人教物理选修32 第5章 5　电能的输送 学案.doc

5电能的输送学 习 目 标知 识 脉 络1了解交变电流从发电站到用户的输电过程2知道远距离输电时决定电能损失的因素，了解高压输电的原因(重点)3知道远距离输电线路的基本构成，能够对简单的远距离输电线路进行计算(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、降低输电损耗的两个途径1输送电能的基本要求(1)可靠：指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：指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要减少输电线路上的功率损失，由公式p损i2r线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流(1)要减小电阻，从r看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体(2)从公式piu来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法3高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电目前我国远距离送电采用的电压有110 kv,220 kv,330 kv，输电干线已采用500 kv，西北电网甚至达到750 kv.(2)高压输电并不是越高越好电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压二、电网供电1远距离输电基本原理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电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益(2)减少断电的风险，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，质量更高基础自测1思考判断(1)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少()(2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小()(3)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电()(4)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压()(5)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等()2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，其中客观原因是电网陈旧老化近来进行农村电网改造，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减小输电导线的长度c提高输电的电压 d减小输电导线的横截面积【解析】为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故c项正确；提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故a、b、d错误【答案】c3远距离输电中，当输送的电功率为p，输送电压为u时，输电线上损失的电功率为p，若输送的电功率增加为4p，而输电线中损失的电功率减为，(输电线电阻不变)那么输电电压应增为()【导学号：57272124】a32ub16u c8ud4u【解析】根据题意知：p2r，p2r得u8u.【答案】c合 作 探 究攻 重 难输电线上电压和功率损失的计算1输电线上的电功率损失(1)原因：输电导线有电阻r线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失(2)计算式：p线i2r线；p线iu线；p线.2输电线上的电压损失若用u表示输电线始端电压，u表示输电线末端电压，则u线uu或u线ir线3电压损失与输电电压的关系如果远距离输电的电功率p不变，输电电压为u，输电导线电阻为r线，则输电导线上发热损失的功率p损i2r线r线，因此输电电压若提高到nu，则p损将减为原来的.注意交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响中国已投产运行的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，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，不考虑其他因素的影响则()a输电电流变为原来的2倍b输电线上降落的电压将变为原来的2倍c输电线上降落的电压将变为原来的d输电线上损耗的电功率将变为原来的【解析】根据输送电功率p输u输i输及p输不变，可知，输电电流i输，当u输变为原来的2倍时，i输变为原来的，选项a错误；输电线上降落的电压u降i输r线i输，所以，当输电电流变为原来的时，输电线上降落的电压也变为原来的，选项b错误，c正确；输电线上损耗的电功率p损ir线i，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的，选项d错误【答案】c某变电站用220 v的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？【解析】设输送功率为p，输电电压u1220 v时，损失功率p120%p又因为p1ir线，i1解得p1r线现要求p25%p，同理p2r线因此可得所以u22u1440 v.【答案】440 v计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端的电压)u和输电线上的损失电压u.(1)p损ui，u是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压(2)p损2r，u是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压针对训练1远距离输电，输电功率一定，当输电电压为u0时，输电线上的电流为i0，损失的电功率为p0.则当输电电压提高为2u0时()a由i得，输电线上的电流变为2i0b由i得，输电线上的电流变为c由p得，输电线上损失的电功率为4p0d由piu得，输电线上损失的电功率为2p0【解析】设输电线的电阻为r，当输电线上的电流为i0时，损失的电功率为p0ir.当输电电压提高为2u0时，由i可知输电线上的电流变为，输电线上损失的电功率为p损2r，故选项b正确【答案】b远距离输电1远距离输电的几个基本关系式图551(1)功率关系：p1p2，p2p损p3，p3p4.(2)电压关系：，u2u线u3，.(3)电流关系：，i2i线i3，.(4)输电电流：i线.(5)输电导线上损耗的电功率p损p2p3ir线u线i线(6)输电导线上的电压损失u线i线r线u2u3.2两个联系(1)线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：，i1n1i2n2，p1p2.(2)线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：，i3n3i4n4，p3p4.发电机的输出电压为220 v，输出功率为44 kw，每条输电线的电阻为0.2 ，求：(1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为110的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经101的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？思路点拨：【解析】(1)输电线上的电流ir a200 a损失的电压urirr20.2200 v80 v损失的功率prurir80200 w16 kw故用户得到的电压u用户uur140 v用户得到的功率为p用户ppr28 kw.(2)已知升压变压器的匝数比n1n2110输入电压u1220 v因此，升压变压器的输出电压u2u12 200 v输电线上的电流ir a20 a损失的电压urirr20.220 v8 v损失的功率prurir820 w160 w因此，降压变压器的输入电压u3u2ur2 192 v已知降压变压器的匝数比n3n4101所以用户得到的电压u4u3219.2 v用户得到的功率p用户ppr43.84 kw.【答案】(1)140 v28 kw(2)219.2 v43.84 kw处理远距离输电的方法技巧(1)画好一张图远距离输电示意图(2)抓住电两端发电站和用户(3)分析一条线输电线(4)研究两次变升压变压器升压和降压变压器降压(5)区分三个量输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)针对训练2输送4.0106 w的电能，若发电机输出电压为2 000 v，选用变压器升压后应用横截面积为4.25 cm2的铜导线，把电能送到400 km远处，线路损耗的功率为5.0105 w若已知铜的电阻率1.7108 m，求：(1)应选用匝数比为多少的升压变压器；(2)在用户方使用降压变压器，其原线圈两端的电压为多大.【导学号：57272125】【解析】(1)由pi2r得i，式中p为线路损耗功率，r为线路总电阻，两条导线总电阻r，则r1.7108 32 所以i125 a因为p输入p输出，所以在升压变压器副线圈两端的电压为u23.2104 v故.(2)设u2为降压变压器原线圈两端的电压，则u2u2ir2.8104 v.【答案】(1)116(2)2.8104 v当 堂 达 标固 双 基1关于电能输送的以下分析，正确的是()a由公式p知，输电电压越高，输电线上功率损失越少b由公式p知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少c由公式pi2r知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大d由公式pui知，输电导线上的功率损失与电流成正比【解析】输电线上损失的功率p损i2r线，u损指输电线上的分压，而不是输电电压，选项c正确【答案】c2某用电器离供电电源的距离为l，线路上的电流为i.若要求线路上的电压降不超过u.已知输电导线的电阻率为，那么该输电导线的横截面积的最小值是()a.bi2c.d.【解析】因为导线的总长度为2l，所以电压降uiri，解得s，故选项c正确【答案】c3(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图552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552a.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【解析】由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率p出p损p入，故d正确；，因为u1200 vu4220 v，u2u3u2u线，故，选项b、c错误，a正确【答案】ad4如图553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，流入用户端的电流为i2，则()图553a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ird输电线路上损失的电功率为i1u【解析】理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为u2，则有i1u1u2i2，u2，选项a正确；输电线上的电压降为ui1r，或者uuu1，选项b错误；理想变压器的输入功率为pi1u1，选项c错误；输电线路上损失的电功