《2020版高中物理人教选修3-2课件：5.5 电能的输送》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高中物理人教选修3-2课件：5.5 电能的输送（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5 电能的输送 1 降低输电损耗的两个途径 1 输送电能的基本要求 2 降低输电损耗的两个途径 输电线上的功率损失 P I为输电电流 R为输 电线的电阻 降低输电损耗的两个途径 a 减小输电线的 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 I2R 电阻 电阻电阻率小 横截面积 b 减小输电导线中的 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 电流电流 电压 2 电网供电 1 远距离输电的基本原理 在发电站内用 变压 器 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
2、形成全国性或地区性的输电 升压 升压降压 变电站 网络 3 电网输电的优点 降低一次能源的运输成本 获得最大经济效益 减小 的风险 调节不同地区电力供求的平衡 保障供电的质量 合理调度电力 使 的供应更加可靠 质量更 高 断电 电力 主题一 降低输电损耗的两个途径 问题探究 在如图所示的输电示意图中 假设两条输电线的总电阻 为R 输送的功率为P 发电厂输出的电压为U 送电电流 为I 试结合上述情景 讨论下列问题 1 减少输电线上的功率损失的途径有 2 减少输电线上的功率损失为什么要依靠高压输电 减小导线的 电阻R 减小输电电流I 提示 电阻R 告诉我们 在输电距离l一定 选 用电阻率 较小的铜
3、或铝作导线后 必须增大导线的 横截面积 但这样会耗费大量的金属材料 输电线太 重给架设带来困难 在线路和输送功率P不变时 P UI告诉我们提高输电 电压可大大减少功率损失 3 什么是输电线路上的电压损失 怎样减少电压损失 提示 输电线路始端电压U与末端电压U 的差值 U U U 称为输电线路上的电压损失 也就是输电线上的 电势降落 即 U IR 减小电阻 提高输电电压就能 减小输电电流 从而可以减小输电线路上电压损失 4 提高电压 降低电流 与欧姆定律矛盾吗 提示 不矛盾 欧姆定律是对纯电阻元件而成立的定 律 而 提高电压 降低电流 是从输送角度 由P IU 且在P一定的条件下得出的结论 两者
4、没有联系 探究总结 降低输电损耗的方法 减小输电线路上功率损失的方法主要有两种 1 减小输电线的电阻R 根据R 可知 减小输电线长度l 由于输电距离一定 所以在实际 中不可能用减小l来减小R 减小电阻率 目前一般用电阻率较小的铜或铝作 导线材料 增大导线的横截面积S 这要耗费更多金属材料 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I 可知 减小输送功率P 在实际中不能以用户少用或不用电 来达到减少损耗的目的 提高输电电压U 在输送功率P一定 输电线电阻R一 定的条件下 输电电压提高到原来的n倍 据P损 2 R知 输电线上的功率损耗将降为原来 的 故采用高压输电是减小
5、输电线上功率损耗最有效 最 经济的措施 拓展延伸 输电导线损失电压的计算误区 在已知输电电压U和导线电阻R的情况下 不能用 I 计算输电电流 因为导线电阻R上的电压不是输 电电压U 同样原因 也不能够用 P 计算输电导 线上的功率损失 典例示范 2018 江苏高考 采用220 kV高压向远方的城市输 电 当输送功率一定时 为使输电线上损耗的功率减 小为原来的 输电电压应变为 A 55 kV B 110 kV C 440 kV D 880 kV 解题指南 解答本题把握一个要点 输电线上损耗功率 P损 I2r 2r 其中U为输送电 压 解析 选C 输电线上损耗的功率P损 I2r 2r 为使输电线上
6、损耗的功率减小为原来的 电流I要 减小为原来的 当输送功率一定时 输电电压要升 高为原来的2倍 选项C正确 探究训练 1 如图为远距离的简化电路图 发电厂的输出电压是 U 用等效总电阻是r的两条输电线输电 输电线路中的 电流是I1 其末端间的电压为U1 在输电线与用户间连 有一理想变压器 流入用户端的电流为I2 则 A 用户端的电压为 B 输电线上的电压降为U C 理想变压器的输入功率为 r D 输电线路上损失的电功率为I1U 解题指南 解答本题应注意以下三点 1 理想变压器的输入功率由输出功率决定 2 远距离输电过程中的功率 电压的损失与哪些因 素有关 3 整个过程中的功率 电压关系 理想变
7、压器电压和 匝数关系 解析 选A 由于输电线与用户间连有一理想变压 器 设用户端的电压是U2 则U1I1 U2I2 得U2 故A正确 发电厂的输出电压是U 所以输电线上的电压降不可能是U 故B错误 等效总电阻是r的两条输电线输电 输电线路中的电流是I1 所以输电线路上损耗的功率是 r 故C错误 发电厂的输出电压是U 末端间的电压为U1 输电线路上损失的电功率是I1 U U1 故D错误 2 多选 在远距离输电中 当输电线的电阻和输送的 电功率不变时 那么 A 输电线路上损失的电压与输送的电流成正比 B 输电的电压越高 输电线路上损失的电压越大 C 输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D
8、输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 解析 选A C 输电线路上损失电压 U IR 在R一定时 U和I成正比 若U越高 I I越小 那么 U越小 输电线路上损失的功率 P I2R 当P一定时 I 所以 P R 即 P和U的平方成反比 跟I的平方成正比 故A C正确 3 多选 某发电站用11 kV交变电压输电 输送功率 一定 输电线的电阻为R 现若用变压器将电压升高到 220 kV输电 下面说法正确的是 A 因I 所以输电线上的电流变为原来的20倍 B 因I 所以输电线上的电流变为原来的 C 因P 所以输电线上损失的功率变为原来的400 倍 D 因P I2R 所以输电线上损失的功率变为原来
9、的 解析 选B D 由P UI得I 输送功率一定 输 送电压变为原来的20倍 则输送电流变为原来的 故A错误 B正确 输电线上损失的功率为P 输 送电压变为原来的20倍 输电线上分配的电压 U不一 定变为原来的20倍 故C错误 由输电线上损失的功率 P I2R知 输送电流变为原来的 则损失的功率变为 原来的 故D正确 补偿训练 1 在电能输送过程中 若输送的电功率和输电线电 阻一定 则在输电线上损耗的电功率 A 和输送电线上电压的二次方成正比 B 和输送电流的二次方成反比 C 和输送电线上的电压降的二次方成正比 D 和输送电流成正比 解析 选C 输电线上的功率损失 P R线 电压 损失 U U
10、 U I线R线 输电线电流I线 所以 P R线 R线 可见在输送功率P和输电线电 阻一定时 P与 成正比 P与 U2成正比 P与 U2成反比 2 随着社会发展 人类对能源的需求日益增加 节能变 得愈加重要 甲 乙两地采用电压U进行远距离输电 输电线上损耗的电功率为输入总功率的k 0 k 1 倍 在保持输入总功率和输电线电阻都不变的条件下 现 改用5U的电压输电 若不考虑其他因素的影响 输电线 上损耗的电功率将变为输入总功率的 A B C 5kD 25k 解析 选A 输入总功率为P0 输电线电阻为R 电压 为U时 输电线电流I1 输电线上损耗的电功率P1 R R kP0 电压为5U时 输电线电流
11、I2 输 电线上损耗的电功率P2 R R P0 即输电 线上损耗的电功率变为输入总功率的 倍 故选A 主题二 电网供电 问题探究 如图为远距离输电的基本过程示意图 试结合上述情景 讨论下列问题 1 一般远距离输电电压要经历几次变化 提示 发电机组输出电压10 kV 发电站内升压到几百 千伏 在 一次高压变电站 降到100 kV左右 二 次变电站 降到10 kV左右 低压变电站降到220 V或 380 V 2 最简单的远距离输电电路是如何构成的 如图所示 最简单的输电电路的构成 发电机 升压 变压器 输电导线 降压变压器 用户 探究总结 1 远距离输电电路的特点 远距离输电的简化电路原理图 可以
12、划分为三个回路 如图所示 2 远距离输电线路的三个回路 两个联系和一个定律 的有关关系 回路 物理量 回路 回路 回路 三个回路中 电压电压 电电 流 及功率间间的 关系 I1 I机 U1 U机 P1 P机 I2 I线 线 I3 U2 U损 损 U3 P2 P损 损 P3 I4 I用 U4 U用 P4 P用 回路 物理量 回路 回路 回路 两回路间间 的联联系回路 间间的联联系 I1n1 I2n2 P1 P2 回路 间间的联联系 I3n3 I4n4 P3 P4 回路 物理量 回路 回路 回路 回路中的能 量守恒定律 P机 P1 P2 P损 损 P3 P损损 P4 典例示范 2019 南昌高二检
13、测 进入冬季以来 我国北方遭遇 雨雪冰冻灾害 马路上的冰层坚硬如铁 光滑如玻璃 高压电线覆冰后有成人大腿般粗 为清除高压输电线 上的凝冰 有人设计了这样的融冰方法 利用电流的热 效应除冰 若在正常供电时 高压线上送电电压为U 电流为I 热损耗功率为 P 除冰时 输电线上的热耗 功率需变为9 P 则除冰时 输电功率和输电线电阻不 变 A 输电电流为 B 输电电流为3I C 输电电压为3U D 输电电压为9U 解题指南 解答本题把握以下两点 1 高压线上的损耗功率 P I2R线 2 输送功率不变 P UI 解析 选B 高压线上的热耗功率为 P I2R线 若热耗功率变为9 P 则有 9 P I 2R
14、线 由 得I 3I 所以A错误 B正确 又有输送功率不变 由P UI U I 得 U U 所以 C D错误 探究训练 1 多选 如图所示 某发电站输出的交流电压为U1 4 000 V 输送的功率为P 4 000 kW 经变压器T1升压 后向远方输电 输电线路总电阻r 500 到目的地经 变压器T2降压后获得220 V的电压 若在输电线路上 消耗的功率为输送功率的5 变压器均为理想变压器 则 A 输电线上的电流I2的大小为20 A B 输电线上的电流I2的大小为1 000 A C 降压变压器T2输入线圈与输出线圈的匝数之比为 9 500 11 D 降压变压器T2输入线圈与输出线圈的匝数之比为 1
15、0 000 11 解题指南 解答本题应注意以下三点 1 根据输电线路上消耗的功率求输电线上的电流 2 根据升压变压器的输入功率等于输出功率 求升压 变压器的输出电压 3 由U2 Ir U3求降压变压器的输入电压U3 解析 选A C 由5 P r得I2 A 20 A A正确 由P U2I2得U2 2 105 V 又U2 I2r U3得U3 U2 I2r 1 9 105 V 由 得 故C正确 2 电机输出功率为100 kW 输出电压为250 V 用户需 要220 V的电压 输电线电阻为10 若输电线损失的 功率为4 kW 求升压和降压变压器原 副线圈的匝数 比 解题指南 解答本题需要把握以下三点
16、1 根据输电导线的功率损失求出输电电流 2 根据欧姆定律求出输电导线损失电压 3 根据变压器电压与匝数的正比关系求出匝数比 解析 设输电线中的电流为I 则I2R P I A 20 A 损失电压 U IR 20 10 V 200 V 设升压变压器的输出电压为U2 由P U2I 得 U2 V 5 000 V 所以升压变压器 降压变压器的输入电压 U3 U2 U 5 000 V 200 V 4 800 V 所以降压变压器 答案 1 20 240 11 互动探究 上题中用户如果是学校 所送电能全部 用来照明 求供多少盏60 W的日光灯正常工作 提示 N 盏 1 6 103盏 答案 1 6 103盏 3 某发电站通过升压器 输电线和降压器把电能输送 给用户 输电站输出功率是100 kW 输出电压是250 V 升压器原 副线圈的匝数之比为1 25 输电线上功率 损失为4 用户所需电压为220 V 求输电线的电阻和 降压变压器的匝数比是多少 解析 根据 得 升压变压器副线圈两端电压为U2 U1 6 250 V 副线圈的电流为I2 16 A 输电线电阻R上损失的功率为 R 4 P 则R 15 6 降压
