高中物理 第5章 交变电流 第5节 电能的输送课堂探究素材 新人教版选修3-2.doc

电能的输送课堂探究探究一 远距离输电损耗的产生及减损方法问题导引电能在输送的过程中，发电厂输送的功率为p，输送电压为u，输电线电阻为r。请思考：电能的输送(1)输电线中的电流为多少？在发电厂输送功率一定时，输电线中的电流与输电线电阻及用电器电阻有关系吗？(2)输电线中损失的功率与什么因素有关？提示：(1)发电厂相当于一个电源，由pui可知，输电线中电流为i，与输电线电阻及用电器电阻无关。(2)输电线中损失的功率pi2r()2r，跟输电电压及输电线电阻有关。名师精讲1输电线上的功率损失远距离输电时，输电线上的电阻不能忽略，电流的热效应会引起功率损失。损失功率p的三个计算式：(1)pi2r；(2)piu；(3)p。特别提醒 i为输电电流，r为输电线的电阻，u为输电线上损失的电压。2输电线上的电压损失如图所示，输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压u比起始端电压u要低，这就是输电线路上的电压损失uuu。3减少损耗的方法由p损i2r可知，减小输电线路上功率损失的方法主要有两种。(1)减小输电线的电阻r，由r知减小输电线长度l：发电厂与用户之间的输电线尽量走两点间直线距离，以减小l来减小r。减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料，若使用电阻率更小的金属，如银、金等不现实，成本太高。增大导线的横截面积s：这种方法多耗费金属材料，必然会增加成本，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知减小输送功率p：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的，所以不现实。提高输电电压u：在输送功率p和输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据p损()2r知，输电线上的电功率损耗将降为原来的。根据以上分析可知，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。特别提醒 (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uir。(2)输送功率是指高压输电线始端输出的电功率，损失功率是输电线上消耗的功率。【例题1】 (多选)在远距离送电时，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)点拨：输电线损失的电功率pi2rr，用户得到的电功率p用pp。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)。答案：bd题后反思 输送的功率(电压)、损失的功率(电压)、用户得到的功率(电压)分别对应于输电过程的“始”“中”“末”。只有理解好“输送”“损失”“得到”的含义，才能避免张冠李戴。探究二 远距离输电电路的分析与计算问题导引如图为远距离输电基本过程示意图，请思考：远距离输电的基本过程示意图(1)发电厂输出的电压要经过升压变压器升压，这样做的目的是什么？(2)如果用户使用的用电器增加，输电线上损耗的功率将怎样变化？提示：(1)电压升高后，可有效减小输电线中的电流，从而降低输电线中的功率损耗。(2)用电器增加，输电线中的电流变大，损耗的功率增加。名师精讲1输电电路的构成：发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器。2如图甲所示为远距离输电的简化电路原理图，可以划分为三个回路，如图乙。3分析远距离输电线路的有效方法是理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律，其关系如下表所示：特别提醒 (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。【例题2】 发电机的端电压为220 v，输出电功率为44 kw，输电导线的电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数之比为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，求用户得到的电压和功率。点拨：熟练掌握远距离输电过程中的电压关系、电流关系与功率关系是解决这类问题的关键。解析：如图，升压变压器副线圈的输出电压：u2u1220 v2 200 v据升压变压器输入电功率等于输出电功率知，升压变压器副线圈输出电流i2 a20 a输电线路上的电压损失和功率损失分别为uri2r200.2 v4 vprr2020.2 w80 w加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为i3i220 a，u3u2ur(2 2004) v2 196 v降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为u4u32 196 v219.6 vi4i31020 a200 a用户得到的功率为p4i4u4200