2017_2018高中物理第二章交变电流第七节远距离输电学案粤教版选修.docx

第七节远距离输电学习目标1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实际问题一、降低输电损耗的两个途径导学探究如图1所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r.那么：图1(1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？答案(1)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和(2)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因功率损失的表达式：PI2rr，所以降低功率损耗的两个途径为：减小输电线的电阻r；减小输电电流I，即提高输送电压U.知识梳理减小输电线损耗的方法：(1)电压损失：输电线始端电压U与末端电压U的差值UUUIR.(2)功率损失：电流的热效应引起功率损失PI2R.(3)减少电压、功率损失的方法：减小电阻：由R可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻提高输送电压：由PUI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流，即采用高压输电即学即用判断下列说法的正误(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成正比()(2)由P可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小()(3)由PI2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失()(4)高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的()答案(1)(2)(3)(4)二、远距离输电电路中的各种关系导学探究某发电站向远处送电的示意图如图2所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路图2(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？答案(1)第一个回路：P1U1I1第二个回路：U2UU3，P2PP3IRP3第三个回路：P4U4I4(2)、P1P2；、P3P4.知识梳理远距离输电过程的几个基本关系：(1)功率关系：P1P2，P2P线P3，P3P4，P线I2UIR.(2)电压关系：，U2U3U.(3)电流关系：n1I1n2I2，n3I3n4I4，I2.即学即用判断下列说法的正误(1)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压()(2)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()(3)电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率与电厂发出的交流电的频率小得越多()(4)远距离输电时，输送电压越高越好()答案(1)(2)(3)(4)一、输电线上功率损失的计算输电线路上的功率损失，主要是输电线电阻发热造成的损失常用计算公式：(1)PI2R，其中I为输电线路上的电流(2)PUI或P，其中U为输电线上的电压损失例1三峡水电站某机组输出的电功率为50万千瓦(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？答案(1)2500A(2)1.25108W(3)1000A2107W解析(1)由PUI得I2500A(2)输电线上损失的功率PI22r25002210W1.25108W损失功率与输出功率之比为(3)将电压升高至50万伏时，I1000A输电线上损失的功率PI22r10002210W2107W损失功率与输出功率之比为.二、高压输电线路的分析与计算解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律1画图、理清三个回路(如图3所示)图32抓住两个联系(1)理想升压变压器联系回路1和回路2即，I1n1I2n2，P1P2.(2)理想降压变压器联系回路2和回路3即，I3n3I4n4，P3P43掌握一个定律根据能量守恒定律得P2PP3.例2如图4所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)，若发电机的输出功率是100kW，输出电压是250V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为125.图4(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压答案(1)6250V16A(2)15.6256000V解析(1)对升压变压器，据公式，有U2U1250V6250VI2A16A(2)P损IR线，P损0.04P1所以R线15.625因为UU2U3I2R线所以U3U2I2R线6000V.1夏天由于用电器的增多，每年夏天都会出现“用电荒”，只好拉闸限电若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电时的2倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是()A若输送电压不变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的2倍B若输送电压不变，则用电高峰时输电线上损失的功率为正常供电时的2倍C若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电电流为正常供电时的4倍D若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4倍答案A解析高压输电时PUI，I是输送电路上的电流用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常时的2倍，A正确；输电线上的热耗功率PI2R线，则热耗功率变为正常时的4倍，B错误；用电高峰时，若输送电压加倍，则I不变，与正常时相同，C错误；由PI2R线，知热耗功率不变，D错误2(多选)如图5为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总电阻减少时()图5AU1U2U4U3B用户的电压U4增加C输电线上损失的功率增大D用户消耗的功率等于发电机的输出功率答案AC解析根据，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故A正确用户用电器总电阻减小，则电流增大，所以输电线上的电流增大，根据P损I2r知，输电线上损耗的功率增大，根据UIr知，输电线上的电压损失变大，发电机的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，降压变压器的输入电压变小，用户的电压U4减小，故C正确，B错误用户消耗的功率等于发电机的输出功率与输电线上损失的功率之差，故D错误3(多选)在如图6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()图6A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输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大答案CD解析发电厂的输出电压不变，升压变压器的输入电压不变，输出电压不变，选项A错误；随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损失的电压(UIR)增大，降压变压器的输入电压减小，降压变压器的输出电压减小，选项B错误；随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损耗的功率(PI2R)增大，选项C正确；输电线上损耗的功率PI2R2R，输电线上损耗的功率占总功率的比例P输，选项D正确4如图7所示为远距离交流输电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，流入用户端的电流是I2.则()图7A用户端的电压为B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为IrD输电线路上损失的电功率为I1U答案A解析根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U2，选项A正确；输电线上的电压降UI1rUU1，选项B错误；变压器的输入功率P1I1UIrI1U1，选项C错误；输电线路上损失的电功率PIrI1(UU1)，选项D错误一、选择题(15题为单选题，610题为多选题)1农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有()A提高输送功率B增大输送电流C提高输电电压D减小输电导线的横截面积答案C解析电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径：一、减小输电导线中的电流，即提高输电电压；二、减小输电线的电阻，即增大输电导线的横截面积，故C正确2输电线路的总电阻为R，发电站输出功率为P，输电电压为U，则用户得到的功率为()APBP()2RCPD()2R答案B解析用户得到的功率P得PI2RP()2R，所以B正确3某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106kW.现用500kV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2.0105AB输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108kWD输电线上损失的功率为P，U为输电电压，R为输电线的电阻答案B解析输电线上输送的电流为IA6103A，A项错误；输电线上损失的电压为U损IR61032.5V1.5104V15kV，B项正确；当用5kV电压输电时，输电线上损失的功率超过3106kW，与实际情况相矛盾，故C项错误；当用公式P计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误4图1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1A()B()C4r()2()2D4r()2()2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，所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P，所以输电线上的电流I，输电线上损失的电功率为PI22r4r22，所以C正确，A、B、D错误5远距离输电的原理图如图2所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的总电阻为R.变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()图2A.BI2CI1U1IRDI1U1I2U2答案D解析根据理想变压器的工作原理得I1U1I2U2、.U2不是加在R两端的电压，故I2.而I1U1等于R上消耗的功率IR与下一级变压器的输入功率之和选项D正确6如图3所示为远距离高压输电的示意图关于远距离输电，下列表述正确的是()图3A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好答案ABD解析依据输电原理，电路中的功率损耗PI2R线，而R线，增大输电导线的横截面积，可减小输电线的电阻，从而能够减小输电过程中的电能损失，选项A正确；由P输UI知，在输送功率P输一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流I越小，则电路中的功率损耗越小，选项B正确；若输送电压一定，输送功率P输越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，选项C错误；因为输电电压越高，对于安全和技术的要求也越高，因此并不是输电电压越高越好，高压输电必须综合考虑各种因素，选项D正确7下列关于远距离高压直流输电的说法中，正确的是()A直流输电系统只在输电环节是直流，而在发电环节和用电环节是交流B直流输电系统只在发电环节和用电环节是直流，而在输电环节是交流C整流器将交流变直流，逆变器将直流变交流D逆变器将交流变直流，整流器将直流变交流答案AC解析直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成，在整流站通过整流器将交流电变换为直流电，在逆变站利用逆变器将直流电变换为交流电因此选项A、C正确8输送功率为P，输送电压为U，输电线电阻为R，用户得到的电压为U.则下列说法中正确的是()A输电线损失功率为()2RB输电线损失功率为C用户得到的功率为D用户得到的功率为答案ABD解析送电电流为I，损失电压为UU，则损失功率可表示为以下几种形式：P损I2R()2R，A正确；P损，B正确；用户功率为P用IU，P用，D正确，C错误9某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电已知输电线的总电阻为R，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，降压变压器副线圈两端交变电压u220sin(100t) V，降压变压器的副线圈与阻值R011的电阻组成闭合电路若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是()图4A通过R0的电流有效值是20AB降压变压器T2原、副线圈的电压比为41C升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率答案ABD解析降压变压器副线圈两端交变电压有效值为220V，负载电阻为11，所以通过R0的电流的有效值是20A，故A正确；因为降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，所以原、副线圈的电压之比为41，故B正确；由于输电线有电阻导致降压变压器T2的输入电压低于升压变压器T1的输出电压，故C错误；升压变压器T1的输入与输出功率相等，降压变压器T2的输入与输出功率也相等，但升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率，原因是输电线上电阻消耗功率，故D正确10.某小型水电站的电能输送示意图如图5所示，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220V的用电器正常工作，则()图5A.B.C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案AD解析由于输电线上的电压损失，故升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，故选项C错误；由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D正确.，因为U1200VU3U2U线，故，选项A正确二、非选择题11.风力发电作为