2019-2020学年教科版高中物理选修3-2学案:第二章 交变电流7电能的输送 含答案.doc
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1、学案7电能的输送学习目标定位 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题1电阻定律:在温度不变时,同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比,导体电阻与构成它的材料有关,即R.2电功率PUI,热功率PI2R.3理想变压器原、副线圈的三个关系:P原P副,.一、电能输送中的电压损失和电能损耗1如图1所示,U损Ir,P损I2r.图12无论是为减小电压损失还是减小能量损耗,都要求使用高电压送电二、远距离输电系统远距离输电的基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然
2、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三、直流输电当交流输电功率很大时,电感、电容引起的电压及电能损失很大,所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电现代的直流输电,只是在高压输电这个环节中使用直流解决学生疑难点一、电能输送中的电压损失和电能损耗问题设计如图2所示,假定输电线路中的电流是I,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,输送功率为P,发电厂输出的电压为U.那么:图2(1)远距离大功率输电面临的困难是什么?(2)输电线上功率损失的原因是什么?功率损失的表达式是什么?降低输电损耗的两个途径是什么?(3)为什么远距离输电必须用高压呢?答案(1)在输电线上有功
3、率损失(2)由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为电热而损失掉了这是输电线上功率损失的主要原因功率损失表达式:PI2r,所以降低输电损耗的两个途径为:减小输电线的电阻r;减小输电电流I.(3)因为发电厂的输出功率P是一定的,由PUI得,要减小输电电流I,必须提高输出电压U.要点提炼输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R,电流为I)1电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U的差值UUUIR.2功率损失(1)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PI2R.(2)若输电线上损失的电压为U,则功率损失还可以表示为P,PUI.3减小电压、功率损
4、失的方法(1)减小输电线的电阻由R可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体横截面积可减小电阻(2)减小输电电流I由PUI可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流二、远距离输电电路中的各种关系问题设计某发电站向远处送电的示意图如图3所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路图3(1)结合闭合电路的知识,分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?答案(1)第一个回路:P1U1I1第二个回路:U2UU3,P2PP3IRP3第三个回路:P4U4I4(2)若两个变压器为理想
5、变压器,则有:、P1P2;、P3P4.要点提炼远距离输电问题的分析1解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,参考图3,并将已知量和待求量写在电路图的相应位置2分析三个回路,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3综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒:PU1I1U2I2P用户PPIRP用户U3I3U4I4.(2)电路知识:U2UU3UI2R(3)变压器知识:.其中PI2R,UI2R往往是解题的切入点一、输电线上功率损失的计算例1三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦(1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少?(2)某处与电站间每根输电线
6、的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的比例是多少?(3)若将电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的比例是多少?解析(1)由PUI得I2 500 A(2)输电线上损失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W损失功率与输出功率之比为(3)将电压升高至50万伏时,I1 000 A输电线上损失的功率PI22r1 0002210 W2107 W损失功率与输出功率之比为答案(1)2 500 A(2)1.25108 W(3)1 000 A2107 W二、远距离输电问题例2发电机的输出电压为220 V,输出功率为44 kW,输电
7、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,经输电线后,再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户,则:(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将电送到用户,求用户得到的电压和功率解析(1)示意图如图所示(2)升压变压器的输出电压U2U1220 V2 200 V根据升压变压器输出功率等于输入功率知,升压变压器输出电流为I2 A20 A输电线路上的电压损失和功率损失分别为URI2R200.2 V4 VPRIR2020.2 W80 W降压变压器上的输入电流和输入电压分别为I3I220 AU3U2UR2 200 V4
8、V2 196 V降压变压器上的输出电压和输出电流分别为U4U32 196 V219.6 VI4I31020 A200 A用户得到的功率为P4I4U4200219.6 W4.392104 W(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 A200 A,输电线路上的电压损失URIR2000.2 V40 V所以用户得到的电压为U4U1UR220 V40 V180 V用户得到的功率为P4IU4200180 W3.6104 W答案(1)见解析图(2)219.6 V4.392104 W(3)180 V3.6104 W1(输电线上功率损失的计算)中国已投产运行的1 000 k
9、V特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率将变为()A. B. C2P D4P答案A解析在超高压输电中,设输送电功率为P,输电电压为U,输电线电阻为R,则输电线上损耗的电功率为P2R,当输电电压升为原来的2倍时,输电线损耗的电功率变为原来的,故选A.2(输电线上功率损失的计算)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
10、到的电功率为P用,则P、P用的关系式正确的是 ()AP BPCP用P DP用P(1)答案BD解析输电线电阻R,输电电流I,故输电线上损失的电功率为:PI2R()2用户得到的功率为:P用PPP(1)故选B、D.3(远距离输电问题)在如图4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()图4A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答案CD解析发电厂的输出电压不变,升压变压器的输入电压不变,输出电压不变,选项A错误;随着发电厂
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