新教材人教版高中物理选择性必修第二册 3.4电能的输送 教学讲义

1、精品文档 精心整理精品文档 可编辑的精品文档第三章交变电流第4节电能的输送【素养目标】了解输送电能的基本要求,了解交变电流从变电站到用户的输电过程。知道远距离输电时输电线上的电压损失和功率损失与哪些因素有关及减小损失的方法,理解应用高压输电的道理,知道远距离输电线路的基本构成,会对简单的远距离输电线路进行定量计算。【必备知识】知识点一、1、输送电能的基本要求2、降低输电损耗的两个途径(1)输电线上的功率损失:P= I2R,I为输电电流,R为输电线的电阻。(2)降低输电损耗的两个途径: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。知识点二、远距离高压输电(1)基本电路(如图)(2)基本关系电压关系电流关系功率关系P1=P2,P3=P4,联系式:P2=P+P3。(3)区分几个概念输电电压、输电线上损失的电压与用户得到的电压在上图中,输电电压是指U2,输电线上损失的电压是指U,用户得到的电压是指U4,显然输电电流输送功率、输电线上损失的功率与用户得到的功率在上图中输送功率是指P2(P1=P2),输电线上损失的功率是指P,P3=P4是用户得到的功率,显然P2=P+P3,所以计算输电线上损失的功率可以借助以下公式:【拓展】电网供电(1

3、)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:降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益。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。合理调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高。【点睛】采用高压输电的优越性(1)减小输电线电阻的局限性（2）减小输电线上功率损耗 所以,采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效的途径。(3)保证电能的质量电压和频率稳定。【点睛】输电线上的电压损失(1)电压损失U输电导

4、线有电阻,电流通过输电导线时,会在导线上产生电势降落,致使输电线路末端的电压U比起始端电压U低,差值U=U-U称为输电线路上的电压损失。(2)造成电压损失的原因输电线有电阻造成电压损失。输电线的感抗和容抗造成电压损失。注意:高中阶段在计算中只考虑输电线电阻所造成的电压损失。(3)减小输电线路上电压损失的方法减小输电线路电阻用增大输电导线横截面积来减小电阻,对低压照明电路有效,在高压线路中,因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大,故这种方法对高压输电效果不佳。减小输电电流I 因为I=PU,在输送电功率P一定的前提下，提高输电电压U是有效措施。高压输电既能减小功率损失,也能减小电压损失,但在

5、实际输送电能时,还需综合考虑各种因素,依照不同的情况,选择合适的输电电压。【课堂检测】1.某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压稳定，通过升压变压器 T1 和降压变压器 T2 向 R0=11 的纯电阻用电器供电.已知输电线的总电阻 R=10 ， T2 的原、副线圈匝数比为4：1，用电器两端的电压为 u=2202sin100t(V) ，将 T1 、 T2 均视为理想变压器。下列说法中正确的是（ ） A.升压变压器的输入功率为400WB.升压变压器中电流的频率为100HzC.输电线消耗的功率为250WD.当用电器的电阻减小时，输电线消耗的功率减小【答案】 C 【解析】AC用电器的电

6、流为 I=UR0=22011A=20A 根据 I3I4=n4n3输电线上的电流为 I3=n4n3I4=5A输电线消耗的功率为 P损I32R=5210W=250W用电器消耗的功率为 P4=I2R0=20211W=4400W升压变压器的输入功率为 P=(4400+250)W=4650WA不符合题意，C符合题意；B变压器只改变电压，不改变频率，故频率 f=1T=12=2=1002Hz=50HzB不符合题意；D当用电器的电阻R0减小时，由于电压不变，电流增大，输电线R消耗的功率增大，D不符合题意。故答案为：C。【分析】利用欧姆定律可以求出用电器的电流大小，结合阻碍书之比可以求出输电线上的电流，再利用电

7、阻的大小可以求出损失的功率，结合用电户消耗的功率可以求出总的功率；利用表达式中的角速度可以求出频率的大小；利用负载电阻变小电路中电流变大可以判别输电线的损失功率变大。2.某高压变电所通过变压器向一工厂送电，输送电压为U，输送功率为P，导线电阻为R，下列说法正确的是（ ） A.如果输送功率与导线电阻不变，输送电压变为原来的2倍，则损失功率变为原来的四倍B.如果输送功率与输送电压不变，导线电阻变为原来的2倍，则损失功率变为原来的二分之一C.输送功率为P的具体数值由工厂的用电情况决定D.输送功率为P的具体数值由变电所决定，与工厂的用电情况无关【答案】 C 【解析】A如果输送功率与导线电阻不变，输送电

8、压变为原来的2倍，则输送电流变为原来的二分之一，据P损=I2R可知，损失功率变为原来的四分之一，A不符合题意； B同理，如果输送功率与输送电压不变，导线电阻变为原来的2倍，则损失功率变为原来的二倍，B不符合题意；CD输送功率为P的具体数值由工厂的用电情况决定，如果机器不工作，变电所将输不出电来，C符合题意，D不符合题意。故答案为：C。【分析】利用损失功率的表达式结合输出功率和电压的关系可以判别损失功率的大小；输送功率由输出电流决定所以手工厂用电情况的影响。【素养作业】1.直流输电网技术在近期尚不具备大规模工程应用能力，因此在2030年前，近距离输电将主要采用高压交流输电方式，远距离则主要采用高

9、压直流输电方式，则下列说法正确的是 ( ) A.高压直流输电方式可以不用变压器B.高压直流输电是利用变压器把交流电变为直流电C.高压交流输电的输送电压越高，电能的输送损失越小D.高压交流输电过程中的主要电能输送损失元件是变压器【答案】 C 【解析】高压输电时也需要提高电压和降压；故也必须用到变压器；A不符合题意；变压器只能改变电压，不能将交流变成直流；B不符合题意；由P=UI及P=I2 R可知，输送电压越高，电能的输送损失就越小，C符合题意；远距离输电中电能的损失主要是在导线上，变压器损失电能很少；D不符合题意；故答案为：C【分析】电功率恒定，公式P=UI可以看出，电压越大，电线上的电流越小，

10、电能损耗越小。2.远距离输电都采用高压输电，其优点是（ ） A.可增大输电电流，进而增大输电功率B.可加快输电速度，在高压下，电流的速度更快C.可减少输电线上的能量损失D.可增加输电线上的能量损失【答案】 C 【解析】A：输电电流 I=PU ，输送功率一定时，输电电压越高，输电电流越小。A不符合题意。B：电流是以电场的方式传递的，就是光速。与输电电压无关。B不符合题意。CD：输送功率一定时，输电电压越高，输电电流 I=PU 越小，线路损耗 P损=I2r线 越小。C符合题意，D不符合题意。故答案为：C【分析】输送功率一定时，增加输电电压，电流就越小，产生的热损失就会越小；输电电压不会改变输电速度

11、，电流是以电场的方式传递的，就是光速。3.如图所示，为了减少输电线路中的电能损耗，电厂发出的交流电经变电所升为 U=220002sin100t（V） 的高压后再远距离输电，后经过匝数比为100：1的理想变压器将电压降压后供居民用电，若输电线的电阻=10，则（ ） A.降压变压器输出电压为220VB.降压变压器输出电压的频率低于50HzC.降压变压器原线圈的导线比副线圈的要粗D.降压变压器输出电流为输入电流的100倍【答案】 D 【解析】A电厂发出的交流电经变电所升为 U=220002sin100t（V） ，故有效值为22000V，若不考虑输电线电阻，则降压器的输入电压为22000V，输出电压为

12、22000 1100 =220V，是输电线由电阻，故输出电压小于220V，A不符合题意； B电厂发出的交变电流的f= 1002 =50Hz，变压器不改变交变电流的频率，降压变压器输出电压的频率等于50Hz，B不符合题意；C降压变压器中副线圈的电流大于原线圈的电流，则副线圈导线比原线圈导线粗。C不符合题意。D根据理想变压器 I1I2=n2n1 可知，降压变压器输出电流为输入电流的100倍，D符合题意。故答案为：D。【分析】交流电经过变压器电压会改变，频率不变，利用公式P=UI求出输电线的上的电流，利用公式P损=I2R求解损失的功率。4.如图所示，为远距离输电的示意图。电厂输出电压稳定的交流电，通

13、过理想变压器升压后用阻值不变的输电线路把电能输送到远处，通过理想变压器降压后提供给用户。在用电高峰时，用户家中的白炽灯不够亮，但用电总功率确增加了，对此下列说法正确的是（ ） A.升压变压器的副线圈的电压变大B.输电线路上损失的电压变大C.降压变压器的副线圈上的电压变大D.降压变压器的输出电流减小【答案】 B 【解析】A由于升压变压器的输入电压不变，原副线圈匝数不变，则副线圈的电压不变，A不符合题意； B当用户用电处于高峰期时，降压变压器的输出功率会增大，从而导致降压变压器的输入电流变大，所以输电线路的电压损失变大，B符合题意；C当用户用电处于高峰期时，输电线路的电流变大，导线上的电压损失变大

14、，最终使得降压变压器的原副线圈上的电压都变小，C不符合题意；D当用户用电处于高峰期时，降压变压器的输出功率会增大，从而导致降压变压器的输出电流变大，D不符合题意。故答案为：B。【分析】增加发电机输出的电压，可以减小中间输电线上的电流，从而减小功率的损耗，减少能源的浪费。5.供电站向远方输送正弦式交流电，输送的电功率恒定，若将输电电压提高到原来的2倍，则（） A.输电电流为原来的2倍B.输电导线上损失的电压为原来的2倍C.输电导线上损失的电功率为原来的 12D.输电导线上损失的电功率为原来的 14【答案】 D 【解析】A由于输送的电功率恒定，则根据 P=UI 可知，若将输电电压提高到原来的2倍，

15、则输电电流为原来的 12 ，A不符合题意；B根据欧姆定律由 U损=Ir损将输电电压提高到原来的2倍，输电电流为原来的 12 ，则输电导线上损失的电压为原来的 12 ，B不符合题意；CD根据 P损=I2r损可知，将输电电压提高到原来的2倍，输电电流为原来的 12 ，则输电导线上损失的电功率为原来的 14 ，C不符合题意，D符合题意。故答案为：D。【分析】根据输电过程中电流、电压与输电功率之间的关系列方程求解。6.如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图；图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表；设发电厂输出的电压不变，两条输电线

16、总电阻用 R0 表示，变阻器R相当于用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时，下列说法正确的是（） A.输电线电阻 R0 消耗功率增加，电流表 A1 、 A2 、 A3 示数均变大B.降压变压器原线圈导线要比副线圈导线更粗一些C.电压表 V2 、 V3 的读数之差与电流表 A2 的读数的比值变大D.若降压变压器原副线圈的匝数为 n3 、 n4 ，则当 R=n32n42R0 时，用户的功率达到最大值【答案】 A 【解析】A当用电进入高峰时，相当于R变小，则 A3 示数均变大，根据理想变压器电流与匝数关系可知 I3=n3n4I2 匝数不变时，电流表 A2 示数变大，则输

17、电线电阻 R0 消耗功率增加，又由于 I1=n2n1I2匝数不变时，电流表 A1 示数变大，所以输电线电阻 R0 消耗功率增加，电流表 A1 、 A2 、 A3 示数均变大，则A符合题意；B降压变压器副线圈导线要比原线圈导线更粗一些，因为副线圈的匝数少，电流大，所以B不符合题意；C电压表 V2 、 V3 的读数之差与电流表 A2 的读数的比值为 R0=U2-U3I2所以电压表 V2 、 V3 的读数之差与电流表 A2 的读数的比值不变，则C不符合题意；D降压变压器的等效电阻为 R等=U3I3=U4n4n3I4=(n3n4)2R根据闭合电路欧姆定律可知， R等=R0 时，输出功率最大，即当 R0

18、=n32n42R 时，用户的功率达到最大值，所以D不符合题意；故答案为：A。【分析】本题主要考查变压器和远距离输电的相关知识。根据变压器原副线圈电压、电流和电功率与匝数的关系列方程求解。7.如图所示为远距离输电的原理图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压恒定、输电线上的电阻不变。若在傍晚用电的高峰期，则可以判定（） A.发电厂的输出功率不变B.输电线上的损失功率增大C.输电线路上损耗的电压减小D.用户获得的电压增大【答案】 B 【解析】A.用电高峰时，用户端输出功率增大，由变压器规律可知输电线上的电流增大，故输电损耗增大，根据P总=P损+P用户 可知发电厂的输出功率增大，故A错误。 B.输电线上电流增大，由P损=I2R线 可得输电线上损耗的功率增大，故B正确。 C.输电线上电流增大，由U损=IR线 可得输电线上损耗的电压增大，故C错误。 D.输电线上损耗的电压增大，则用户端降压变压器原线圈电压减小，所以用户端获得的电压减小，故D错误。 故答案为：B 【分析】本题主要根据变压器的电压，电流和功率关系求解，注意计算输电线上损耗的功率时一般选用电流与功率的关系进行求解。8.西电东送是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区。为了减少远距离输电线路中电阻损耗