高中物理 2.7 电能的输送同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解从变电站到住宅的输电过程 2 知道远距离输电时应用高电压的道理 7电能的输送 课标解读1 理解输电线上损失的电能与哪些因素有关 以及减小损失的两个途径 2 理解高压输电的原理 3 了解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 教学地位本节知识是高考命题的重点 常与变压器 电路知识相结合 以选题或计算题的形式出现 试题难度中等 新课导入建议电能是由其他形式的能转化而来的二次能源 大型发电厂一般建在容易获得能源 像煤 天然气 地热 潮汐 风力 水力资源等能源比较丰富的地方 而工厂 学校 机关等人们用电的地方 距离这些地方很远且比较分散 如何使得在输送电能的过程中损失较低 且又经济实用 是我们这节课主要探究和学习的内容 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 教学流程设计 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 除例1外可再变换命题角度 补充一个例题以拓展学生思路 步骤4 教师通过例题讲解总结输电线上的功率损失原因及大小计算方法 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式同完成探究1相同 步骤7 完成 探究3 重在讲解规律方法技巧 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤9 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 演示结束 1 基本知识 1 两种损失比较 电能输送中的电压损失和电能损耗 电阻r ir r 热效应 i2r i 由p ui知 输送电功率不变的前提下 提高输电电压 会减小 从而减小导线上的发热损失和电压损失 这是降低两种损耗的有效途径 横截面积 输电电流 2 思考判断 1 由p ui知 功率损耗与电流成正比 2 电能的损耗受电流的影响比受电阻的影响更为显著 3 减小输电线电阻是降低电能损耗的最佳途径 1 基本知识在发电站附近用 变压器 用输电线输送到远方 在用电地区附近 用 变压器降到所需电压 远距离输电电路图如图2 7 1所示 远距离输电系统 图2 7 1 升压 升高电压 降压 2 思考判断 1 高压输电是通过减小输电电流来减小电路的电能损耗 2 远距离输电时 若输送的电功率一定 输电电压越高 输电电流就越小 电能损失就越小 所以输电电压越高越好 3 探究交流 提高输电电压 减小输电电流 是否与欧姆定律相矛盾 1 基本知识 1 使用环节 大功率 输电环节中使用直流输电 2 直流输电系统 直流输电 高压 2 思考判断 1 直流输电的优点是不存在电感和电容引起的电能损失 2 直流输电过程中没有使用变压器 3 探究交流交流输电有哪些局限性 要克服这些局限性 应怎样去做 提示 交流输电的局限性有 1 当交流输电功率很大时 电容 电感引起的电压及电能损失很大 2 同一电网供电的发电机同步运行 技术存在困难 要克服上述局限性 大功率输电线路可采用直流输电 问题导思 1 输送电能的过程为什么会有能量损失 2 能量损失的大小与哪些因素有关 3 减小输电的能量损失有哪些措施 输电线上的能量损耗 1 功率损失的原因在电能输送过程中 电流流过输电线时 因输电线有电阻而发热 电能必有一部分转化为内能而损失掉 2 功率损失的大小 1 设输电导线的总电阻为r 输电电流为i 则损失功率为p损 i2r 增大导线的横截面积s 这要多耗费金属材料 增大成本 同时给输电线的架设带来很大的困难 输送功率是指高压输电线始端的输入功率 输送电压是指高压输电线始端的电压 2013 陕西师大附中高二检测 在远距离输电时 输送的电功率为p 输送电压为u 所用导线的电阻率为 横截面积为s 总长度为l 输电线损失的电功率为p 用户得到的电功率为p用 则p p用的关系式正确的是 审题指导 审题时应注意以下问题 1 明确输送功率 输送电压 损失功率 损失电压的意义 2 根据欧姆定律和功率公式进行计算 答案 bd 答案 bd 问题导思 1 如何分清输电电压和损失电压以及用户电压 2 线路损失电压的原因是怎样的 3 如何减小线路上的电压损失 输电电压 损失电压和用户电压 1 对几个电压的理解输送电压 输电线始端电压 如图2 7 2中的u2 用户电压 最终用户使用的电压 如图中的u4 损失的电压 输电线始端电压与末端电压的差值 u u2 u3 形成的原因是由于输电导线上存在电阻和感抗 图2 7 2 2 线路电压损失的原因输电导线有电阻 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 如图2 7 3所示 u为发电厂的输出电压 p为发电厂的输出功率 u2为用电设备两端的电压 p 为用电设备的输入功率 则输电线上损失的电压为 u u u ir 图2 7 3 3 减小输电线路上电压损失的方法根据 u ir可知 减小输电线路上电压损失的方法主要有两种 1 减小输电线路的电阻 2 减小输电电流i 即提高输电电压 1 输电电压是指加在高压输电线始端的电压u 损失电压是指降落在输电线路上的电压 u ir 2 无论是从减小输电线路上功率损失 还是从减小电压损失来看 都要求提高输电电压 以减小输电电流 2013 重庆一中高二检测 某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定 它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压 然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器 经变压器降压后 再用线路接到各用户 设两变压器都是理想变压器 那么在用电高峰期 白炽灯不够亮 但用电总功率增加 这时 a 升压变压器的副线圈的电压变大b 高压输电线路的电压损失变大c 降压变压器的副线圈上的电压变大d 降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大 审题指导 解答本题时应注意以下三点 1 用电高峰期用户端总电阻减小 2 白炽灯不够亮的原因 3 白炽灯两端电压大小的相关因素 解析 用电高峰期 用户端总电阻由于并联电灯增多而减小 从而电流增大 又由u损 ir可知 输电导线上的电压损失变大 升压变压器副线圈的电压不变 降压变压器原 副线圈上的电压变小 而降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大 故正确答案为b d 答案 bd 分析此类问题时要弄清输电导线的电阻是能耗和电压损失的原因所在 在高压输电中灵活运用焦耳定律 欧姆定律 抓住电功率的决定因素 把握好能耗与损失电压的平方成正比 与输送电压的平方成反比 2 某发电站的输出功率为104kw 输出电压为4kv 通过理想变压器升压后向80km远处供电 已知输电导线的电阻率为 2 4 10 8 m 导线横截面积为1 5 10 4m2 输电线路损失的功率为输出功率的4 求 1 升压变压器的输出电压 2 输电线路上的电压损失 2 输电线上的电压损失 u i2r 3200v 答案 1 80000v 2 3200v 2012 广元高二期末 发电机的端电压220v 输出电功率44kw 输电导线的电阻为0 2 如果用初 次级匝数之比为1 10的升压变压器升压 经输电线路后 再用初 次级匝数比为10 1的降压变压器降压供给用户 1 画出全过程的线路图 2 求用户得到的电压和功率 3 若不经过变压而直接送到用户 求用户得到的功率和电压 综合解题方略 高压输电线路 的分析与计算 审题指导 审题时应注意以下问题 1 发电机的端电压等于升压变压器原线圈两端的电压 2 对全过程线路图中各物理量要标注清楚 规范解答 1 线路图如图所示 输电线上损失的电压和电功率分别为u损 ir线 200 0 2v 40v p损 iu损 i2r线 2002 0 2w 8 103w 所以 用户得到的电压和电功率分别为u用 u u损 220v 40v 180v p用 p总 p损 44 103w 8 103w 36kw 答案 1 见规范解答 2 219 6v43 92kw 3 180v36kw 解答电能输送问题应注意的问题1 用户消耗的功率决定输送功率 即用户和线路总共消耗多少功率 发电站就输送多少功率 这是能量守恒定律和变压器原理的体现 2 抓住输电的两头 电源和用电器 分析一条线 输电线 研究两次电压变换 升压变压器和降压变压器 3 注意输送电压 功率 损失电压 功率 用户电压 功率 三者之间的区别和数量关系 备选例题 某小型水电站的电能输送示意图如图教2 7 1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 图教2 7 1 答案 ad 备课资源 教师用书独具 输电技术的发展历史关于电能的输送方式 是采用直流输电还是交流输电 在历史上曾引起过很大的争论 美国发明家爱迪生 英国物理学家开尔文都极力主张采用直流 而美国发明家威斯汀豪斯和英国费朗蒂则主张采用交流输电 在早期 工程师们主要致力于研究直流电 发电站的供电范围也很有限 而且主要用于照明还未用于工业动力 例如 1882年爱迪生电气照明公司 创建于1878年 在伦敦建立了第一座发电站 安装了三台110v 巨汉 号直流发电机 这是爱迪生于1880年研制的 这种发电机可以为1500盏16w的白炽灯供电 但是随着科学技术和工业生产发展的需要 电力技术在通信 运输 动力等方面逐渐得到广泛应用 社会对电力需求也急剧增大 由于用户的电压不能太高 要输送一定的功率 就要加大电流 而电流越大 输电线硌发热就越厉害 损失的功率就越多 而且电流太大 损失在输电导线上的电压也大 使用户得到的电压降低 离发电站越远的用户 得到的电压越低 直流输电的弊端 限制了电力的应用 促使人们探讨用交流输电的问题 为了减少输电线路中电能的损失 只能提高电压 在发电站将电压升高 到用户地区再把电压降下来 这样就能在低损耗的情况下 达到远距离输电的目的 而要改变电压 只有采用交流输电才行 1888年 费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电 他用钢皮电缆将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站 在这里降为2500v 再分送到各街区的二级变压器 降为100v供用户照明 随着科学的发展 为了解决交流输电存在的问题 寻求更合理的输电方式 人们现在又开始了采用直流超高压输电 但这并不是简单地恢复到爱迪生时代的那种直流输电 发电站发出的电和用户用的电仍然是交流电 只是在远距离输电中 采用换流设备 把交流高压变为直流高压 这样做可以把交流输电用的3条电线减为2条 大大节约了输电导线 目前最长的架空直流线路是莫桑比克的卡布拉巴萨水电站到阿扎尼亚的线路 长1414公里 输电电压为50万伏 可输电220万千瓦 1 交流输电线路中功率损失的主要原因 a 一定是输电导线具有电阻b 一定是输电导线具有容抗c 一定是输电导线具有感抗d 以上说法均不正确 解析 电能的主要损耗是电热 由 p i2r可知a选项正确 答案 a 2 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