高中物理 5.6 电能的输送学案 新人教版选修32.doc

电能的输送 目标定位1.了解远距离输电线路的基本构成.2.掌握远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.3.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算一、降低输电损耗的两个途径1输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障(2)保质：保证电能的质量电压和频率稳定(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少2降低输电损耗的两个途径输电线上的功率损失pi2r线，i为输电电流，r线为输电线的电阻(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积(2)减小输电导线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压二、电网供电1远距离输电的基本原理：远距离输电的基本电路如图1所示图1在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压降到所需的电压2电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络3电网送电的优点：(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益；(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高想一想在图1中，甲同学说u2i2r线，乙同学说p2ir线他们的说法对吗？正确关系是什么？答案都不对i2r线是输电线上损失的电压，ir线是输电线上损失的功率，正确关系是u2i2r线u3，p2ir线p3.一、降低输电损耗的两个途径1输电线上的功率损失(1)损失功率计算：设输电电流为i，输电线电阻为r线，则输电线上的功率损失为pi2r线(2)减小输电线上功率损失的方法减小输电线的电阻r线：由r线得，要减小r线，在l保持不变的情况下，可以减小，增大s.减小输电电流i：由pui得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施2输电线上的电压损失(1)输电线路始端电压u跟末端电压u的差值，称为输电线上的电压损失，uuu，如图2所示，电压损失还可以表示为uir线r线图2(2)减少输电线上电压损失的方法减小输电线的电阻提高输送电压例1远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)()a功率损失是原来的b功率损失是原来的c电压损失是原来的d电压损失是原来的n倍解析设输电电压为u，所输送的功率为p，输电线路总电阻为r线，则输电电流i线，线路的功率损失pir线，可知p，当输电电压u升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的，故选项a错误，选项b正确；线路上的电压损失ui线r线，可知u，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的，故选项c正确，选项d错误答案bc针对训练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()a. b.ci2r线 di(u1u2)答案bcd解析输电线功率损耗p损i2r线iu线，其中u线u1u2，故b、c、d正确二、远距离输电的输送电路及基本关系1输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成2远距离输电的基本关系(如图3所示)图3(1)功率关系p1p2，p3p4，p2pp3能量守恒(2)电压、电流关系，理想变压器3特别强调(1)升压变压器副线圈的电压不等于降压变压器原线圈的电压，输电线上的电压损失ui线r线，输电线上的功率损耗pir线(2)输电线的电阻计算时，应注意输电线长度为距离的两倍(3)处理远距离输电问题首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置其次解题时要抓“两头”电源、用电器要注意“中间一条线”输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三个独立的回路以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算例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100 kw，输出电压是250 v，升压变压器的原、副线圈的匝数比为125，求：图4(1)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解析(1)对升压变压器，据公式，有u2u1250 v6 250 vi2 a16 a(2)p损ir线，p损0.04p1所以r线15.625 因为uu2u3i2r线所以u3u2i2r线6 000 v答案(1)6 250 v16 a(2)15.625 6 000 v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；(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，求用户得到的电压和功率解析(1)线路示意图如图所示(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压u2u12 200 v据理想变压器p入p出，则升压变压器副线圈的输出电流i2 a20 a，输电线上的功率损失和电压损失分别为p损ir线2020.2 w80 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为u4u32 196 v219.6 v，i4i31020 a200 a.用户得到的功率为p4u4i4219.6200 w4.392104 w.(3)若直接用220 v低压供电，线圈示意图如图所示，则输电电流i a200 a.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.答案见解析输电线上损耗的问题1某发电厂原来用电压为u1的交流电输电，后改用变压比为150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pi2r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大为原来的2 500倍答案ac解析由可知，u250u1，输送功率不变，由公式i可知，输电线中的电流变为原来的，选项a正确；由pi2r线可知，输电线上的功率损耗减为原来的，选项c正确；选项b、d中的u2应为损失的电压，所以选项b、d错误2某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kw.现用500 kv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2105 ab输电线上由电阻造成的损失电压为15 kvc若改用5 kv电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kwd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i a6103 a，a项错误；输电线上损失的电压为uir61032.5 v1.5104 v15 kv，b项正确；当用5 kv电压输电时，输电线上损失的功率若超过3106 kw，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项错误远距离高压输电的应用3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200 v，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220 v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解析由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有，故a项对，b、c项错；考虑到输电线上有电功率的损失，可知d项对(时间：60分钟)题组一输电线路中的损耗问题1远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比330 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ac2超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90 k的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kw，电压为800 v如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()a1 kw b1.6103 kwc1.6 kw d10 kw答案a32014年2月初，低温雨雪冰冻造成我国东部部分地区停电，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，输电线上送电电压为u，电流为i，热耗功率为p；除冰时，输电线上的热耗功率需变为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9ic输电电压为3u d输电电压为u答案ad解析输电线上的热耗功率pi2r线，若热耗功率变为9p，则9pi2r线，联立得i3i，a对；输送功率不变，即puiui，得uu，所以d对4在远距离输电时，输送的电功率为p，输电电压为u，所用导线的电阻率为，横截面积为s，总长度为l，输电线损失的功率为p，用户得到的功率为p，则下列关系式正确的是()ap bpcpp dpp答案bd解析输电线电阻为r线，输电电流为i，故输电线上损失的电功率为pi2r线2，用户得到的电功率为pppp.5照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是因为此时()a总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小b总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小c总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大d干路电流一定，支路比深夜时多，分去了一部分电压答案c解析此时用电器多，电阻小(因为用电器都是并联的)，而变压器输出电压u不变，由i可知，干路电流大，输电线上损失电压大，电灯两端电压小，故比深夜暗，故c正确题组二远距离输电问题6如图1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1a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解析导线横截面积越大，导线的电阻越小，电能损失就越小，a对；在输送功率一定的前提下，提高输送电压u，由i知，电流i减小，发热损耗减小，b对；若输送电压一定，由i知，输送的电功率p越大，i越大，发热损耗就越多，c错；高压输电要综合考虑材料成本、技术、经济性等各种因素，不是电压越高越好，d对7如图2所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则()图2a用户用电器上交流电的频率是100 hzb发电机输出交流电的电压有效值是500 vc输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定d当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小答案d解析由ut图象可知，交流电的周期t0.02 s，故频率f50 hz，选项a错误；交流电的电压最大值um500 v，故有效值u250 v，选项b错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原、副线圈的匝数比决定，选项c错误；当用户用电器的总电阻增大时，副线圈上的电流减小，根据，原线圈(输电线)上的电流减小，根据pir得，输电线损失的功率减小，选项d正确8在如图3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总电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()图3a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解析升压变压器原线圈两端电压不变，变压比不变，故副线圈两端电压不变，a错误；i，u损ir线，u3u2u损，因p变大，i变大，所以u损变大，所以降压变压器原线圈两端电压u3变小，故降压变压器的输出电压减小，b错误；p损2r线，因p变大，所以p损变大，c正确；，因p变大，所以比值变大，d正确9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答案bd解析用电高峰期，用户端总电阻由于并联白炽灯增多而减小，从而电流增大，又由u损ir可知，输电导线上的电压损