2019-2020學年高中物理 第五章 交變電流 5 電能的輸送課件 新人教版選修3-2.ppt

5電能的輸送 一 輸送電能的基本要求1 可靠 保證供電線路可靠地工作 少有故障 2 保質(zhì) 保證電能的質(zhì)量 電壓和頻率穩(wěn)定 3 經(jīng)濟 輸電線路建造和運行的費用低 電能損耗少 二 降低輸電損耗的兩個途徑1 輸電線上的功率損失 P I2r I為輸電電流 r為輸電線的電阻 2 降低輸電損耗的兩個途徑 1 減小輸電線的電阻 在輸電距離一定的情況下 為了減小電阻 應當選用電阻率小的金屬材料 還要盡可能增加導線的橫截面積 2 減小輸電導線中的電流 為減小輸電電流 同時又要保證向用戶提供一定的電功率 就要提高輸電電壓 三 電網(wǎng)供電1 遠距離輸電基本原理 遠距離輸電的示意圖 如圖所示 在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓到幾百千伏 然后進行遠距離輸電 到達幾百千米甚至幾千千米之外的用電區(qū)之后 先經(jīng) 一次高壓變電站 二次變電站 降到10kV左右 再經(jīng)低壓變電站的降壓變壓器降壓后供給用戶 2 將多個電廠發(fā)的電通過輸電線 電站連接起來 形成全國性或地區(qū)性輸電網(wǎng)絡 這就是電網(wǎng) 3 優(yōu)點 1 減少發(fā)電設施的重復建設 降低一次能源的運輸成本 2 可保證發(fā)電和供電的安全可靠 方便調(diào)整供需平衡 使電力供應更加可靠 質(zhì)量更高 搜索 特高壓輸電 了解當今世界特高壓輸電的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 自我檢測1 正誤判斷 1 增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失 解析 增加導線橫截面積 減小了導線的電阻 發(fā)熱功率減小 答案 2 高壓輸電是通過提高電壓 減小輸電電流來減少輸送電路的發(fā)熱損耗 解析 輸送功率一定的情況下 電壓越高 輸電電流越小 導線上發(fā)熱功率越小 答案 3 高壓輸電必須綜合考慮各種因素 不一定是電壓越高越好 解析 電壓越高 輸電電路和變壓器的要求就越高 技術難度增大 維護與建造成本增大 答案 4 從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電 解析 當發(fā)電廠與用戶距離較近時可不用高壓輸電 答案 5 使用升壓變壓器和降壓變壓器進行遠距離輸電時 用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓 解析 用戶得到的電壓取決于降壓變壓器的變比 答案 6 遠距離輸電時 若升壓變壓器匝數(shù)比為1 n 降壓變壓器匝數(shù)比為n 1 則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等 解析 由于輸電導線有電阻 電路上電壓會有損耗 升壓變壓器輸入的電壓大于降壓變壓器輸出的電壓 答案 2 關于電能輸送的以下分析 正確的是 C 由公式P I2R知 輸電電流越大 輸電導線上功率損失越大D 由公式P IU知 輸電導線上的功率損失與輸電電壓成正比 的電壓 而不是輸電電壓 由公式P IU求出的P為輸送功率 不是損失功率 由此可知選項C正確 A B D錯誤 答案 C 3 如圖所示是遠距離輸電的示意圖 下列說法正確的是 A a是升壓變壓器 b是降壓變壓器B a是降壓變壓器 b是升壓變壓器C a的輸出電壓等于b的輸入電壓D a的輸出電壓等于輸電線上損耗的電壓解析 遠距離輸電先升壓 后降壓 選項A正確 選項B錯誤 由于輸電線上有電壓損耗 故a的輸出電壓等于b的輸入電壓與輸電線上損耗的電壓之和 選項C D錯誤 答案 A 探究一 探究二 遠距離輸電損耗的產(chǎn)生及減損方法問題探究中國的特高壓直流輸電技術世界領先 2018年10月16日 世界首個海拔4000米以上的高海拔特高壓直流試驗線段工程 中國電力科學研究院西藏高海拔特高壓直流試驗線段順利通過驗收 該試驗線段具備高海拔苛刻條件下 500千伏 800千伏 1100千伏 1300千伏直流及1000千伏交流特高壓工程試驗能力 當之無愧地成為了目前世界上海拔最高 電壓等級最高 功能最全的特高壓試驗基地 請思考下面的問題 如圖所示 輸送功率為P 發(fā)電廠輸出的電壓為U 兩條導線的總電阻是r 在圖中把導線電阻集中畫為r 請思考 探究一 探究二 1 輸電線中的電流為多少 在發(fā)電廠輸送功率一定時 輸電線中的電流與輸電線電阻及用電器電阻有關系嗎 2 輸電線上功率損失的表達式是什么 3 為什么遠距離輸電必須用高壓呢 要點提示 1 發(fā)電廠相當于一個電源 由P UI可知 輸電線中電流 3 因為發(fā)電廠的輸出功率P是一定的 由P UI得 要減小能量損耗 就要減小輸電電流I 必須提高輸出電壓U 探究一 探究二 知識歸納1 電壓損失輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U 的差值 U U U IR 2 功率損失 1 遠距離輸電時 輸電線有電阻 電流的熱效應引起功率損失 損失的電功率 P I2R 2 若輸電線上損失的電壓為 U 則功率損失還可以表示為 探究一 探究二 3 減小電壓 功率損失的方法 1 減小輸電線的電阻由R 可知 距離l一定時 使用電阻率小的材料 增大導體橫截面積可減小電阻 2 減小輸電電流I由P UI可知 當輸送功率一定時 升高電壓可以減小電流 探究一 探究二 典例剖析 例題1 多選 在遠距離輸電時 輸送的電功率為P 輸送電壓為U 所用導線的電阻率為 橫截面積為S 總長度為L 輸電線損失的電功率為P 用戶得到的電功率為P用 則下列關系式正確的是 答案 BD 探究一 探究二 輸送的功率 電壓 損失的功率 電壓 用戶得到的功率 電壓 分別對應于輸電過程的 始 中 末 只有理解好 輸送 損失 得到 的含義 才能避免張冠李戴 探究一 探究二 變式訓練1我國已投產(chǎn)運行的1000kV特高壓輸電 是目前世界上電壓最高的輸電工程 假設甲 乙兩地原來用500kV的超高壓輸電 在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下 現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電 不考慮其他因素的影響 則 A 輸電電流變?yōu)樵瓉淼?倍B 輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉淼?倍 探究一 探究二 答案 C 探究一 探究二 遠距離輸電電路的分析與計算問題探究某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖所示 其中各部分的物理量已在圖上標注 在這個電路中包括三個回路 發(fā)電機內(nèi)阻 n1 n2 n3 n4線圈的電阻均忽略不計 請思考 1 用圖中的電壓和電流表示出四個功率和損耗功率 并寫出它們間的關系 2 每個變壓器中的電流 電壓 功率有什么關系 探究一 探究二 要點提示 1 P1 U1I1 P2 U2I2 P3 U3I3 P4 U4I4 P UI2 P1 P2 P3 P4 P P2 P3 探究一 探究二 知識歸納輸送過程如圖所示 可以劃分為三個回路 探究一 探究二 1 分析遠距離輸電線路的有效方法是理清三個回路 抓住兩個聯(lián)系 掌握一個定律 其關系如下表所示 探究一 探究二 1 注意區(qū)別 輸電電壓U與輸電線上降落的電壓 U 輸電功率P與輸電線上損失的功率 P 2 抓住不變量 輸送電功率不變 由P UI判斷出輸電電流I的變化 從而由 U IR P I2R判斷 U P的變化 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示 發(fā)電站通過升壓變壓器 輸電導線和降壓變壓器把電能輸送到用戶 升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器 若發(fā)電機的輸出功率是100kW 輸出電壓是250V 升壓變壓器的原 副線圈的匝數(shù)比為1 25 1 求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導線中的電流 2 若輸電導線中的電功率損失為輸入功率的4 求輸電導線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓 探究一 探究二 因為 U U2 U3 I2R線 所以U3 U2 I2R線 6000V 答案 1 6250V16A 2 15 625 6000V遠距離輸電問題的四個關鍵 1 畫出一個模型 遠距離輸電模型圖 2 抓住輸電的兩端 電源和用電器 3 分析兩條導線 輸電導線 4 研究兩次電壓變換 升壓和降壓 探究一 探究二 變式訓練2某交流發(fā)電機輸出功率為5 105W 輸出電壓為U 1 0 103V 假如輸電線的總電阻R 10 在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5 用戶使用電壓U用戶 380V 1 畫出輸電線路的示意圖 標明各部分的符號 2 所用升壓和降壓變壓器的原 副線圈的匝數(shù)比是多少 使用的變壓器是理想變壓器 解析 1 輸電線路示意圖如圖所示 探究一 探究二 答案 1 見解析圖 2 1 1025 1 1 2 3 1 多選 發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1 發(fā)電廠至學校的輸電線總電阻為R線 通過輸電線的電流為I 學校輸入電壓為U2 下列計算輸電線功率損耗的式子中 正確的是 其中U線 U1 U2 故B C D正確 答案 BCD 1 2 3 2 三峽電站某機組輸出的電功率為50萬千瓦 1 若輸出的電壓為20萬伏 則輸電線上的電流為多少 2 某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐 則輸電線上損失的功率為多少 它占輸出功率的幾分之幾 3 若將電壓升高至50萬伏 輸電線上的電流為多少 輸電線上損失的功率又為多少 它占輸出功率的幾分之幾 1 2 3 2 輸電線上損失的功率 P I2 2r 25002 2 10W 1 25 108W 1 2 3 3 某小型水力發(fā)電站的發(fā)電輸出功率為5 104W 發(fā)電機的輸出電壓為250V 輸電線總電阻R線 5 為了使輸電線上損失的功率為發(fā)電機輸出功率的4 必須采用遠距離高壓輸電的方法 在發(fā)電機處安裝升壓變壓器 而在用戶處安裝降壓變壓器 設用戶所需電壓為220V 不計變壓器的損失 求 1 輸電線上的電流 2 升 降壓變壓器原 副線圈的匝數(shù)比 3 可供多少盞 220V40W 的白熾燈正常工作 1 2 3