2019_20学年高中物理第二章交变电流第七节远距离输电课件粤教版.pptx

第七节 远距离输电,第二章 交变电流,学科素养与目标要求,物理观念： 1.了解远距离高压输电的原理. 2.理解输电线上电能损失的影响因素. 科学思维： 1.体会降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况. 2.能分析远距离输电的基本过程，会对基本的远距离输电线路进行定量计算. 3.体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计基本的供电框架图.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,1.输电线路：由发电站、升压_、输电导线、高压变电所、低压变电所和用户组成. 2.示意图,一、从发电站到用户的输电线路,变压所,二、为什么要用高压输电,1.输电线上的功率损失：PI2R，其中I为_，R为_的电阻. 2.减少电能损失的两种方法 (1)在输电距离一定的情况下，为了减小_，应当选用_小的金属材料，还要尽可能增加导线的_. (2)为减小输电_，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要_输电电压.,输电电流,输电导线,电阻,电阻率,横截面积,电流,提高,三、直流输电,1.高压直流输电的原因：高压交流线路中_引起的电能损失很大，因此采用高压直流输电. 2.直流输电过程,电感、电容,1.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，与输电线电流的平方成正比.( ) (2)由 可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小.( ) (3)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. ( ) (4)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.( ),即学即用,2.输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为_.,重点探究,一、降低输电损耗的两条途径,导学探究,如图所示，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(在图中把导线电阻集中画为r).那么：,(1)用户两端的电压是多大？,(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？,答案 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.,(3)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 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. 功率损失表达式： ，所以降低功率损耗的两条途径为：减小输 电线的电阻r；减小输电电流I，即提高输送电压U.,知识深化,如图1所示：,图1,1.输电线上的电压损失,2.输电线上的功率损失 (1)PI2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻.,(2)PUI或 ，其中U为输电线上的电压损失.,3.减少电压损失和功率损失的方法,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？,答案 2 500 A,(2)在(1)情况下，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？它与输出功率的比值是多少？,解析 输电线上损失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W,(3)若将输出电压升高至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？它与输出功率的比值是多少？,输电线上损失的功率 PI22r1 0002210 W2107 W,例2 (多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是,C.I2R线 D.I(U1U2),解析 输电线功率损耗P损I2R线 IU线，其中U线U1U2，故B、C、 D正确.,提示 P损I2r UI.式中必须注意，U为输电线路上的电压损失， 而不是输电电压.,二、远距离高压输电电路中的各种关系,某发电站向远处送电的示意图如图所示，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.,导学探究,(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).,答案 第一个回路：P1U1I1 第二个回路：U2UU3，P2PP3 第三个回路：P4U4I4.,(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？,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2所示),知识深化,图2,回路1：P1U1I1 回路2：U2UU3，P2PP3 ， I2I3 回路3：P4U4I4.,2.抓住两个联系 (1)理想升压变压器联系回路1和回路2，,(2)理想降压变压器联系回路2和回路3，,3.掌握一个定律 根据能量守恒定律得P2PP3.,例3 发电机两端的电压为220 V，输出功率44 kW，输电导线的总电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户. (1)画出全过程的线路示意图；,答案 见解析图,解析 线路示意图如图所示.,(2)求用户得到的电压和功率；,答案 219.6 V 4.392104 W,U损I2R线200.2 V4 V. 所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为 U3U2U损2 200 V4 V2 196 V， I3I220 A. 降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为,用户得到的功率为 P4U4I4219.6200 W4.392104 W.,(3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率.,答案 180 V 3.6104 W,解析 若直接给用户供电，线路示意图如图所示，,输电线路上的电压损失 UIR线2000.2 V40 V. 所以用户得到的电压 U2U1U220 V40 V180 V. 用户得到的功率为 PU2I180200 W3.6104 W.,针对训练 (多选)(2018东江高级中学高二下学期月考)如图3所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器).对整个送电过程，下列说法正确的是,图3,A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为1001,解析 输电线上损失功率为P损P0.6%50 kW0.6%300 W，A项正确；,输电线上损失的电压为U损I2R103 V30 V，降压变压器输入电压为U35 000 V30 V4 970 V，C项正确.,达标检测,1.(输电线上功率损失的计算)(2017南京市学情调研卷)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区.为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,2.(输电线上功率损失的计算)(2018江苏单科)采用220 kV高压向远方的城市输 电.当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的 ，输电电压应 变为 A.55 kV B.110 kV C.440 kV D.880 kV,A.U1U2U4U3 B.用户的电压U4增加 C.输电线上的损失功率增大 D.输电线上损耗的功率占总输送功率的比例增大,3.(远距离高压输电的分析与计算)(多选)如图4为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的总电阻r、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总功率增大时,1,2,3,4,5,图4,用户用电器总功率增大时，输送功率变大，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U1不变，则升压变压器的输出电压U2不变，降压变压器的输入电压U3变小，用户的电压U4减小，故B错误，C正确.,1,2,3,4,5,4.(远距离输电损耗的计算)(2018孝感市高二期中)在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失.有一个小型发电站，发电机输出的电功率为P500 kW，当使用U5 kV的电压输电时，测得安装在输电线起点和终点处的两只电能表一昼夜示数相差4 800 kWh. (1)求输电线上的电流I、输电线的总电阻r和输电线上损失的电压U损.,1,2,3,4,5,答案 100 A 20 2 000 V,由输电线上损失的功率P损I2r 得输电线的总电阻r20 输电线上损失的电压U损Ir2 000 V.,1,2,3,4,5,(2)若想把损失功率控制为输送功率的1.6%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？输电线上损失的电压是多少？,1,2,3,4,5,答案 25 kV 400 V,解析 由题意知损失功率P损P1.6%8 kW 由P损I2r 得输电线上的电流I20 A,1,2,3,4,5,输电线上损失的电压U损Ir400 V.,5.(远距离高压输电的分析与计算)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，路端电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为15，两变压器间输电线的总电阻为1.5 ，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器能量损耗，求： (1)升压变压器副线圈两端的电压；,1,2,3,4,5,答案 2 500 V,解析 输电线路原理图如图所示,升压变压器副线圈两端的电压,(2)输电导线上的功率损失及用户得到的功率；,1,2,3,4,5,答案 60 kW 440 kW,解析 输电导线上的电流,输电导线上的功率损失,用户得到的功率P用P1P损440 kW.,(3)降压变压器原、副线圈的匝数比.,1,2,3,4,5,答案 101,解析 输电导线上的电压 UI2r线300 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3U2U2 200 V,课时对点练,A.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小电路的发 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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,一、选择题 考点一 输电线上电压损失和功率损失 1.(多选)如图1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,13,图1,解析 输电线损失的功率P损I2R线，减小I或R线均可减小输电线损失的功率； 由 ，电压一定，功率增大则电流增大，P损增大；输电过程不一定是电压 越高越好，故A、B、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.(多选)陕西神木750 kV输变电工程投入运行后，对同一输电线路，相比原来的250 kV输电，下列说法正确的是,13,解析 高压输电不改变交变电流的频率，A错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3.(2018大连市高二下学期期末)某发电站采用高压输电向外输送电能，若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电线的总电阻为R.则,13,4.(多选)为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰.若在正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，热损耗功率为P；除冰时，输电线上的热损耗功率需要变为9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变) A.输电电流为3I B.输电电流为9I C.输电电压为3U D.输电电压为,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 高压线上的热损耗功率PI2R线，若热损耗功率变为9P，则9PI2R线，可得I3I，A正确； 输送功率不变，即PUIUI，得U ，D正确.,5.(多选)(2018聊城市高二下学期期末)如图2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，流入用户端的电流为I2.则,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图2,C.输电线路上损失的电功率为I1U D.当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考点二 远距离高压输电线路的分析与计算 6.图3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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.通过R0的电流有效值是20 A B.降压变压器T2原、副线圈的电压比为41 C.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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.(多选)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 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,13,图4,因为降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，所以降压变压器T2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； 由于输电线上电阻消耗功率，所以升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.若用户消耗的功率增大，I2随之增大 B.若用户消耗的功率增大，U4随之增大 C.U2U3I2r,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,8.(2018德州市高二下学期期末)如图5所示为远距离输电示意图，线路总电阻为r，发电厂输出电压不变，三个回路的电流依次为I1、I2、I3，两变压器均为理想变压器，左侧变压器输入电压为U1，输出电压为U2；右侧变压器输入电压为U3，输出电压为U4，以下选项错误的是,13,图5,解析 若用户消耗的功率增大，则I3会变大，则由变压器匝数比等于电流比的倒数可知，I2随之增大，输电线r上的电压变大，则U3减小，U4减小，选项A正确，B错误； 由串联电路的特点可知：U2U3I2r，选项C正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,9.(多选)图6甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器.升压变压器原、副线圈匝数比为1100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 .降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为热敏电阻，当温度升高时其阻值变小.电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出).未发生火情时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的是,13,图6,A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 Hz B.未发生火情时，远距离输电线路损耗功率为180 kW C.当R2所在处发生火情时，电压表V的示数变大 D.当R2所在处发生火情时，输电线上的电流变大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 由题图乙知交变电流的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，变压器不改变交变电流的频率，A正确； 由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为250 V，根据升压变压器变压规律 知副线圈两端电压为25 000 V，所以输电线中的电流为I 30 A，输电线路 损失的电压为UIR30100 V3 000 V，输电线路损耗功率为PIU90 kW，B错误； 当R2所在处发生火情时其阻值减小，副线圈中电流增大，根据降压变压器变流规律知输电线上的电流变大，输电线上的分压增大，降压变压器两端的电压变小，根据降压变压器变压规律和串联分压，R1两端电压增大，故电压表V的示数变小，C错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.仅闭合开关S，灯L1会变亮 B.仅闭合开关S，r消耗的功率会变大 C.仅将滑片P下移，电流表的示数会变大 D.仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.(多选)如图7所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线总电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变.现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光.则下列说法正确的是,13,图7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析闭合S，则消耗功率增大，T2副线圈中电流增大，T2原线圈中电流也增大，则输电线r上损失的电压和功率增大，则T2输入电压UT2初UT1次Ir减小，灯泡L1两端电压UT2次减小，故灯泡L1会变暗，故A错误，B正确； 仅将滑片P下移，T1副线圈匝数增大，则输出电压增大，T2的输入电压增大，灯泡两端电压也增大，T2副线圈中电流变大，则T2原线圈中电流变大，则输电线r消耗的功率会变大；变压器T1副线圈中电流变大，则原线圈中电流也变大，即电流表的示数会变大，故C正确，D错误.,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,二、非选择题 11.某发电站通过燃烧煤来发电.发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kW，输出电压是240 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为125，输电线的总电阻为10 ，用户需要的电压为220 V.则： (1)输电线上损失的电功率为多少？,13,答案 4 000 W,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 画出输电线路图如图所示,13,输电线上损失的电功率,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？,13,答案 29011,解析 输电线上损失的电压 UI2r2010 V200 V 降压变压器原线圈两端的电压U3U2U6 000 V200 V5 800 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展