2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理選擇性必修2 第3章交變電流第4節(jié)電能的輸送課件

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電能的輸送1.基本知識(shí)(1)兩種損失比較電能輸送中的電壓損失和電能損耗

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______U損＝__減小__減小I功率損失導(dǎo)線有電阻電流______P損＝___減小__減小r電阻rIrr熱效應(yīng)I2rI②由P＝UI知,輸送電功率不變的前提下,提高輸電電壓,會(huì)減小__________,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．橫截面積輸電電流2．思考判斷(1)由P＝UI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．(×)1.基本知識(shí)在發(fā)電站附近用_____變壓器__________,用輸電線輸送到遠(yuǎn)方,在用電地區(qū)附近,用____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：遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)

圖2－7－1升壓升高電壓降壓2．思考判斷(1)高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)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,所以輸電電壓越高越好．(×)3．探究交流“提高輸電電壓、減小輸電電流”是否與歐姆定律相矛盾？1.基本知識(shí)(1)使用環(huán)節(jié)：大功率______輸電環(huán)節(jié)中使用直流輸電．(2)直流輸電系統(tǒng)直流輸電

高壓2．思考判斷(1)直流輸電的優(yōu)點(diǎn)是不存在電感和電容引起的電能損失．(√)(2)直流輸電過(guò)程中沒(méi)有使用變壓器．(×)3．探究交流交流輸電有哪些局限性？要克服這些局限性,應(yīng)怎樣去做？【提示】

交流輸電的局限性有：(1)當(dāng)交流輸電功率很大時(shí),電容、電感引起的電壓及電能損失很大；(2)同一電網(wǎng)供電的發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行,技術(shù)存在困難．要克服上述局限性,大功率輸電線路可采用直流輸電．【問(wèn)題導(dǎo)思】

1．輸送電能的過(guò)程為什么會(huì)有能量損失？2．能量損失的大小與哪些因素有關(guān)？3．減小輸電的能量損失有哪些措施？輸電線上的能量損耗

1．功率損失的原因在電能輸送過(guò)程中,電流流過(guò)輸電線時(shí),因輸電線有電阻而發(fā)熱,電能必有一部分轉(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＝I2R.③增大導(dǎo)線的橫截面積S：這要多耗費(fèi)金屬材料,增大成本,同時(shí)給輸電線的架設(shè)帶來(lái)很大的困難．輸送功率是指高壓輸電線始端的輸入功率,輸送電壓是指高壓輸電線始端的電壓．

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ρ,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P′、P用的關(guān)系式正確的是(

)【審題指導(dǎo)】審題時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：(1)明確輸送功率、輸送電壓、損失功率、損失電壓的意義．(2)根據(jù)歐姆定律和功率公式進(jìn)行計(jì)算．【答案】

BD【答案】

BD【問(wèn)題導(dǎo)思】

1．如何分清輸電電壓和損失電壓以及用戶電壓？2．線路損失電壓的原因是怎樣的？3．如何減小線路上的電壓損失？輸電電壓、損失電壓和用戶電壓

1．對(duì)幾個(gè)電壓的理解輸送電壓：輸電線始端電壓,如圖2－7－2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(ΔU＝U2－U3),形成的原因是由于輸電導(dǎo)線上存在電阻和感抗．圖2－7－22．線路電壓損失的原因輸電導(dǎo)線有電阻,電流通過(guò)輸電線時(shí),會(huì)在線路上產(chǎn)生電勢(shì)降落,致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低,這就是輸電線上的電壓損失,如圖2－7－3所示,U為發(fā)電廠的輸出電壓,P為發(fā)電廠的輸出功率,U2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ΔU＝U－U′＝IR.圖2－7－33．減小輸電線路上電壓損失的方法根據(jù)ΔU＝IR可知,減小輸電線路上電壓損失的方法主要有兩種：(1)減小輸電線路的電阻．(2)減小輸電電流I,即提高輸電電壓．1．輸電電壓是指加在高壓輸電線始端的電壓U,損失電壓是指降落在輸電線路上的電壓ΔU＝IR.2．無(wú)論是從減小輸電線路上功率損失,還是從減小電壓損失來(lái)看,都要求提高輸電電壓,以減小輸電電流．

某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定,它發(fā)出的電先通過(guò)電站附近的升壓變壓器升壓,然后用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處村寨附近的降壓變壓器,經(jīng)變壓器降壓后,再用線路接到各用戶,設(shè)兩變壓器都是理想變壓器,那么在用電高峰期,白熾燈不夠亮,但用電總功率增加,這時(shí)(

)A．升壓變壓器的副線圈的電壓變大B．高壓輸電線路的電壓損失變大C．降壓變壓器的副線圈上的電壓變大D．降壓變壓器到各用戶的輸電線上的電壓損失變大

【審題指導(dǎo)】

解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)用電高峰期用戶端總電阻減小(2)白熾燈不夠亮的原因(3)白熾燈兩端電壓大小的相關(guān)因素【解析】用電高峰期,用戶端總電阻由于并聯(lián)電燈增多而減小,從而電流增大,又由U損＝Ir可知,輸電導(dǎo)線上的電壓損失變大,升壓變壓器副線圈的電壓不變,降壓變壓器原、副線圈上的電壓變小,而降壓變壓器到各用戶的輸電線上的電壓損失變大．故正確答案為B、D.【答案】

BD分析此類問(wèn)題時(shí)要弄清輸電導(dǎo)線的電阻是能耗和電壓損失的原因所在,在高壓輸電中靈活運(yùn)用焦耳定律、歐姆定律,抓住電功率的決定因素,把握好能耗與損失電壓的平方成正比,與輸送電壓的平方成反比．2．某發(fā)電站的輸出功率為104kW,輸出電壓為4kV,通過(guò)理想變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處供電．已知輸電導(dǎo)線的電阻率為ρ＝2.4×10-8Ω·m,導(dǎo)線橫截面積為1.5×10-4m2,輸電線路損失的功率為輸出功率的4%,求：(1)升壓變壓器的輸出電壓；(2)輸電線路上的電壓損失．(2)輸電線上的電壓損失：ΔU＝I2R＝3200V.

【答案】

(1)80000V

(2)3200V

發(fā)電機(jī)的端電壓220V,輸出電功率44kW,輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω,如果用初、次級(jí)匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓,經(jīng)輸電線路后,再用初、次級(jí)匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶．(1)畫出全過(guò)程的線路圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶,求用戶得到的功率和電壓．

綜合解題方略——高壓輸電線路

的分析與計(jì)算【審題指導(dǎo)】

審題時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：(1)發(fā)電機(jī)的端電壓等于升壓變壓器原線圈兩端的電壓．(2)對(duì)全過(guò)程線路圖中各物理量要標(biāo)注清楚．【規(guī)范解答】

(1)線路圖如圖所示：輸電線上損失的電壓和電功率分別為U損＝IR線＝200×0.2V＝40V,P損＝IU損＝I2R線＝2002×0.2W＝8×103W.所以,用戶得到的電壓和電功率分別為U用＝U－U損＝220V－40V＝180V,P用＝P總－P損＝44×103W－8×103W＝36kW.【答案】

(1)見(jiàn)規(guī)范解答(2)219.6V

43.92kW(3)180V

36kW解答電能輸送問(wèn)題應(yīng)注意的問(wèn)題1．用戶消耗的功率決定輸送功率,即用戶和線路總共消耗多少功率,發(fā)電站就輸送多少功率,這是能量守恒定律和變壓器原理的體現(xiàn)．2．抓住輸電的兩頭——電源和用電器；分析一條線——輸電線；研究?jī)纱坞妷鹤儞Q——升壓變壓器和降壓變壓器．3．注意輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)三者之間的區(qū)別和數(shù)量關(guān)系．【備選例題】某小型水電站的電能輸送示意圖如圖教2－7－1所示．發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200V,輸電線總電阻為r,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)．要使額定電壓為220V的用電器正常工作,則(

)圖教2－7－1【答案】

AD1．交流輸電線路中功率損失的主要原因(

)A．一定是輸電導(dǎo)線具有電阻B．一定是輸電導(dǎo)線具有容抗C．一定是輸電導(dǎo)線具有感抗D．以上說(shuō)法均不正確【解析】

電能的主要損耗是電熱,由ΔP＝I2R可知A選項(xiàng)正確．【答案】

A2．下列關(guān)于遠(yuǎn)距離高壓直流輸電的說(shuō)法中,正確的是(

)A．直流輸電系統(tǒng)只在輸電環(huán)節(jié)是直流,而發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)是交流B．直流輸電系統(tǒng)只在發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)是直流,而輸電環(huán)節(jié)是交流C．整流器將交流變直流,逆變器將直流變交流D．逆變器將交流變直流,整流器將直流變交流【解析】

直流輸電系統(tǒng)由整流站、直流線路和逆變站三部分組成,在整流站通過(guò)整流器將交流電變換為直流電,在逆變站利用逆變器將直流電變換為交流電．因此選項(xiàng)A、C正