高二物理鲁科选修32课件4.3电能的远距离传输

1、第3节电能的远距离传输,1,2,3,1,2,3,练一练 远距离输送交流电都采用高压输电,我国正在研究用比较高的电压进行输电,采用高压输电的优点是() A.可提高输电电流的最大值 B.可根据需要调节交流电的频率 C.可减少输电线上的能量损失 D.可加快输电速度 解析:当P一定时P=UI,高压可以减小电流I,从而减少能量损失,P=I2R线。故选项C正确。 答案:C,1,2,3,2.高压交流输电 (1)在发电站内要使用升压变压器,将电压提升,然后向远处送电;到达目的地后,根据不同的需求再用降压变压器, 经23次降压,再输送给用户。 (2)电路原理图(如图):,1,2,3,练一练 (多选)为了减小输电

2、线路中的能量损耗,可采用的方法是() A.提高输电电压B.增大输电电流 C.增大输电导线的截面积D.采用电阻率较小的导线 解析:减小输电线路中的能量损耗,可以有两个途径:减小输电导线的电阻,减小输电电流。而增大导线横截面积、采用电阻率较小的导线,均可减小导线的电阻,故选项A、C、D符合题意。 答案:ACD,1,2,3,3.高压直流输电 (1)高压直流输电系统主要由整流站、直流线路和逆变站三部分构成。 (2)优点(与交流输电比较): 输送相同功率的电能时,所用线材少。 不存在感抗和容抗引起的损耗。 不用考虑电网中的各台发电机的同步运行问题。 (3)不足:直流输电的换流设备存在着制造难、价格高的问

3、题。,探究一,探究二,探究一输电线上的电压损失和功率损失 问题导引 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,你知道这是为什么吗?,探究一,探究二,提示照明供电线路的用电器是并联的,晚上七、八点钟用电高峰时,用电器越多,总电阻越小,供电线路上的电流越大,输电线上损失的电压较大,用户得到的电压较小,所以电灯比深夜时要显得暗些。,探究一,探究二,名师精讲 1.电压损失 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,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,损失的电压U=U-U。对于交流输电线路

4、来说,造成电压损失的原因既有电阻,又有感抗和容抗。其中电阻造成的电压损失U=IR。,探究一,探究二,2.功率损失 远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率 (1)P=I2R。 (2)P=IU。 (3)P= ( ) 2 。 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。,探究一,探究二,3.减少输电线上的电压损失和功率损失的方法 根据电压损失的表达式U=IR和功率损失P=I2R可知,要减少输电线上的电压损失和功率损失,有两种方法: (1)减小输电线的电阻R: 根据电阻定律可知R= ,要减小输电线的电阻R,可采用下述方法: 减小材料的电阻率。银的电阻率最小,但价

5、格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线材料。 增加导线的横截面积。可适当增大横截面积,太粗不可能,既不经济又架设困难。,探究一,探究二,(2)减小输电电流: 在输电功率一定的条件下,根据P=UI可知,要减小输电线中的电流I,必须提高输电电压U。在输送功率P一定,输电线电阻R线一定的条件下,输电电压提高到原来的n倍,根据U=IR线= R线知,输电线上的电压损失将变为原来的 1 ,根据P=( )2R线知,输电线上的功率损失将降为原来的 1 2 。所以减小输电电流,采用高压输电的方法比减小输电线电阻的方法更有效。 特别提醒 (1)分析电压损失时,注意U和U的区别,U是输电电压,U是输电线上损失的

6、电压。 (2)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,U=IR、P=I2R= ( ) 2 =IU等公式都成立。,探究一,探究二,例题1 (多选)在远距离输电时,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和P用的关系式正确的是() A.P= 2 B.P= 2 2 C.P用=P- 2 D.P用=P(1- 2 ),探究一,探究二,解析:输电线电阻R= ,输电线中电流I= ,故输电线上损失的电功率为P=I2R=( )2 = 2 2 ,用户得到

7、的电功率为P用=P-P=P(1- 2 )。选项B、D正确。 答案:BD 反思 计算输电线路上的功率损失和电压损失的思路是抓住输送功率不变时P 1 2 ,但必须分清输电电压和输电线路上的电压损失的区别。,变式训练1(多选)远距离输送一定功率的交流电,若输电线电阻一定,下列说法正确的是() A.输电线上的电压损失跟输电电压成正比 B.输电线上的功率损失跟输电电压成正比 C.输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比 D.输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比 解析:由I线= 送 送 可知P= 送 2 送 2 R线,选项B错误,选项C正确;U= 送 送 R线,可知选项A错误;又P= 2 线

8、 ,选项D正确。 答案:CD,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二远距离输电电路分析 问题导引 为减少远距离输电中输电线上的能量损失,可采用高压输电,由电厂输出的电压采用什么方法可获得高压?用户需220 V的电压,这时又要采取什么方法?,提示采用升压变压器获得高压,用户端采用降压变压器获得220 V电压。,探究一,探究二,名师精讲 1.远距离输电电路图,2.电路分析 电路被划分为几个独立的回路,在每个回路中,变压器的原线圈是回路的用电器,而相应的副线圈是下一个回路的电源,每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律及串、并联电路规律,而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。,探究一,探究二

9、,3.基本关系式 (1)功率关系: P1=P2,P3=P4,P2=P线+P3。 (2)电压、电流关系: 1 2 = 1 2 = 2 1 , 3 4 = 3 4 = 4 3 U2=U线+U3,I2=I3=I线。 (3)输电电流:I线= 2 2 = 3 3 = 2 3 线 。 (4)输电导线上损耗的电功率: P线=I线U线= 线 2 R线=( 2 2 )2R线。,探究一,探究二,4.处理远距离输电问题的方法及步骤 (1)处理方法:处理远距离输电问题的方法,关键是抓住一图三线,一图即输电的电路图,三线即三个关系:功率关系、电压关系和电流关系,抓住一图三线,按照从前到后或从后向前的顺序,即可找到突破口

10、。 (2)解题步骤: 画出图上所示的输电过程的示意图。 在示意图上标出各物理量,找出已知量、未知量和待求量。 围绕三条线展开分析。,探究一,探究二,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。 (4)在远距离输电的计算中涉及物理量较多,一定要规定好所用字母。,探究一,探究二,例题2 发电机输出电压为220 V,输出电功率为44

11、 kW,输电导线的电阻为0.2 ,如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压后,经输电线输送,再用原、副线圈匝数之比为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。 思路:(1)高压输电电路图计算各回路中的电流和原、副线圈电压计算用户电压和功率 (2)直接输电电路图计算输电电流和功率损失用户电压和功率,探究一,探究二,解析:(1)输电示意图如图所示。,(2)升压变压器副线圈的输出电压为 U2= 2 1 U1= 10 1 220V=2200V, 据升压变压器输出电功率与输入电功率相

12、等知, 升压变压器副线圈输出电流为I2= 2 = 441 0 3 2 200 A=20A, 输电线路上的电压损失为UR=I2R=200.2V=4V,探究一,探究二,输电线路上的功率损失为PR= 2 2 R=2020.2W=80W, 加到降压变压器原线圈上的输入电流为I3=I2=20A, 加到降压变压器原线圈上的输入电压为U3=U2-UR=2200V-4V=2196V, 降压变压器副线圈的输出电流为 I4= 3 4 I3=1020A=200A, 降压变压器副线圈的输出电压为 U4= 4 3 U3= 1 10 2196V=219.6V, 用户得到的功率 P4=I4U4=200219.6W=4.39

13、2104W。,探究一,探究二,(3)若不采用高压输电,用220 V低压直接供电时,电路如图所示。,则输电电流I= 1 = 441 0 3 220 A=200A, 输电线路上的电压损失UR=IR=2000.2V=40V, 所以用户得到的电压为 U4=U1-UR=220V-40V=180V, 用户得到的功率为 P4=IU4=200180W=3.6104W。 答案:(1)见解析(2)219.6 V4.392104 W(3)180 V3.6104 W,探究一,探究二,反思 处理远距离高压输电问题时,首先要根据具体问题正确画出输电线路示意图,解题时要抓住发电机和用电器的连接线路,研究两只变压器的两次电压

14、变换、电流变换,再根据电压、电流及理想变压器输入、输出功率关系和能量守恒定律依次求解。,1 2 3 4 5,1.(多选)远距离输送交变电流都采用高压输电,我国正在研究用比330 kV、500 kV高得多的电压进行输电,目前世界上正在实验1 150 kV的超高压输电。采用高压输电的优点是() A.可节省电线的铜材料 B.可根据需要调节交变电流的频率 C.可减少输电线上的能量损失 D.可加快输电的速度 解析:在保证功率不变的情况下,提升电压的目的就是降低输电电流,从而可以减少送电损失,并能节省电线材料。选项A、C符合题意。 答案:AC,1 2 3 4 5,2.远距离输电原来用电压U0输电,在输电线

15、上损失的电功率为P0,现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的 1 10 ,则输电电压应为() A.100U0B. 10 U0 C. 0 10 D. 0 100 解析:设线路电阻为r,损失功率为P损=I2r,线路电流为I= 0 ,解得P损= 2 0 2 ,则P损 1 0 2 ,当P损为原来的 1 10 时,U0= 10 U0,故选项B正确。 答案:B,1 2 3 4 5,3.“西电东送”工程中为了减少输电损耗,必须提高输电电压。从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106 kW,输电电压为1 000 kV,输电线电阻为100 。若改用超导材料作为输电线,则可减少输电损耗的功率为() A.105

16、 kWB.104 kW C.106 kWD.103 kW 解析:输电电流I= ,输电线路损失的电功率P损=I2R=( )2R=1105kW,当改用超导输电时,不损失电能,因此减少的输电损耗就等于P损,选项A正确。 答案:A,1 2 3 4 5,4.(多选)输送功率为P,输送电压为U,输电线电阻为R,用户得到的电压为U。则() A.输电线损失功率为( )2R B.输电线损失功率为 ( ) 2 C.用户得到的功率为 2 D.用户得到的功率为 解析:送电电流为I= ,损失电压为U-U,则损失功率可表示为以下几种形式: P损=I2R=( )2R、P损= ( ) 2 、P损=I(U-U),用户功率为P用

17、=IU,整理后可得P用= 。选项A、B、D正确。 答案:ABD,1 2 3 4 5,5.某水电站发电机输出功率为100 kW,发电机的电压为250 V。通过升压变压器升高电压后向远处输电,输电线总电阻为8 ,在用户端用一降压变压器把电压降为220 V。要求在输电线上损失的功率控制为5 kW(即用户得到的功率为95 kW)。请你设计两个变压器的匝数比。为此,请你计算: (1)降压变压器输出的电流是多少?输电线上通过的电流是多少? (2)输电线上损失的电压是多少?升压变压器输出的电压是多少? (3)两个变压器的匝数比各应等于多少?,1 2 3 4 5,解析:如图为输送电路图。,(1)降压变压器输出电流I4,也就是用户得到的电流I4= 4 4 = 951 0 3 220 A4.32102A。 设输电线上通过的电流为I2。 因为P= 2 2 R,所以I2= = 51 0 3 8 A=25A。 (2)输