高中物理 第二章 交变电流 2.7 电能的输送课件 教科版选修32.ppt

7电能的输送 第二章交变电流 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 4 了解直流输电 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 电能输送中的电压损失和电能损耗1 电压损失 输电线始端电压u与末端电压u 的差值 u ir 2 功率损失 输电线路的功率损失 p r为输电线电阻 3 减小电压 功率损失的方法 1 减小电阻 由r 可知 输电距离 一定时 使用电阻率的材料 导线横截面积可减小电阻 2 提高输送电压 由p ui可知 当输送功率一定时 电压可以减小电流 即采用输电 u u i2r 小 增大 升高 高压 二 远距离输电系统目前世界各国都采用电网供电 在发电站内用升压变压器升压 然后再进行输电 在用电区通过降到所需电压 三 直流输电当交流输电功率很大时 导线的 引起的电压及电能损失很大 同一电网的发电机同步运行 技术上存在困难 所以有些大功率输电线路采用直流输电 高压 降压变压器 电感 电容 即学即用 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p 可知 输电电压越小 输电线上的电功率损失就越小 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1 n 降压变压器匝数比为n 1 则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等 答案 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 答案 u22 u12 重点探究 答案u u u u r 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 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 一 电能输送中的电压损失和电能损耗 图1 答案 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 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 p i2r 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 知识深化 1 输电线上的电压损失 u u u ir 2 输电线上的功率损失 1 p i2r 其中i为输电线上的电流 2 p u i或 p 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 1 减小输电线的电阻r 根据r 可减小电阻率 目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料 也可增大导线的横截面积s 但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 2 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 输送电流可减为原来的 输电线上的功率损耗将降为原来的 例1三峡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 解析 答案2500a 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 它占输出功率的几分之几 答案 解析 答案1 25 108w 解析输电线上损失的功率 p i2 2r 25002 2 10w 1 25 108w 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 解析 答案1000a2 107w 输电线上损失的功率 p i 2 2r 10002 2 10w 2 107w 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 答案 解析 解析输电线功率损耗p损 i2r线 iu线 其中u线 u1 u2 故b c d正确 p损 i2r u i 式中必须注意 u为输电线上的电压损失 而不是输电电压 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 二 远距离高压输电电路中的各种关系 答案 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 答案第一个回路 p1 u1i1第二个回路 u2 u u3 p2 p p3 i线2r p3第三个回路 p4 u4i4 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 知识深化 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3 2 抓住两个联系 理想升压变压器联系回路1和回路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p2 p p3 答案6250v16a 例3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1 25 答案 解析 图4 1 求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流 解析p损 i22r线 p损 0 04p1所以r线 15 625 因为 u u2 u3 i2r线所以u3 u2 i2r线 6000v 答案15 625 6000v 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 解析 达标检测 1 输电线上功率损失的计算 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 解析 1 2 3 4 5 解析高压输电时p ui 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 输电线上损失的功率 p i2r线 则输电线上损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 p i2r线 知输电线损失的功率不变 d错误 1 2 3 4 5 2 输电线上功率损失的计算 多选 某发电厂原来用电压为u1的交流电输电 后改用变压比为1 50的升压变压器将电压升高为u2后输电 输送的电功率保持不变 若输电线路的总电阻为r线 则下列说法中正确的是a 由公式i 可知 提高电压后输电线上的电流降为原来的b 由公式i 可知 提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍c 由公式p i2r线可知 提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的d 由公式p 可知 提高电压后输电线上的功率损耗增为原来的2500倍 答案 解析 1 2 3 4 5 由p i2r线可知 输电线上的功率损耗减为原来的 选项c正确 d错误 1 2 3 4 5 3 远距离高压输电的分析与计算 如图5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a 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i12rd 输电线路上损失的电功率为i1u 答案 解析 图5 1 2 3 4 5 解析根据理想变压器的工作原理 得i1u1 i2u2 所以用户端的电压u2 选项a正确 输电线上的电压降u i1r u u1 选项b错误 变压器的输入功率p1 i1u i12r i1u1 选项c错误 输电线路上损失的电功率p i12r i1 u u1 选项d错误 1 2 3 4 5 4 远距离高压输电的分析与计算 多选 如图6所示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n1 n2 n4 n3 当用户用电器的总电阻减小时a u1 u2 u4 u3b 用户的电压u4增加c 输电线上的损失功率增大d 用户消耗的功率等于发电机的输出功率 答案 解析 图6 1 2 3 4 5 解析根据以及n1 n2 n4 n3 知u1 u2 u4 u3 故a正确 用户用电器总电阻减小 则降压变压器副线圈电流增大 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 u ir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b错误 c正确 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 1 2 3 4 5 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500kw 路端电压为500v 升压变压器原 副线圈的匝数比为1 5 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220v 不计变压器能量损耗 求 1 升压变压器的副线圈两端电压 答案 解析 1 2 3 4 5 答案2500v 1 2 3 4 5 解析输电线路原理图如图所示 升压变压器的副线圈两端电压u2