1、高二物理导学案 第三章第三章 交变电流交变电流第四节第四节电能的输送电能的输送 【情景导入】【情景导入】 我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区，而用电量大的城市多在东部沿海地区我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区，而用电量大的城市多在东部沿海地区。 从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，如何减小电能的损耗呢？从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，如何减小电能的损耗呢？ 【学习目标学习目标】 1、知道电能输送的基本要求及电网供电的优点 2、知道远距离输电时输电线的损耗与哪些因素有关，理解高压输电的道理 3、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. 【教材阅读知识提
2、纲与填空教材阅读知识提纲与填空】 一、降低输电损耗的两个途径一、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，故障少 (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 由公式 P损I2r 知，有两个途径能减少输电损耗： (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，选用电阻率较小的金属材料，尽可能增大导 线的横截面积.但过粗的导线会耗费太多的金属材料， 而且输电线太重、 太粗也给铺设工程带来困难 (2)减小输电线中的电流：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.
3、 3高压输电 (1)现代远距离输电的电压都很高，目前我国远距离送电采用的电压有 110 kV、220 kV、330 kV， 输电干线已经采用 500 kV 和 750 kV 的超高压，西北电网甚至达到 1 100 kV 的特高压 (2)高压输电也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、电网供电二、电网供电 1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. 2电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益
4、(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡 (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高 【探究思考探究思考】 探究点一探究点一输电线上电压和功率损耗的计算输电线上电压和功率损耗的计算 问题问题 1、(1)为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ (2)“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？ (1)用电高峰期高压输电线和变压器到家庭的输电线中电流较大，有较大的电压损失，因此加 在白炽灯上的电压变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗 (2)不矛盾欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送 角度，由 PIU，且在 P 一定的条件下得出的结论，两者没有联
5、系 探究点二探究点二高压输电线路的分析与计算高压输电线路的分析与计算 问题问题 2、我们日常生活离不开电，电是由发电厂产生的为了合理地利用自然资源，火力发电 厂通常建在煤矿附近，水电站建在水力资源丰富的河流上，但用电的地方可能距离很远，需要将电 能安全、保质地由发电厂送往远方，同时又不能浪费太多的电能请探究以下几个问题： (1)火力发电厂或水电站发出电的电压一定很高吗？怎样才能提高输送电压？ (2)电能的远距离传输一般要经过哪几个环节？ (1)电厂发出的电的电压最大值由公式 EmNBS决定，因机械制造等因素，电压不会很高， 通常借助变压器将低电压变为高电压 (2)一般要经历三个环节，即升压变压
6、器升压、电能的输送线路、降压变压器降压 【成果展示成果展示】 【精讲点评精讲点评】 一一输电线上的损耗：输电线上的损耗： 1输电线上的电功率损耗 (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耗 (2)计算式：P线I2R线；P线IU线；P线U 2 线 R线. 2输电线上的电压损耗 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P 2 U2R 线，因此输电电压若提高到 nU，则 P损将减为原
7、来的 1 n2. 二、远距离输电二、远距离输电 1输送过程图 2对高压输电中几个电压的理解 (1)输送电压：输电线始端电压，如图中的 U2. (2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的 U4. (3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(U线U2U3I2R线)，形成的原因是输电 导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电 压要低，这就是输电线上的电压损失 3基本关系式 (1)功率关系：P1P2，P2P线P3，P3P4. (2)电压、电流关系 U1 U2 n1 n2 I2 I1， U3 U4 n3 n4 I4 I3， U2U线U3，I2I3I线
8、(3)输电电流：I线P2 U2 P3 U3 U2U3 R线 . (4)输电导线上损耗的电功率 P线I线U线I2 线R线 P2 U2 2R 线 【例题精讲例题精讲】 例 1、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P1I21R线，I1 P U1 解得P1P 2 U21R 线 现要求P25%P，同理P2P 2 U22R 线 因此可得P1 P2 20% 5% U 2 2 U21 所以 U22U1440 V. 答案440
9、V 例 2、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？ 解析(1)输电线上的电流 IRP U 44 000 220 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 n
10、1n2110输入电压 U1220 V 因此，升压变压器的输出电压 U2n2 n1U 12 200 V输电线上的电流 IR P U2 44 000 2 200 A20 A 损失的电压 URIRR20.220 V8 V损失的功率 PRURIR820 W 160 W 因此，降压变压器的输入电压 U3U2UR2 192 V(1)140 V28 kW(2)219.2 V43.84 kW 【练习练习】 1、在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是(D) A使输电线粗一些B减短输电线长度 C减少通电时间D采用高压输电 2、随着社会发展，人类对能源的需求日益增加，节能变得愈加重要甲、
11、乙两地采用电压 U 进行 远距离输电，输电线上损耗的电功率为输入总功率的 k(0k1)倍在保持输入总功率和输电线电 阻都不变的条件下，现改用 5U 的电压输电，若不考虑其他因素的影响，输电线上损耗的电功率将 变为输入总功率的多少倍(A) A k 25 Bk 5 C5kD25k 3、远距离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( D) A输电线路上损失的电功率 I1U B输电线上的电压降为 U C理想变压器的输入功率为 I21r D用户端的电
12、压为I1U1 I2 4、以下关于电能输送的分析，正确的是(C) A由公式 PU 2 R 知，输电电压越高，输电线上功率损失越少 B由公式 PU 2 R 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 5、(多选)在远距离输电中，输电导线的总电阻为 R，升压变压器输出的电压为 U1，输出功率为 P， 降压变压器得到的电压为 U2，则下面表示导线上的功率损失正确的是(BC) AU 2 1 R B( P U1) 2R CU1U2 2 R DU 2 1 R U 2 2 R 5、(多选)在如图
13、所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的 输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有(cd) A升压变压器的输出电压增大 B降压变压器的输出电压增大 C输电线上损耗的功率增大 D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 6、 输送 4.0106W 的电能， 若发电机输出电压为 2 000 V， 选用变压器升压后用横截面积为 4.25 cm2 的铜导线，把电能送到 400 km 远处，线路损耗的功率为 5.0105W若已知铜的电阻率1.710 8 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 解析(1)由 PI2R 得 I P R，式中 P 为线路损耗功率，R 为线路总电阻， 两条导线总电阻 RL S 2L S ， 则 R1.710 841052 4.2510 432 所以 I P R125A 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 U2P2 I 3.2104V 故n1 n2 U1 U2 1 16. (2)设 U2为降压变压器原线圈两端的电压，则 U2U2IR2.8104V. 答案(1)116(2)2.8104V
