2018_2019学年高中物理第五章交变电流第5节电能的输送学案新人教版.docx

第5节电能的输送1.掌握远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关2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、降低输电损耗的两个途径1输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障(2)保质：保证电能的质量电压和频率稳定(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少2输电线上的功率损失：PI2R线，I为输电电流，R线为输电线的电阻3降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积(2)减小输电导线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压二、电网供电1远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路如图所示在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压降到所需的电压2电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成的全国性或地区性的输电网络3电网送电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高 判一判(1)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少()(2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小()(3)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银，原因是同种情况下，使用银材料，输电线损失的功率大()(4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电()(5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压()(6)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6) 做一做500千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程若输送功率为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)()A0.4PB0.16PC2.5P D6.25P提示：选B.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减小到0.16P，故B正确，A、C、D错误 想一想为什么要电网供电？提示：电网供电可降低一次能源的运输成本，合理地调度电力，减小断电的风险，调节不同地区的供需平衡，保障供电的质量输电线路上的电压和功率损失1输电线路上的电压损失(1)电压损失：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失(2)减少输电线路电压损失的两种方法减小输电线路电阻：由R可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻减小输电电流：由I可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流2输电导线上的电功率损失(1)电功率损失原因：任何输电导线都有电阻，因此当电流通过输电导线向远方输送时，输电线因有电阻而发热功率损失的计算：PI2R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻(2)减少功率损失的方法减小输电线的电阻R，根据R，减小电阻率，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；增大导线的横截面积S，这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难减小输电电流I，根据I，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，根据P损R知，输电线上的功率损耗将降为原来的. 命题视角1减小输电线上功率损失的途径在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是()A使输电线粗一些B减小输电线长度C减少通电时间 D采用高压输电思路点拨 减少输电线上电能损失的两个途径是减小导线电阻和提高输送电压解析从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻、减小输电电流，减小电阻已达到目前技术的极限了，因此，应当采用高压输电，减小输电电流故选D. 答案D 命题视角2输电线上功率损失的计算(多选)某水电站用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为6.0103 AB输电线上由电阻造成的电压损失为15 kVC若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kWD输电线上损失的功率为P，U为输电电压，r为输电线的电阻解析输电线上输送的电流为：I A6 000 A，选项A正确；输电线上由电阻造成的电压损失为U损Ir6 0002.5 V1.5104 V，选项B正确；输电线上损失的功率不可能大于输送的总功率3106 kW，选项C错误；输电线上损失的功率为P中，U应当为输电线上损失的电压，选项D错误答案AB (1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压UIR.(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率(3)无论从减少输电线路上的功率损失，还是减少电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流 【通关练习】1(多选)农村电网改造升级的目的是减小线损率线损率是指损耗电量占输入电量的百分比，农村电网的线损率达20%30%，有的地方甚至达到50%.若要求线损率降到10%以下，则现实中可以采取的措施是()A提高输送功率B提高输电的电压C全部采用超导材料做输电线D适当增大输电线的横截面积解析：选BD.提高输送功率，根据I，输送电流较大，根据P损I2R，可知损失的功率较大，故A错误；提高输电电压，根据I，输送电流较小，根据P损I2R，可知损失的功率较小，故B正确；应用超导材料做输电线，根据P损I2R，损失的功率为零，但成本太高，不经济，故C错误；适当增大输电导线的横截面积，减小了电阻，根据P损I2R，可知损失的功率变小，故D正确2现有一实用型高温超导电缆，利用超导电缆可实现无损耗输电现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V若用临界温度以下的超导体电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kWB10 kWC1.6 kW D1.6103 kW解析：选A.输电导线上的输电电流I50 A，则输电线上损失的电功率PI2R5020.4 W1 000 W，则若用超导材料可节约的电能为1 kW，故A项正确远距离输电的输送电路及基本关系1对高压输电中几个电压的理解(1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2.(2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4.(3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(UU2U3I2R)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失2远距离输电的基本关系(如图所示)(1)功率关系：P1P2，P2P损P3，P3P4.(2)电压关系：，U2U线U3，.(3)电流关系：，I2I线I3，.(4)输电电流：I线.(5)输电导线上损耗的电功率P损P2P3IR线U线I线(6)输电导线上的电压损失U线I线R线U2U3.(2018福建莆田六中月考)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输电线路上损失的电功率I1UB输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为IrD用户端的电压为解析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(UU1)，故A错误；发电厂的输出电压是U，所以输电线上的电压不可能降为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，所以输电线损耗的功率是：Ir，故C错误；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U1I1U2I2，得：U2，故D正确答案D解决远距离输电问题的一般步骤(1)首先画出远距离输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图中的相应位置(2)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路，每个回路都可以用欧姆定律，串、并联电路的特点和电功、电功率的公式等进行计算，联系各回路的桥梁是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率和输出功率的关系 (多选)(2018广西南宁三中模拟)远距离输电装置如图所示，电厂输送功率一定，升压变压器和降压变压器均是理想变压器当开关S由2改接为1时，下列说法正确的是()A电压表读数变小B电流表读数变大C电流表读数变小D输电线损失的功率减小解析：选CD.S接到1后，升压变压器副线圈匝数增多，所以输电电压U2升高(U1U2N1N2，N2增多)，因为输出功率不变，所以输电线电流减小，电流表的示数减小，输电线上的电压减小，所以最终降压变压器的输出电压变大，电压表测路端电压，示数变大，则A、B错误，C正确；电流表示数减小，输电线损失功率减小，故D正确远距离输电的综合问题远距离输电综合问题的解题步骤(1)画出输电电路；(2)求出转化为电能的机械能大小，确定发电机的输出功率；(3)理解联系各回路之间的物理量，对各个回路独立运用欧姆定律、焦耳定律、电功和电功率等公式逐步进行计算有一条河流，水的流量为Q2 m3/s，落差h5 m，现利用其发电，若发电机的总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻R30 ，允许损失的电功率为发电机输出电功率的6%.(1)为满足用电的需求，使用户获得220 V的电压，分别求输电线路使用的理想升压变压器、降压变压器的原、副线圈的匝数比(2)如果输送的电能供“220 V100 W”的电灯使用，正常发光的电灯的盏数为多少？思路点拨 将水流的机械能转化为电能，实现远距离输电，应先确定输出功率，再利用远距离输电示意图及规律求解解析(1)远距离输电的示意图如图所示发电机的输出功率P总Qgh5104 W设输电线上的电流为I，则电功率损失P损I2R所以输电线中的电流为I A10 A升压变压器原线圈两端的电压U1240 V副线圈的输出电压为U2 V5103 V故升压变压器原、副线圈的匝数比为n1n2U1U2240(5103)6125输电线上的电压损失为UIR1030 V300 V降压变压器原线圈两端的电压为U3U2U5103 V300 V4 700 V降压变压器副线圈的输出电压为U4220 V故降压变压器原、副线圈的匝数比为n3n4U3U44 70022023511.(2)设正常发光的电灯的盏数为N，则N470(盏)答案(1)升压变压器原、副线圈的匝数比为6125降压变压器原、副线圈的匝数比为23511(2)470盏(多选)(2018甘肃临夏中学月考)如图所示为某小型电站高压输电示意图发电机输出功率恒定，升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2.下列说法正确的是()A采用高压输电可以增大输电线中的电流B升压变压器原、副线圈匝数比C输电线损耗的功率为D将P上移，用户获得的电压将升高解析：选BD.发电机输出功率恒定，根据PUI可知，采用高压输电可以减小输电线中的电流，故A错误；升压变压器原、副线圈匝数比等于输入电压和输出电压比，故B正确；U2等于线路电阻上的电压与降压变压器输入电压之和，故C错误；若P上移，升压变压器的原线圈匝数减小，由以上分析可知，用户获得的电压将增大，故D正确随堂检测1下列关于减少远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是()A因为热功率P，所以应降低输电电压，增大输电导线的电阻，才能减少输电导线上的热损耗B因为热功率PIU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减少输电导线上的热损耗C因为热功率PI2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输电电流的方法来减少输电导线上的热损耗D以上说法均不正确解析：选C.不能盲目套用公式，要注意其物理意义，在求热损耗时可以用P损IR线或用P热U线I线，也可用P，但U必须为输电导线两端的电压故选项C正确2(2018江苏东台创新学校月考)如图所示是远距离输电的示意图，下列说法正确的是()Aa是升压变压器，b是降压变压器Ba是降压变压器，b是升压变压器Ca的输出电压等于b的输入电压Da的输出电压等于输电线上损耗的电压解析：选A.远距离输电先升压，后降压，选项A正确，选项B错误；由于输电线上有电压损耗，故a的输出电压等于b的输入电压与输电线上损耗的电压之和，选项C、D错误3如图所示为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1n4n2n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL2R，忽略灯丝电阻随温度的变化当A、B端接入低压交流电源时()AA1、A2两表的示数相同BL1、L2两灯泡的亮度相同CR1消耗的功率大于R3消耗的功率DR2两端的电压小于R4两端的电压解析：选D.设A、B端所加电压为U.由欧姆定律知，通过A2表的电流大小I2.通过升压变压器升压后输出电压UU，降压变压器获得电压为UI12RUI12R，灯泡L1两端电压为，则通过灯泡L1的电流为.故由变压器电流变化规律得A1表的电流大小I1.又因为n1n42R，所以I1I2，故灯泡L1亮度更大，选项B错误；由于I1B.U3，所以，故A正确，B错误5(2018安徽池州江南中学月考)如图所示，发电机输出功率为100 kW，输出电压为U1250 V，用户需要的电压为U4220 V，两变压器之间输电线的总电阻为R线10 ，其他电线的电阻不计，若输电线中因发热而损失的功率为总功率的4%，试求：(变压器是理想的)发电机输出电流和输电线上的电流大小？解析：输电线路的示意图如图所示，输电线损耗功率P线4%P出4 kW 又P线IR线 输电线电流I2I320 A 原线圈中输入电流I1 A400 A.答案：400 A20 A 课时作业一、单项选择题1下列关于高压直流输电的说法，正确的是()A高压直流电可以经过变压器提升电压后进行输送B在输送过程中直流输电不考虑输电线的电感对电流的影响C在输送过程中直流输电不考虑输电线的电阻对电流的影响D直流输电，用户可以直接得到直流电解析：选B.现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然是交流，D错误；变压器只能对交流起作用，对直流不起作用，A错误；在输电功率大、输电导线横截面积大的情况下，对交流来说，感抗会超过电阻，但电感对直流就不会有影响，当然电阻对直流和交流是同样有影响的，B正确，C错误2远距离输送一定功率的交流电，若输送电压提高到n倍，则()A输电线上的电压损失增大B输电线上的电能损失增大C输电线上的电压损失不变D输电线上的电能损失减少到原来的解析：选D.在输送功率一定时，由I知，电压提高到n倍，则电流变为原来的，电压损失减为原来的，故A、C错误；由P损I2R知，功率损失减为原来的，故B错误，D正确3(2018福建莆田二十四中月考)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()A升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大C输出电流减小D输电线上损耗的功率增大解析：选D.由于发电厂的输出电压不变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，故A错误由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的输出功率增大，又升压变压器的输出电压U2不变，根据PUI可知输电线上的电流I线增大，根据U损I线R，输电线上的电压损失增大，根据降压变压器的输入电压U3U2U损可得，降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故B错误根据P损IR，又输电线上的电流增大，电阻不变，所以输电线上的功率损失增大，故D正确根据电流与匝数成反比可知，降压变压器的输入电流增大，则输出电流也增大，故C错误4(高考福建卷)如图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uUmsin t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()A()B()C4()2()2r D4()2()2r解析：选C.升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1；由变压关系可得 ，则U2；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2，则输电线上损失的电功率为PI(2r)，故选项C正确5远距离输电，原来用电压U0输电，在输电线上损失的电功率为P，现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的，则输电电压应为()A100U0 B.U0C. D.解析：选B.设线路电阻为r，损失功率为PI2r，线路电流为I，解得P，则P，当P为原来的时，U0U0，选项B正确6照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些这是因为用电高峰时()A总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低B总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小C总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大D供电线路上电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小解析：选C.照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器多，总电阻变小，供电线路上的电流变大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，C正确7(2018海南华侨中学月考)在远距离输电时，在输送的电功率和输电线电阻都保持不变的条件下，输电的电压为U1时，输电线上损失的功率为P1；输电的电压为U2时，输电线上损失的功率为P2 .则U1 U2为()A. B.C. D.解析：选A.输送的功率一定，由PUI知，IP/U，则P损I2RR，知输电线上损失的电功率与电压的平方成反比，则，故A正确，B、C、D错误二、多项选择题8(2018湖北沙市中学月考)供电电路的电源的输出电压为U1，线路导线上的电压为U2，用电器得到的电压为U3，导线中电流为I，线路导线的总电阻为R，若要计算线路上的损失功率，可用的公式有()A. BI(U1U3) CI2R D.解析：选BCD.U1不等于线路上的电压，A错误；线路导线上的电压为U2U1U3，导线中电流为I，线路上的损失功率PUII(U1U3)，B正确；导线中电流为I，线路导线的总电阻为R，线路上的损失功率PI2R，C正确；线路导线上的电压为U2，线路导线的总电阻为R，线路上的损失功率P，D正确9一台发电机最大输出功率为4 000 kW、输出电压为4 000 V，经变压器T1升压后向远方输电输电线路总电阻R1 k.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V，60 W)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()AT1原、副线圈电流分别为1103A和20 ABT2原、副线圈电压分别为1.8105V和220 VCT1和T2的变压比分别为150和401D有6104盏灯泡(220 V，60 W)正常发光解析：选ABD.远距离输电的电路如图所示，在升压变压器原线圈中由PU1I1，得原线圈中电流为1103 A，在远距离输电线路中由PIR线得T1副线圈中电流为20 A，故选项A正确；在远距离输电线路中由PU2I2和I线I2得U22105 V，由UI线R线，UU2U3可得T2原线圈电压为1.8105 V，由于灯泡能正常发光，故T2副线圈电压为220 V，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