電能的輸送教學(xué)案

1、7. 電能的輸送學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解輸電線上損失的電能與哪些因素有關(guān)，以及減小損失的兩個(gè)途徑 (重點(diǎn) )2理解高壓輸電的原理會(huì)計(jì)算輸電損失 (重點(diǎn) )3了解遠(yuǎn)距離輸電的典型電路，并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實(shí)際問題 (難點(diǎn) )4輸電網(wǎng)絡(luò)的分析 (難點(diǎn) )電 能 輸 送 中 的 電 壓 損 失 和電 能 損 耗先填空 1兩種損失比較兩種損失原因分析大小表示減小辦法電壓損失導(dǎo)線自身存在電阻 ru 損ir減小 r 減小 i功率損失導(dǎo)線有電阻電流熱效應(yīng)p 損 i 2r減小 i 減小 r2降低兩種損耗的途徑 高壓輸電l(1)由 r 知，導(dǎo)線一般選鋁為材料，因而一定，在導(dǎo)線長度l 確定的

2、情s況下，要減小電阻， 只能通過增大輸電線的橫截面積，這種方法給架設(shè)施工帶來困難(2)由 pui 知，輸送電功率不變的前提下，提高輸電電壓，會(huì)減小輸電電流，從而減小導(dǎo)線上的發(fā)熱損失和電壓損失這是降低兩種損耗的有效途徑再判斷 (1)由 pui 知，功率損耗與電流成正比( )(2)電能的損耗受電流的影響比受電阻的影響更為顯著( )(3)減小輸電線電阻是降低電能損耗的最佳途徑()后思考 第 1頁u電能輸送中， u 為輸電電壓， r 為輸電線電阻，則輸電線中電流為i r 對(duì)不對(duì)，為什么？【提示】不對(duì)，因?yàn)?u 是輸電電壓，而不是輸電線上損失的電壓u，輸u電線中電流應(yīng)為i r .合作探討 探討 1：“提

3、高電壓，降低電流”與歐姆定律矛盾嗎？【提示】不矛盾歐姆定律是對(duì)純電阻耗能元件而成立的定律，而 “提高電壓，降低電流 ”是從輸送角度，由p iu ，且在 p 一定的條件下得出的結(jié)論，兩者沒有聯(lián)系探討 2：減少輸電線上的功率損失為什么要依靠高壓輸電？l【提示】(1)電阻 r 告訴我們，在輸電距離 l 一定、選用電阻率 較小s的銅或鋁作導(dǎo)線后，必須增大導(dǎo)線的橫截面積但這樣會(huì)耗費(fèi)大量的金屬材料，輸電線太重也會(huì)給架設(shè)帶來困難(2)在線路和輸送功率p 不變時(shí)， pui 告訴我們提高輸電電壓可減少功率損失核心點(diǎn)擊 1功率損失的原因在電能輸送過程中， 電流流過輸電線時(shí)， 因輸電線有電阻而發(fā)熱， 電能必有一部分

4、轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而損失掉2功率損失的大小(1)設(shè)輸電導(dǎo)線的總電阻為r，輸電電流為 i ，則損失功率為 p 損 i 2r.(2)設(shè)輸送的總電功率為p，輸電電壓為 u，輸電線的總長度為l，橫截面積pl為 s，電阻率為 ，則輸電電流 i ，輸電線電阻 r ，所以輸電線上的功率us第 2頁p2損失可表示為 p i2lu損rs.3減小功率損失的方法根據(jù)公式 p 損 i2r 可知，減小輸電線路上功率損失的方法有兩種：(1)減小電阻l據(jù) r 判斷，s減小輸電線的長度l：由于輸電距離一定，所以在實(shí)際中不可能通過減小l 來減小 r.減小電阻率 ：目前，一般用電阻率較小的銅或鋁作為輸電線材料增大導(dǎo)線的橫截面積s：這要多

5、耗費(fèi)金屬材料，增大成本，同時(shí)給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難(2)減小輸電導(dǎo)線的電流ip據(jù) iu判斷，減小輸送功率：在實(shí)際中不能通過用戶少用或不用電來達(dá)到減少損耗的目的提高輸電電壓 u：在輸送電功率p 一定，輸電線電阻一定的條件下， 輸電2p電壓提高到原來的n 倍，據(jù) p 損 nur 可知，輸電線上的功率損耗將降為原來1的 n2.1(多選 )遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電， 其優(yōu)點(diǎn)是 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào)： 46042133】a可節(jié)省輸電線的銅材料b可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率c可減少輸電線上的能量損失d可加快輸電的速度p【解析】由 piu 得 iu，輸送的電功率p 一定，采用高壓輸電，輸電2線中的電流就小

6、，由p 線 i r ，要求輸電線損耗一定的情況下，就可選橫截面積第 3頁較小的輸電線， 從而可以節(jié)省輸電線的銅材料若輸電線確定， 則可減少輸電線上的能量損失，故a 、c 正確；交流電的頻率是一定的，升高電壓無法改變交流電的頻率輸電的速度就是電磁波的傳播速度，是一定的，故b、d 錯(cuò)誤【答案】ac2某用電器離供電電源的距離為l ，線路上的電流為 i，若要求線路上的電壓降不超過 u，已知輸電線的電阻率為，該輸電線的橫截面積最小值是()lb.2 lia. ruu2ulc. lid. i 2l【解析】由歐姆定律有iru，由電阻定律有 r s ，由以上兩式解得：2 lis u ，故 b 正確【答案】b3(

7、多選 )在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為p，輸送電壓為 u，所用導(dǎo)線的電阻率為 ，橫截面積為 s，總長度為 l，輸電線損失的電功率為p，用戶得到的電功率為 p 用，則 p、 p 用的關(guān)系式正確的是 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào)： 46042134】u2sp2laplbp u2s2plcp 用 pu sdp 用 p 12lu s【解析】輸電線電阻lp，故輸電線上損失的電功率r ，輸電電流 i usp2lp2lpl為p2 ppp p1u2，用戶得到的功率為用2i rs u su s .【答案】bd遠(yuǎn) 距 離 輸 電 系 統(tǒng) 和 直 流 輸 電先填空 1遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)第 4頁在發(fā)電站附近用升壓變壓器升高電壓，用輸電線

8、輸送到遠(yuǎn)方， 在用電地區(qū)附近，用降壓變壓器降到所需電壓遠(yuǎn)距離輸電電路圖如圖2-7-1 所示：圖 2-7-12直流輸電(1)采用高壓直流輸電的原因當(dāng)交流輸電功率很大時(shí)， 導(dǎo)線的電感、 電容引起的電壓及電能損失很大；同一電網(wǎng)供電的發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行，技術(shù)上也存在困難(2)直流輸電的使用環(huán)節(jié)： 當(dāng)前的直流輸電， 只有高壓輸電環(huán)節(jié)中使用直流(3)直流輸電系統(tǒng)交流交流直流直流發(fā)電機(jī) 升壓變壓器 整流設(shè)備 輸電線 逆變器交流交流 降壓變壓器 用戶再判斷 (1)高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的電能損耗()(2)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，若輸送的電功率一定，輸電電壓越高，輸電電流就越小，電能損失就越小，所以輸電電壓越高

9、越好()(3)直流輸電比交流遠(yuǎn)距輸電技術(shù)要求更高，輸電原理也更復(fù)雜 ( )后思考 電網(wǎng)供電有哪些優(yōu)點(diǎn)？【提示】電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)有： (1)可大大提高供電的可靠性；(2)可更合理的調(diào)配用電；(3)可更合理的利用電網(wǎng)中各類發(fā)電廠提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等合作探討 探討 1：一般遠(yuǎn)距離輸電電壓要經(jīng)歷幾次變化？【提示】發(fā)電機(jī)組輸出電壓10 kv ，發(fā)電站內(nèi)升壓到幾百千伏，在“一次高壓變電站 ”降到 100 kv 左右， “ 二次變電站 ” 降到 10 kv 左右，低壓變電站降到 220 v 或 380 v.第 5頁探討 2：請(qǐng)根據(jù)輸電原理圖 (如圖 2-7-2 所示 )寫出圖中標(biāo)出的各量之間的關(guān)系圖 2-7-2u

10、1n i1nu3ni3n(1)電壓、電流與匝數(shù)關(guān)系：12，u3，i4【提示】u2n2， i2 n14n44n3.(2)電壓關(guān)系：(3)功率關(guān)系：核心點(diǎn)擊 uu2 u3i 2r .2pp2p3i2r； p1u1i1p2u2i2，p3 u3i3p4 u4i4.1對(duì)幾個(gè)電壓的理解圖 2-7-3輸送電壓：輸電線始端電壓，如圖2-7-3 中的 u2.用戶電壓：最終用戶使用的電壓，如圖中的u4.損失的電壓：輸電線始端電壓與末端電壓的差值( u u2u3 )，形成的原因是由于輸電導(dǎo)線上存在電阻和感抗2線路電壓損失的原因輸電導(dǎo)線有電阻， 電流通過輸電線時(shí)， 會(huì)在線路上產(chǎn)生電勢降落， 致使輸電線路末端的電壓比起

11、始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失，如圖 2-7-4 所示， u 為發(fā)電廠的輸出電壓， p 為發(fā)電廠的輸出功率， u為用電設(shè)備兩端的電壓， p為用電設(shè)備的輸入功率，則輸電線上損失的電壓為uuu ir.圖 2-7-43處理遠(yuǎn)距離輸電問題的方法及步驟(1)處理方法：關(guān)鍵是抓住一圖三線，一圖即輸電的電路圖，三線即三個(gè)關(guān)系，功率關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系，抓住一圖三線，按照從前到后或從后向前的順序，即可找到突破口(2)處理輸電問題的步驟：畫出圖上所示的輸電過程的示意圖；在示意圖上標(biāo)出各物理量， 找出已知量、未知量和待求量；圍繞三條線展開分析第 6頁4需要區(qū)分的幾組概念(1)功率方面：輸送電功率、線路

12、損失功率、用戶端功率(2)電壓方面：發(fā)電機(jī)輸出電壓、升壓變壓器輸出電壓、線路損失電壓、降壓變壓器輸入電壓、用戶電壓(3)電流方面： 升壓變壓器原線圈中電流、 輸電導(dǎo)線中的電流、 用戶端電流(4)電阻方面：發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、線路電阻、用戶端用電器電阻(5)變壓器方面：升、降變壓器，原、副線圈匝數(shù)等總之，這些物理量不一定全用， 但畢竟較多， 使用時(shí)一定要明確各物理量表示的意義4小型水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)有穩(wěn)定的輸出電壓，它發(fā)出的電先通過電站附近的升壓變壓器升壓， 然后通過輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處用戶附近的降壓變壓器，經(jīng)降低電壓后再輸送至各用戶設(shè)變壓器都是理想的，那么在用電高峰期，隨用電器總功率的增加將導(dǎo)致(

13、)a發(fā)電機(jī)的輸出電流變小b高壓輸電線路的功率損失變大c升壓變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓變小d降壓變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓變大【解析】隨著用電器總功率的增加， 負(fù)載電流增大，導(dǎo)致線路上損耗加大，降壓變壓器初級(jí)電壓減小，其次級(jí)電壓也隨之減?。挥捎诎l(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定，所以升壓變壓器初級(jí)電壓不變，其次級(jí)電壓也不變【答案】b5發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 u1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電導(dǎo)線總電阻為r，通過導(dǎo)線上的電流為 i ，學(xué)校得到的電壓為 u2，則輸電導(dǎo)線上損耗的功率下列表達(dá)式錯(cuò)誤的是 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào)： 46042135】u12bu1u22a rrci 2rdi(u1 u2)第 7頁2【解析】用 pu 求電阻上損失

14、的功率時(shí)， u 要與電阻 r 相對(duì)應(yīng)， a 中的ru1 是輸出電壓不是輸電線電阻上的電壓，故 a 是錯(cuò)誤的 b 中的 u1u2 是輸電線電阻上的電壓，因此， b 是正確的； c、 d 中的電流 i 是輸電線中的電流，故c、 d 都是正確的【答案】a6如圖 2-7-5 所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為10 kw ，輸出電壓為 400 v ，向距離較遠(yuǎn)的用戶供電，為了減少電能損耗，使用2 kv 高壓輸電，最后用戶得到“ 220 v9.5 kw”的電能，求：圖 2-7-5(1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1；n2(2)輸電線路導(dǎo)線電阻 r；n3(3)用戶降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比.n4【解析】(1)水電站升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1 u14001n2u2 2 0005.(2)由 p2r，輸送電流取決于輸出電壓及輸送功率，有ip損22pp10 0009