第五章 交变电流第五课时

第五章 交变电流第五课时 电能的输送课堂立标 1知识与技能 知道便于远距离输送是电能输送的优点之一，了解电能的输送过程知道输电线上的功率损失以及减少功率损失的方法知道输电线上的电压损失以及减少电压损失的方法理解远距离输电要用高压的原因2过程与方法通过运用公式推导得出功率损失和电压损失的表达式，体会物理理论知识在解决实际问题时的重要作用通过分析影响功率损失和电压损失的因素，明确应采取的措施，体会优选方案的确定综合运用所学的电磁学知识理解分析解决有关电能输送的问题3情感态度与价值观 通过对电能输送过程的学习，认识变压器在其中的重要作用，体会交流电的优点所在，以领略自然界的奇妙，激发好奇心和求知欲，进而乐于探究其中奥秘通过电压损失和功率损失及输电方案的选择学习，体验忽略次要因素突出主要因素的科学思想，同时培养将物理知识应用于生活生产实践的意识，勇于探究和日常生活有关的物理问题 探究导问 1.在远距离输电的过程中为何有功率损失和电压损失？简答：因为输电导线有电阻，电流通过输电导线因发热而造成功率损失，使一部分电能转化为内能；同时，据欧姆定律，在输电导线的电阻上也有一定的电压降，从而造成电压损失2为什么不能仅靠减小电阻以减小远距离输电的功率损失和电压损失？简答：根据可知，导线长度不可变，增大横截面积也很有限，减小电阻率用银或铜制做导线太昂贵；又，减小电流对减少功率损失作用更大，因为电流是二次方项 3我们前面学习了变压器，在远距离输电的过程中为何要用变压器？简答：为了减少功率损失或电压损失，必须减小输电电流，方法就是提高输电电压，所以利用升压变压器，而到了用户端，为了保证正常用电，还要使用降压变压器探究学堂自主学习（学 思 练）一、电能的输送：1输送电能的基本要求是 、 、 2经济则是指 低， 少 二、输电线上的功率损失：1输电线电阻阻值为r，通过输电线的输电电流为I ，则功率损失P= 2降低输电功率损耗的两个途径减小输电线的 ：根据，可以 导线横截面积和选用电阻率 的金属材料制造输电线 减小输电导线中的 ：在输出功率一定时，据P= ，应该提高 以减小输电电流三、输电线上的电压损失1输电线电阻阻值为r，通过输电线的输电电流为I，输电线电阻所分电压U= U就是在输电线上的电压损失2减少电压损失的的两个途径减小输电线的 减小输电导线中的 ， 即提高输电电压双边活动（析 拨 辨）例1在电能输送过程中,若输送的电功率一定,则在输电线上损耗的功率（ ）A和输送电压的平方成正比B和输电线上电压降的平方成正比C和输电线上电流强度的平方成正比D和输送电压的平方成反比【思路剖析】输电线上损耗的功率，其中指输电线上的电压降，表示输送电压，因此A错D对 【标准答案】BCD【方法规律】本题的关键在于分清输送电压和输电导线电阻所分电压，不能乱套公式，要注意对应关系训练：输电线的总电阻为，输送的电功率是，输电电压为，则用户得到的电功率为（ ）ABCD 【解答】B例2. 发电机的输出电压为220V，输出功率为44kW，每条输电线电阻为0.2，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果发电站先用变压比为1：10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路后，再经过10：1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率又各是多少？ 【思路剖析】为了解决问题，应该先画出输电线路示意图，如图5.5-1所示I1I3I2I4n4n3n2U3U2U4U11n1图5.5-1结合示意图可以明确以下关系：发电端：用户端：其中：；据，V，输电电流A.输电线上损失的功率W=160W.输电线上损失的电压V=8V. 则V=2192V.输出电压219.2V，此即用户得到的电压.用户得到的电功率44-0.16kW=43.84 kW .【标准答案】 219.2V，43.84 kW【方法规律】解决此类问题的关键是通过输电过程示意图，理清电压、电流和功率关系，入手点是确定输电线上的电流，然后就可以求解电压损失和功率损失训练：单相交流发电机的路端电压为220 V，输出的电功率为4400 W，发电机到用户单根输电线的电阻为2 ，求（1）用户得到的电压和电功率各是多少？（2）如果用变压比为110的升压变压器升压后向用户输电，用户处再用变压比为101的降压变压器降压后使用，那么用户得到的实际电压和电功率又是多少？【解答】（1）不用变压器，直接输电时：干线中电流：I= A=20 A电线上损失的：U损=IR线=2022 V=80 VP损=IU损=1600 W用户得到的：U户=220-80 V=140 VP户=P-P损=4400 W-1600 W=2800 W图5.5-2（2）用变压器时，电路如图5.5-2所示. U1=10U=2200 VI2= A=2 AU2=U1- I2R=2200-24 V=2192 V所以U户= =219.2 VP户=P-I线2R=4400-44 W=4384 W图5.5-3 例3某交流发电机输出功率为5105 W，输出电压为U=1.0103 V，假如输电线的总电阻R=10，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380 V.求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比(变压器为理想变压器)输电线路如图5.5-3所示【思路剖析】各物理量如图5.5-3所示I1= =500 A输电导线损耗功率=5%P=5%5105=2.5104 W又=I22RI2=50 A= I3I4=A所以【标准答案】升压110，降压251【方法规律】本题的解题思路是根据功率损失求出输电电流，然后确定输电电压，即可确定升压变压器的匝数比；再求电压损失和降压变压器原线圈两端的电压，就可求出降压变压器的匝数比训练：一条河的流量为Q=40 m3/s，落差为h=5 m.利用它发电，交流发电机效率1=50%，输出电压U=400 V，输电线总电阻R线=5 ，电线上允许损失的最大电功率为发电机输出的电功率2倍,2=5%，用户所需电压为220 V，设计输电线两端变压器的原、副线圈匝数比各是多少？【解答】发电机将水机械能转换为电能，其中：P输=1Qgh=50%10340105 W=106 W输电线上损失：P损=2P输=5104 W输电线上允许输送的最大电流图5.5-4I线= A=100 A而不用变压器直接输送时，输电线上电流大小：I=2500 A100 A为减少电能损失，必须是先升压z后降压，输电线路如图5.5-4所示.I1=2500 AI2=100 AI3=所以疑难辨析1.输电线上的功率损失该用哪些公式计算？关于功率的计算公式不能不加分析就套用，若输电线的总电阻为R，输电电压为U，发电机的输出功率为P，输电线上的电流为I，输电线上的电压降为，则输电线上消耗的功率容易出现的错误是：，此处的U不是输电线电阻所分电压2. 提高输电电压，既可减少电能损失，又能减少电压损失，是否电压越高越好？简答：输电电压越高，对输电线路的绝缘性能要求越高，线路修建费用增高，对变压器的要求也相应提高，因此实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济要求等，依不同情况选适合的输电电压3提高输电电压而减小输电电流，是否与欧姆定律矛盾？不矛盾欧姆定律是对电路中某一定值电阻而言，提高电压，则通过它的电流会增大而提高输电电压以减小输电电流是指输送电能时，由，P一定，U与I成反比 随堂演练1关于输电线能量损耗的说法，正确的是（ ）A从P = I2R看，输电线的电流越大，损耗功率越大B从P = 看，输电电压越高，损耗功率越大C从I = 看，输电电压越高，输电线的电流越小，损耗功率也就越小D输电线越细，损耗功率越小答案：AC2用U1和U2两种电压通过相同长度、相同材料的导线输电，且输送的电功率也相同若要求两种情形下用户也得到相同的电功率，则两种情形下输电线横截面积之比S1/S2为（ ）A B C()2 D()2答案：C3某发电厂，发电机输出的电压为U1 ，发电厂至用户之间输电线的总电阻为R ，通过输电线的电流为I ，用户两端的电压为U2 ，则输电线的损耗功率可以表示为（ ）A B CI2R DI（U1 U2）答案：BCD4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=U2/R，应降低输电电压，增大导线电阻B由P=IU，应降低输电电压减小输电电流C由P=I2R，应减小输电线电阻或减小输电电流D上述说法均不正确答案：C5在远距离输电时，采用升压变压器使输电电压升高n倍，对于输送一定的电功率来说，输电线路上的电流将减小为原来的_ ，输电线路上的电能损失将减少为原来的_ _.答案： 1/n，1/n26（2002广东高考）远距离输电线路的示意图如5.5-5所示：图5.5-5若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（ ）A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B.输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定C.当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压答案：C图5.5-67如图5.5-6示，电路中输电线较长，所以导线的电阻不能忽略不计，若保持电源的电压不变，将电键K1、K2、K3逐个接通:A.电源的输出功率增加 B.每只灯消耗的电功率增大C.输电导线中消耗的电功率增大 D.输送的电功率增大 答案：ACD 【解析】电键K1、K2、K3逐个接通，负载电阻阻值减小，据，可知电路中的总电流增大，电源的输出功率增加，A正确；又，灯两端的电压减小，每只灯消耗的电功率减小，所以B错；再根据可知输电导线中消耗的电功率增大，C正确；输送的电功率因电流I增大而增大.8有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为100，原线圈所加电压为23kV，副线圈通过总电阻为2的供电导线向用户供电，用户用电器得到的电压是220V，求供电导线上损耗的功率. 答案：50W【解析】根据变压器变压比，可得V=230V，而用户得到的电压是220V，因此供电导线上的电压降为V=10V.所以供电导线上损耗的功率W=50W.9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，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器.(1)画出上述输电全过程的原理图.(2)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，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流.(3)若输电导线中的电功率损失4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压. (4)计算降压变压器的输出功率.答案：（1）如图5.5-7所示.图5.5-7(2)6250 V；16 A (3)15.6 ；6000 V (4)96 kW【解析】根据变压器变压比，可得升压变压器的输出电压V=6250V.再根据得输电导线中的电流A=16A.输电导线中的电功率损失W，又，可得输电导线的总电