高二物理人教選修32課件第五章6電能的輸送

1、,第五章,交變電流,學(xué)案6電能的輸送,目標(biāo)定位,1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān). 2.理解減小電能損失的兩個(gè)途徑以及高壓輸電的原理. 3.知道遠(yuǎn)距離輸電的典型電路，并能利用變壓器和電 路的規(guī)律解決實(shí)際問題.,知識(shí)探究,自我檢測(cè),一、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑,問題設(shè)計(jì),如圖1所示，假定輸電線路中的電流是I，兩條導(dǎo)線的總電阻是r，在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r，輸送功率為P，發(fā)電廠輸出的電壓為U.那么：,知識(shí)探究,圖1,(1)遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？,答案在輸電線上有功率損失.,(2)輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達(dá)式是什么？降低輸電損耗的兩個(gè)途徑是什么？,答案由于輸電線

2、有電阻，當(dāng)有電流流過(guò)輸電線時(shí)，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了.這是輸電線上功率損失的主要原因. 功率損失表達(dá)式：PI2r，所以降低輸電損耗的兩個(gè)途徑為：減小輸電線的電阻r；減小輸電電流I.,(3)為什么遠(yuǎn)距離輸電必須用高壓呢？,答案因?yàn)榘l(fā)電廠的輸出功率P是一定的，由PUI得，要減小輸電電流I，必須提高輸送電壓U.,要點(diǎn)提煉,輸電線上的電壓損失和功率損失(設(shè)輸電線上電阻為R，電流為I) 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.UUUIR.,2.功率損失 (1)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸電線有電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損失，損失的電功率PI2R. (2)若輸電線上損失的電壓為U，則功率損失

3、還可以表示 為P ，P .,UI,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(shí)，使用電阻率小的材料， 導(dǎo)體橫截面積可減小電阻. (2)減小輸電電流I 由PUI可知，當(dāng)輸送功率一定時(shí)， 電壓可以減小電流.,增大,升高,延伸思考,為什么在用電高峰期家中的白熾燈燈光較暗？ 答案用電高峰期到用戶家中的輸電線電流I較大，輸電線上損失的電壓UIr較大，用戶得到的電壓UU變低，達(dá)不到額定功率，因此白熾燈燈光較暗.,二、遠(yuǎn)距離輸電電路中的各種關(guān)系,問題設(shè)計(jì),某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖2所示，其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注，在這個(gè)電路中包括三個(gè)回路.,圖2,(1)結(jié)合閉合電

4、路的知識(shí)，分別分析三個(gè)回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計(jì)).,答案第一個(gè)回路：P1U1I1,第三個(gè)回路：P4U4I4,(2)每個(gè)變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？,答案若兩個(gè)變壓器為理想變壓器，,要點(diǎn)提煉,遠(yuǎn)距離輸電問題的分析 1.遠(yuǎn)距離輸電基本原理 在發(fā)電站內(nèi)用 升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)通過(guò) 降到所需的電壓. 2.解決遠(yuǎn)距離輸電問題時(shí)，應(yīng)首先畫出輸電的電路圖，如圖3所示，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(yīng)位置.,圖3,升壓變壓器,降壓變壓器,3.分析三個(gè)回路，在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電

5、源. 4.綜合運(yùn)用下面三方面的知識(shí)求解 (1)能量守恒： PU1I1U2I2P用戶,P用戶U3I3U4I4.,P,(2)電路知識(shí)：U2 U3 UI2R,U,典例精析,一、輸電線上功率損失的計(jì)算,例1超導(dǎo)材料電阻降為零的溫度稱為臨界溫度.1987年我國(guó)科學(xué)家制成了臨界溫度為90 K的高溫超導(dǎo)材料，利用超導(dǎo)材料零電阻的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗輸電.現(xiàn)有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4 ，它提供給用電器的電功率為40 kW，電壓為800 V.如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜替代原來(lái)的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為() A.1 kW B.1.6103 kWC.1.6 kW D.10

6、 kW,A,例2三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為50萬(wàn)千瓦. (1)若輸出的電壓為20萬(wàn)伏，則輸電線上的電流為多少？,答案2 500 A,(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？,解析輸電線上損失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W,(3)若將電壓升高至50萬(wàn)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？,輸電線上損失的功率PI22r1 0002210 W 2107 W,二、遠(yuǎn)距離輸電問題 例3某小型水電站的電能輸送示意圖如圖4所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器

7、原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器).要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則(),圖4,C.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D.升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率,解析由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，故選項(xiàng)D正確.,答案AD,例4發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 ，如果用原、副線圈匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶，則： (1)畫出全過(guò)程的線路示意圖；,解析示意

8、圖如圖所示,答案見解析圖,(2)求用戶得到的電壓和功率；,解析升壓變壓器的輸出電壓,根據(jù)升壓變壓器輸出功率等于輸入功率知，升壓變壓器輸出電流為,輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為 URI2R200.2 V4 V,降壓變壓器上的輸入電流和輸入電壓分別為 I3I220 A U3U2UR2 200 V4 V2 196 V 降壓變壓器上的輸出電壓和輸出電流分別為,用戶得到的功率為 P4I4U4200219.6 W4.392104 W,答案219.6 V4.392104 W,(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接將電送到用戶，求用戶得到的電壓和功率.,URIR2000.2 V40 V 所以用戶得到的電壓為 U4U1

9、UR220 V40 V180 V 用戶得到的功率為P4IU4200180 W3.6104 W 答案180 V3.6104 W,課堂要點(diǎn)小結(jié),1,2,3,4,1.(輸電線上功率損失的計(jì)算)中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的 1 000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程.假設(shè)甲、乙兩地原來(lái)用500 kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P.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1 000 kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)?),自我檢測(cè),1,2,3,4,答案A,1,2,3,4,2.(輸電線上電壓損失問題)照明供電線路的路端電壓基本上是保持不變的，可是我們?cè)?/p>

10、晚上七、八點(diǎn)鐘用電高峰時(shí)開燈，電燈比深夜時(shí)要顯得暗些，這是因?yàn)橛秒姼叻鍟r(shí) () A.總電阻比深夜時(shí)大，干路電流小，每盞燈分到的電壓較小 B.總電阻比深夜時(shí)大，干路電流小，每一支路的電流較小 C.總電阻比深夜時(shí)小，干路電流大，輸電線上損失的電壓大 D.干路電流一定，支路比深夜時(shí)多，分去了一部分電流,C,1,2,3,4,3.(遠(yuǎn)距離輸電問題)在如圖5所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有() A.升壓變壓器的輸出電壓增大 B.降壓變壓器的輸出電壓增大 C.輸電線上損耗的功率增大 D.輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大,圖5,1,2,3,4,解析發(fā)電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器的輸入電壓不變，輸出電壓不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，輸電線中電流增大，輸電線上損失的電壓(UIR)增大，降壓變壓器的輸入電壓減小，降壓變壓器的輸出電壓減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，輸電線中電流增大，輸電線上損耗的功率(PI2R)增大，選項(xiàng)C正確；,1,2,3,4,答案CD,1,2,3,4,4.(遠(yuǎn)距離輸電問