第三章　4.電能的輸送—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊(cè)課件(共33張PPT)

1、4.電能的輸送學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān)。2.理解減小電能損失的兩個(gè)途徑以及高壓輸電的原理。3.知道遠(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(wèn)題。4.通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的學(xué)習(xí),了解并體會(huì)物理學(xué)對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn),培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。思維導(dǎo)圖 必備知識(shí)自我檢測(cè)一、輸送電能的基本要求1.可靠:保證供電線路可靠地工作,故障少。2.保質(zhì):保證電能的質(zhì)量電壓和頻率穩(wěn)定。3.經(jīng)濟(jì):輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低、電能損耗少。二、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑1.輸電線上的功率損失:P=I2r,I為輸電電流,r為輸電線的電阻。2.降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)減小輸電線的電阻:在

2、輸電距離一定的情況下,為了減小電阻,應(yīng)當(dāng)選用電阻率小的金屬材料,還要盡可能增加導(dǎo)線的橫截面積。(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流:為減小輸電電流,同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高輸電電壓。必備知識(shí)自我檢測(cè)三、電網(wǎng)供電1.遠(yuǎn)距離輸電基本原理:遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,如圖所示。在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓到幾百千伏,然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電。到達(dá)數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后,先后經(jīng)“一次高壓變電站”“二次變電站”降到10 kV左右,然后,一部分電能送往用電量大的工業(yè)用戶,另一部分經(jīng)低壓變電站的降壓變壓器降壓后供給其他用戶。必備知識(shí)自我檢測(cè)2.通過(guò)網(wǎng)狀的輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來(lái),

3、形成全國(guó)性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò),這就是電網(wǎng)。3.優(yōu)點(diǎn):(1)減少發(fā)電設(shè)施的重復(fù)建設(shè),降低一次能源的運(yùn)輸成本。(2)可保證發(fā)電和供電的安全可靠,方便調(diào)整供需平衡,使電力供應(yīng)更加可靠、質(zhì)量更高。必備知識(shí)自我檢測(cè)1.正誤判斷。(1)增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失。()解析:增加導(dǎo)線橫截面積,減小了導(dǎo)線的電阻,發(fā)熱功率減小。答案:(2)高壓輸電是通過(guò)提高電壓、減小輸電電流來(lái)減少輸送電路的發(fā)熱損耗。()解析:輸送功率一定的情況下,電壓越高,輸電電流越小,導(dǎo)線上發(fā)熱功率越小。答案:(3)高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好。()解析:電壓越高,對(duì)輸電電路和變壓器的要求就越

4、高,技術(shù)難度增大,建造與維護(hù)成本增大。答案:必備知識(shí)自我檢測(cè)(4)從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電。()解析:當(dāng)發(fā)電廠與用戶距離較近時(shí)可不用高壓輸電。答案:(5)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí),用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。()解析:用戶得到的電壓取決于降壓變壓器。答案:(6)遠(yuǎn)距離輸電時(shí),若升壓變壓器匝數(shù)比為1n,降壓變壓器匝數(shù)比為n1,則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。()解析:由于輸電導(dǎo)線有電阻,電路上電壓會(huì)有損耗,升壓變壓器輸入的電壓大于降壓變壓器輸出的電壓。答案:必備知識(shí)自我檢測(cè)2.關(guān)于電能輸送的以下分析,正確的是() C.由公式P=

5、I2R知,輸電電流越大,輸電導(dǎo)線上功率損失越大D.由公式P=IU知,輸電導(dǎo)線上的功率損失與輸電電壓成正比答案:C 必備知識(shí)自我檢測(cè)3.如圖所示是遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,下列說(shuō)法正確的是()A.a是升壓變壓器,b是降壓變壓器B.a是降壓變壓器,b是升壓變壓器C.a的輸出電壓等于b的輸入電壓D.a的輸出電壓等于輸電線上損耗的電壓解析:遠(yuǎn)距離輸電先升壓,后降壓,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于輸電線上有電壓損耗,故a的輸出電壓等于b的輸入電壓與輸電線上損耗的電壓之和,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案:A探究一探究二隨堂檢測(cè)遠(yuǎn)距離輸電損耗的產(chǎn)生及減損方法情境探究中國(guó)的特高壓直流輸電技術(shù)世界領(lǐng)先。2018年10月16日,世

6、界首個(gè)海拔4 000米以上的高海拔特高壓直流試驗(yàn)線段工程中國(guó)電力科學(xué)研究院西藏高海拔特高壓直流試驗(yàn)線段順利通過(guò)驗(yàn)收。該試驗(yàn)線段具備高海拔苛刻條件下500千伏、800千伏、1 100千伏、1 300千伏直流及1 000千伏交流特高壓工程試驗(yàn)?zāi)芰?當(dāng)之無(wú)愧地成了目前世界上海拔最高、電壓等級(jí)最高、功能最全的特高壓試驗(yàn)基地。請(qǐng)思考下面的問(wèn)題:如圖所示,輸送功率為P,發(fā)電廠輸出的電壓為U,兩條導(dǎo)線的總電阻是r,在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r,請(qǐng)思考:探究一探究二隨堂檢測(cè)(1)輸電線中的電流為多少?在發(fā)電廠輸送功率一定時(shí),輸電線中的電流與輸電線電阻及用電器電阻有關(guān)系嗎?(2)輸電線上功率損失的表達(dá)式是什么?(

7、3)為什么遠(yuǎn)距離輸電必須用高壓呢?(3)因?yàn)榘l(fā)電廠的輸出功率P是一定的,由P=UI得,要減小能量損耗,就要減小輸電電流I,必須提高輸出電壓U。探究一探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納1.電壓損失輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U的差值。U=U-U=IR。2.功率損失(1)遠(yuǎn)距離輸電時(shí),輸電線有電阻,電流的熱效應(yīng)引起功率損失,損失的電功率P=I2R。(2)若輸電線上損失的電壓為U,則功率損失還可以表示為探究一探究二隨堂檢測(cè)3.減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻由R= 可知,距離l一定時(shí),使用電阻率小的材料,增大導(dǎo)體橫截面積可減小電阻。(2)減小輸電電流I由P=UI可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),升高電壓

8、可以減小電流。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1(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(zhǎng)度為L(zhǎng),輸電線損失的電功率為P,用戶得到的電功率為P用,則下列關(guān)系式正確的是()探究一探究二隨堂檢測(cè)答案:BD 規(guī)律方法輸送的功率(電壓)、損失的功率(電壓)、用戶得到的功率(電壓)分別對(duì)應(yīng)于輸電過(guò)程的“始”“中”“末”。只有理解好“輸送”“損失”“得到”的含義,才能避免“張冠李戴”。探究一探究二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練1我國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1 000 kV 特高壓輸電,是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來(lái)用500 kV的超高壓輸電,在保持輸送電功率和輸

9、電線電阻都不變的條件下,現(xiàn)改用1 000 kV特高壓輸電,不考慮其他因素的影響。則()A.輸電電流變?yōu)樵瓉?lái)的2倍B.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉?lái)的2倍探究一探究二隨堂檢測(cè)答案:C 探究一探究二隨堂檢測(cè)遠(yuǎn)距離輸電電路的分析與計(jì)算情境探究某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖所示,其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注,在這個(gè)電路中包括三個(gè)回路。(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計(jì))。請(qǐng)思考:(1)用圖中的電壓和電流表示出四個(gè)功率和損耗功率,并寫出它們間的關(guān)系。(2)每個(gè)變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系?探究一探究二隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P

10、4=U4I4,P=UI2。P1=P2,P3=P4,P=P2-P3。探究一探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納輸送過(guò)程如圖所示,可以劃分為三個(gè)回路探究一探究二隨堂檢測(cè)(1)分析遠(yuǎn)距離輸電線路的有效方法是理清三個(gè)回路,抓住兩個(gè)聯(lián)系,掌握一個(gè)定律,其關(guān)系如下表所示:探究一探究二隨堂檢測(cè) (1)注意區(qū)別:輸電電壓U與輸電線上降落的電壓U;輸電功率P與輸電線上損失的功率P。(2)抓住不變量:輸送電功率不變,由P=UI判斷出輸電電流I的變化,從而由U=IR、P=I2R判斷U、P的變化。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例2如圖所示,發(fā)電站通過(guò)升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶(升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想

11、變壓器),若發(fā)電機(jī)的輸出功率是100 kW,輸出電壓是250 V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為125。(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流。(2)若輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的4%,求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。探究一探究二隨堂檢測(cè)答案:(1)6 250 V16 A(2)15.625 6 000 V 探究一探究二隨堂檢測(cè)規(guī)律方法遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的四個(gè)關(guān)鍵(1)畫出一個(gè)模型遠(yuǎn)距離輸電模型圖。(2)抓住輸電的兩端電源和用電器。(3)分析導(dǎo)線輸電導(dǎo)線。(4)研究?jī)纱坞妷鹤儞Q升壓和降壓。探究一探究二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練2某交流發(fā)電機(jī)輸出功率為5105 W,輸出電壓為U=

12、1.0103V,假如輸電線的總電阻R=10 ,在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5%,用戶使用電壓U用戶=380 V。(1)畫出輸電線路的示意圖;(標(biāo)明各部分的符號(hào))(2)所用升壓和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是多少?(使用的變壓器是理想變壓器)探究一探究二隨堂檢測(cè)解析:(1)輸電線路示意圖如圖所示。 答案:(1)見(jiàn)解析圖(2)110251 探究一探究二隨堂檢測(cè)1.(多選)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1,發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線總電阻為R線,通過(guò)輸電線的電流為I,學(xué)校輸入電壓為U2,下列計(jì)算輸電線功率損耗的式子中,正確的是()答案:BCD 探究一探究二隨堂檢測(cè)2.三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為50萬(wàn)千瓦。(1)若輸出的電壓為20萬(wàn)伏,則輸電線上的電流為多少?(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐,則輸電線上損失的功率為多少?它占輸出功率的幾分之幾?(3)若將電壓升高至50萬(wàn)伏,輸電線上的電流為多少?輸電線上損失的功率又為多少?它占輸出功率的幾分之幾?探究一探究二隨堂檢測(cè)探究一探究二隨堂檢測(cè)3.某小型水力發(fā)電站的發(fā)電輸出