R线)＝eq\f(U2－U3,R线)。(3)输电线上损耗的电功率：P损＝ΔP＝P2－P3＝ΔUI线＝Ieq\o\al(2,线)R线＝eq\f(U\o\al(2,线),R线)＝U线I线。名师点津(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。〖典例精析〗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()A.P'=U2SρL B.P'=P2ρLU2S C.P用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”。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。规律方法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。〖随堂演练〗1.(多选)发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线总电阻为R线,通过输电线的电流为I,学校输入电压为U2,下列计算输电线功率损耗的式子中,正确的是()A.U12R线B.(U1-U2)2R线2.(2020浙江卷)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=40A B.输电线上的电流I线=625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11 D.用户得到的电流I4=455A3.三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?

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁例1〖解析〗输电线电阻R=ρL输电电流I=P故输电线上损失的电功率为P'=I2R=P用户得到的功率为P用=P-P'=P1-〖答案〗BD例2〖解析〗(