《2017_2018学年高中物理第二章交变电流7电能的输送学案教科版选修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017_2018学年高中物理第二章交变电流7电能的输送学案教科版选修（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、17 7 电能的输送电能的输送目标定位 1.了解远距离输电线路的基本构成.2.掌握远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.3.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.一、电能输送中的电能损耗和电压损失一、电能输送中的电能损耗和电压损失1.输电线上的电压损失(1)输电线路始端电压U跟末端电压U的差值，称为输电线上的电压损失，UUU，如图 1 所示，电压损失还可以表示为 UIR线R线.P U图 1(2)减少输电线上电压损失的方法：减小输电线的电阻.提高输送电压.2.输电线上的电能损耗(1)损失功率计算：PI2R线，I为输电电流，R线为输电线的总电阻.(2)减小输电线上功率损失的
2、方法：减小输电线的电阻R线：由R线得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小l S，增大S.减小输电电流I：由PUI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电2电流.采用高(填“高”或“低”)压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施.深度思考“提高电压，减小电流”与欧姆定律矛盾吗？答案 不矛盾.欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，减小电流”是从输送角度，由PUI，且P一定的条件下得出的结论，两者没有矛盾.例 1 中国已投产运行的 1000kV 特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用 500kV 的超高压输电，在保持输送电功率和
3、输电线电阻都不变的条件下，现改用 1000kV 特高压输电，不考虑其他因素的影响.则( )A.输电电流变为原来的 2 倍B.输电线上降落的电压将变为原来的 2 倍C.输电线上降落的电压将变为原来的1 2D.输电线上损耗的电功率将变为原来的1 2解析 根据输送电功率P输U输I输及P输不变，可知，输电电流I输，当U输变P输 U输1 U输为原来的 2 倍时，I输变为原来的 ，选项 A 错误；输电线上降落的电压U降I输R线I输，1 2所以，当输电电流变为原来的 时，输电线上降落的电压也变为原来的 ，选项 B 错误，C 正1 21 2确；输电线上损耗的电功率P损IR线I，所以输电线上损耗的电功率将变为原
4、来的 ，2 输2 输1 4选项 D 错误.答案 C1注意区别：输电电压U与输电线上降落的电压 U；输电功率P与输电线上损失的功率 P.2抓住不变量：输送电功率不变，由PUI判断出输电电流I的变化，从而由UIR、PI2R判断 U、P的变化.3例 2 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.B.U2 1 R线U1U22R线C.I2R线D.I(U1U2)解析 输电线功率损耗P损I2R线IU线，其中U线U1U2，故 B、C、D 正确.U2 线 R线答案 BCDP损I2RUI.式中必须注意
5、，U为输电线路上的电压损失，而不是输电线电压.U2 R二、高压输电线路的分析与计算二、高压输电线路的分析与计算1.输送过程图(如图 2 所示)：图 2(1)功率关系P1P2，P3P4，P2PP3能量守恒(2)电压、电流关系，理想变压器U1 U2n1 n2I2 I1U3 U4n3 n4I4 I3Error!2.特别强调(1)升压变压器副线圈的电压不等于降压变压器原线圈的电压，输电线上的电压损失 UI线R线，输电线上的功率损耗 PIR线.2 线(2)输电线的电阻计算时，应注意输电线长度为距离的两倍.深度思考在电能的输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为I ，对不对？U r为什么
6、？答案 不对.U为输电电压，而不是加在输电导线上的电压，即UIr，而输电电流可通过4求得.I2 I1n1 n2例 3 一台发电机最大输出功率为 4000kW、输出电压为 4000V，经变压器T1升压后向远方输电.输电线路总电阻R1k.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W).若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的 10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )A.T1原、副线圈电流分别为 103A 和 20AB.T2原、副线圈电压分别为 1.8105V 和 220VC.T1和T2的变压比分别为 150 和 401D.有 6104盏灯泡
7、(220V,60W)正常发光解析 远距离输电的电路如图所示，在升压变压器原线圈中有PU1I1，故得原线圈中电流为 103A，在远距离输电线路中由 PIR线得T1副线圈中电流为 20A，故选项 A 正确；在2 线远距离输电线路中由PU2I2和I线I2得U22105V，由 UI线R线，UU2U3可得T2原线圈电压为 1.8105V，由于灯泡能正常发光，故T2副线圈电压为 220V，故选项 B 正确；由变压器变压特点知变压比与匝数成正比，故可得T1变压比为 150，而T2的变压比为 900011，故选项 C 错误；正常发光时每盏灯的功率为 60W，由 90%PNP额，可得N6104盏，故选项 D 正
8、确.答案 ABD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分析两条导线输电导线.4研究两次电压变换升压和降压.例 4 发电机两端的电压为 220V，输出功率 44kW，输电导线的总电阻为 0.2，如果用原、副线圈匝数比为 110 的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为 101 的降压变压器降压供给用户.5(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率.解析 (1)线路示意图如图所示.(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2U12200V.据理想变压器P入
9、P出，n2 n1则升压变压器副线圈的输出电流I2A20A，输电线上的功率损失和电压损P U244 103 2200失分别为P损I R线2020.2W80W.2 2U损I2R线200.2V4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3U2U损2200V4V2196V，I3I220A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U4U32196V219.6V，n4 n31 10I4I31020A200A.n3 n4用户得到的功率为P4U4I4219.6200W4.392104W.(3)若直接用 220V 低压供电，线圈示意图如图所示，则输电电流IA200A.P U144 103 220输电线路上的电压损失
10、UIR线2000.2V40V.所以用户得到的电压U2U1U220V40V180V，6用户得到的功率为PU2I180200W3.6104W.答案 见解析1(输电线上的损耗)500 千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程，我省超高压输电工程正在紧张建设之中若输送功率为 3 200 万千瓦，原来采用 200 千伏输电，由于输电线有电阻而损失的电功率为P，则采用 500 千伏超高压输电后，在输电线上损失的电功率为(设输电线的电阻未变)( )A0.4P B0.16P C2.5P D6.25P答案 B解析 根据P损r可知：当输电电压由 200 kV 升高到 500 kV 时，其线路损耗由P减小P2
11、 送 U2到 0.16P，选项 B 正确2.(输电线上的损耗)图 3 为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器 T 的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在 T 的原线圈两端接入一电压uUmsint的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为 2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )图 3A.()B.()n1 n2U2 m 4rn2 n1U2 m 4rC.4()2()2rD.4()2()2rn1 n2P Umn2 n1P Um答案 C解析 原线圈电压的有效值：U1，根据可得U2，又因为是理想变压器，Um2U1 U2n1 n2n2 n1Um2所以 T 的副线圈的输出
12、功率等于原线圈的输入功率P，所以输电线上的电流I，输电线P U2上损失的电功率为PI22r4r22，所以 C 正确，A、B、D 错误.(n1 n2)(P Um)73(远距离高压输电)(多选)如图 4 所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为 500 V，输出的电功率为 50 kW，用电阻为 3 的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的 0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为 220 V 供用户使用(两个变压器均为理想变压器)，对整个送电过程，下列说法正确的是( )图 4A输电线上的损失功率为 300 WB升压变压器的匝数比为 1100C输电线上的电流为 1
13、0 AD降压变压器的输入电压为 4 970 V答案 ACD解析 P损0.6%P300 W，A 正确；I线10 A，C 正确；U线I线R线30 V，U2P损 R线5 000 V，U3U2U线4 970 V，D 正确；，B 错误P I线n1 n2U1 U21 104.(远距离高压输电)某小型水力发电站的发电输出功率为 5104W，发电机的输出电压为250V，输电线总电阻R线5.为了使输电线上损失的功率为发电机输出功率的 4%，必须采用远距离高压输电的方法，在发电机处安装升压变压器，而在用户处安装降压变压器.设用户所需电压为 220V，不计变压器的损失.求：(g取 10m/s2)(1)输电线上的电流
14、；(2)升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(3)可供多少盏“220V,40W”的白炽灯正常工作？答案 (1)20A (2) (3)1200 盏1 10120 11解析 (1)输电线中电流：P损I R线，2 2得I220A.P损 R线(2)由PU2I2，得U2V2.5103V.5 104 20对升压变压器：.n1 n2U1 U2250 2.5 1031 10对降压变压器：U3U2IR线(2500205) V2400V，又U4220V，故.n3 n4U3 U4120 118(3)n1200(盏).PP损 P0题组一 输电线路中的损耗问题1.(多选)远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比
15、330kV 高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是( )A.可节省输电线的材料B.可根据需要调节交流电的频率C.可减小输电线上的能量损失D.可加快输电的速度答案 AC2.以下关于电能输送的分析，正确的是( )A.由公式P知，输电电压越高，输电线上功率损失越少U2 RB.由公式P知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少U2 RC.由公式PI2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大D.由公式PUI知，输电导线上的功率损失与电流成正比答案 C解析 输电线损失的功率 PI2R，故 C 正确；A 中的U不能用输电电压，因UUU3，U为输电线损失的电压，U3为用户端电压或降压变压器的初级电压，故A、B、D 错误.3(多选)一项名为“1 100 千伏特高压隔离开关”的“破冰实验”在我国大兴安岭漠河县取得成功，标志着我国特高压输电技术已突破低温环境制约为消除高压输电线上的冰凌，利用电流的热效应除冰若在正常供电时，输电线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为 9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( )A输电电流为 3I B输电电流为 9IC输电电压为 3U D
