【学案导学设计】高中物理 第3章 电能的输送与变压器 高压输电原理学案 沪科版选修32.doc

学案1高压输电原理学习目标定位 1.掌握输电过程中降低输电损耗的两个途径.2.理解高压输电的原理.3.会对简单的远距离输电线路进行定量计算1电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻r与它的长度l成正比，与它的横截面积s成反比，导体电阻与构成它的材料有关，即r.2电功率pui，热功率pi2r.一、远距离输电为什么要用高电压1减少输电线上电能损耗的两条途径：(1)降低输电导线的电阻(2)减小输电线中的电流2由pui可知，当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输电电流3提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这就是远距离输电需采用高电压的根本原因二、交流输配电网发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到220 kv以上，由高压输电线向远处输送在用电区，先由第一级变电站将电压降到110 kv，再输送到第二级变电站，将电压降到10 kv，送到用电区对普通生活用电，则还要用变压器将电压降到220 v.远距离输电为什么要用高电压问题设计如图1所示，假定输电线路中的电流是i，两条导线的总电阻是r，在图中导线电阻集中画为r，输送功率为p，发电厂输出的电压为u.那么：图1(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？(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？降低输电损耗的两个途径是什么？(3)为什么远距离输电必须用高压呢？答案(1)在输电线上有功率损失(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表达式：pi2r，所以降低输电损耗的两个途径为：减小输电线的电阻r；减小输电电流i.(3)因为发电厂的输出功率p是一定的，由pui得，要减小输电电流i，必须提高输出电压u.要点提炼输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为r，电流为i)1电压损失输电线始端电压u与输电线末端电压u的差值uuuir.2功率损失(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率pi2r.(2)若输电线上损失的电压为u，则功率损失还可以表示为p，pui.3减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由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(2)减小输电电流i由pui可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流延伸思考为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？答案用电高峰期到用户家中的输电线电流i较大，输电线上损失的电压uir较大，用户得到的电压uu变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗一、降低输电损耗的途径例1如图2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2a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答案abd解析由p损i2r和r，p损越小，所以a正确由pui及p损i2r知b正确，c错误电压越高，对输电线路绝缘性能和对变压器的要求越高，实际输送电能时，要综合考虑各种因素，故d正确二、输电线上功率损失的计算例2发电厂发电机直接向学校供电，发电机输出电压为u1，发电厂至学校的输电导线总电阻为r，导线的电流为i，学校得到的电压为u2，则下列关于输电线损失的功率的式子中错误的是()a.b.ci2r di(u1u2)答案a解析用pu2/r求电阻上损失的功率时，u要与电阻r相对应，选项a中的u1是输出电压不是输电线上的电压，故a是错误的b中的u1u2是输电线上的电压，因此，b是正确的c、d中的电流i是输电线中的电流，故c、d都是正确的例3三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？(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？解析(1)由pui得i2 500 a(2)输电线上损失的功率pi22r2 5002210 w1.25108 w损失功率与输出功率之比为(3)将电压升高至50万伏时，i1 000 a输电线上损失的功率pi22r1 0002210 w2107 w损失功率与输出功率之比为答案(1)2 500 a(2)1.25108 w(3)1 000 a2107 w针对训练在我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气，高压输电线因结冰而造成严重损毁，如图3所示，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在正常供电时，高压线上送电电压为u，电流为i，热耗功率为p；若输电功率和输电线电阻不变，除冰时，需要输电线上热耗功率为9p，则除冰时()图3a输电电流为3i b输电电流为9ic输电电压为3u d输电电压为u答案ad解析高压线上的热耗功率为pi2r线若热耗功率变为9p，则9pi2r线.由得i3i，a对又输送功率不变，puiui，得uu，所以d对1(降低输电损耗的途径)中央电视台焦点访谈多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化近来，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：(1)减小输电导线中的电流，即可提高输电电压；(2)减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故c正确2(输电线上功率损失的计算)远距离输电，原来用电压u0输送，输电线上损失的功率为p0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为_u0.答案10解析设输送功率为p，则p0()2r线，0.01p0()2r线，所以u10 u0.3(输电线上功率损失的计算)一座小型发电站，用总电阻是0.5 的输电线把电输送给用户，发电站输送的电功率是20 kw.假如用250 v的电压输电，估算输电导线上的功率损失和用户得到的功率假如改用500 v的电压输电，输电线上的功率损失和用户得到的功率又各是多少？答案3.2 kw16.8 kw0.8 kw19.2 kw解析假如用250 v的电压输电，输电导线上的功率损失为p损()2r()20.5 w3.2 kw用户得到的功率为p用pp损20 kw3.2 kw16.8 kw假如改用500 v的电压输电，输电导线上的功率损失为p损()2r()20.5 w0.8 kw用户得到的功率为p用pp损20 kw0.8 kw19.2 kw.题组一降低输电损耗的途径1远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比1 000 kv高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是()a可节省输电线的材料b可根据需要调节交流电的频率c可减小输电线上的能量损失d可加快输电的速度答案ac解析由于远距离输电，往往输送电功率一定，根据pui，输送电压u越高，则输送电流i越小，据p线i2r知，当要求在输电线能量损耗一定的情况下，输电线电阻可略大，导线可做得细一些或选择电阻率大的材料(非铜材)；若输电线确定，即r确定，则可减小线路上的能量损耗，故a、c项正确；而交流电的频率是一定的，不需调节，输电的速度就是电磁波的传播速度，也是一定的，故b、d项不正确2远距离输电时，在输送功率不变的条件下()a增加导线的电阻，可以减小输电电流，提高输电效率b提高输电电压，可以减小输电电流，提高输电效率c提高输电电压，势必增大输电导线上能量的损耗d提高输电电压，势必增大输电导线上的电流答案b解析在输送功率一定的前提下，p输u输i输，p损ir线，100%，所以选项b正确3关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是()a由功率p，应降低输电电压，增大导线电阻b由piu，应低电压小电流输电c由pi2r，应减小导线电阻或减小输电电流d上述说法均不对答案c解析输电时导线上损失的电压uir，它不同于输电电压，p或piu中的u应为导线上损失的电压，故a、b错误，导线上功率的损失为发热损失，pi2r，故c正确题组二输电线上功率损失的计算4在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损失的电功率()a随输电线电阻的增大而增大b和输送电压的平方成正比c和输电线上电压降落的平方成正比d和输电线中电流的平方成正比答案acd解析由损失功率公式p损i2r线()2r线.5中国已投产运行的1 000 kv特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kv的超高压输电，输电线上损耗的电功率为p.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kv特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为()a. b.c2p d4p答案a解析在超高压输电中，设输送电功率为p，输电电压为u，输电线电阻为r，则输电线上损耗的电功率为p2r，当输电电压升为原来的2倍时，输电线损耗的电功率变为原来的，故选a.6输电导线的电阻为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()au1u2 buucuu du2u1答案c解析由pui得输电线中的电流i.输电线上损失的功率p损i2r()2r，即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比所以两次输电线上损失的功率之比p损1p损2uu7某发电厂原来用11 kv的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220 kv输电，输送的电功率都是p.若输电线路的电阻为r，则下列说法中正确的是()a根据公式i，提高电压后输电线上的电流降为原来的b根据公式i，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍c根据公式p损i2rr，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的d根据公式p损，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍答案ac解析输电线上电流为i，也可以用i来表示，其中u为输电线上电阻r两端的电压，而不是输送电压，故a正确，b错误；输电线上的功率损失为p损i2rr，c正确；如果用p损，则u应为r两端的电压u，故d错误8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，输电导线的总电阻为r.则下列说法正确的是()a输电线上的电流ib输电线上的电流ic输电线上损失的功率p()2rd输电线上损失的功率p答案bc解析输电线上的电流i，b项对；因输电电压不等于导线上的电压，a、d项错；输电线上的功率损耗pi2r()2r，c项对9输电线路的电阻为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()ap bp()2rcp d()2r答案b解析用户得到功率p得pi2rp()2r，所以b正确10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 ()apbpcp用pdp用p(1)答案bd解析输电线电阻r，输电电流i，故输电线上损失的电功率为pi2r()2用户得到的功率为p用ppp(1)故选b、d.11用相同材料制成的导线向同一处用户输送10 kw的电功率，在输电电压u1110 v和u2220 v两种情况下，要求输电线中损失的电功率相同，则两种情况下导线截面积之比为_答案41解析由公式：p损()2r线得，再由r得.12我国西部特别是云、贵、川有大量的水力资源，西电东送是西部大开发的重要项目之一据报道，云南大朝山在2005年已建成100万千瓦的水力发电站设电站输电电压为25万伏，则输电线上的电流是_ a如输电线总电阻为40 ，则电流通过输电线时，在输电线上发热消耗的功率为_ kw.如将输电电压升高到100万伏，则输电线上发热消耗的功率为_ kw.根据以上数据得出你认为合理的输电方法是_答案41036.41054104提高输电电压解析当输电电压u125万伏时，i1 a4103 a输电线上热功率p热1ir(4103)240 w6.4105 kw当输电电压u2100万伏时，i2 a1103 a输电线上热功率p热2ir(1103)240 w4104 kw由以上计算可知：在输电功率p一定时，输电电压越高，输电线上损失的热功率p热越小，故合理的输电方法是提高输电电压13有一个发电站，输送功率为p500 kw，当使用u5 kv的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一