高中物理5.5电能的输送导学案新人教版选修3_2201707132126.doc

第五章 交变电流第五节 电能的输送 【学习目标】1 了解远距离输电的意义；2 理解远距离输电中的输电损耗及解决方案；3 理解远距离输电的模型并能进行计算。【重点、难点】重点：（l）理论分析如何减少输电过程的电能损失；（2）远距离输电的原理；难点：远距离输电原理图的理解预习案【自主学习】1远距离输电的基本原理：在发电站内用_变压器_电压，然后进行远距离输电，在用电区域通过_变压器_所需的电压2输电线上的功率损失P_，降低输电损耗的两个途径为：_，_.3现代的直流输电，只有_这个环节使用高压直流，_、_及_仍然是交变电流发电机发出的交变电流经变压器升压后，由换流设备将_变为_，高压的直流经远距离传输后，再由换流设备将_换为_，然后，配电所的变压器再将高压交变电流_成适合用户的电压、电流，送达用户【学始于疑】为什么远距离输电要用高压输电？（1） 发电站一般建设在什么地方？（2） 输电过程中主要考虑什么问题？（3） 如何减少电能的损失和保证输电质量？探究案【合作探究一】问题1： （1）如何计算输电电流？（2）如何计算电能功率损失？（3）如何计算电压损失？问题2： 目前全国电力紧缺，初步统计有24个省地区已经拉电、限电，浙江是全国缺电之最，每年（去年）供给海宁的总电量为204841.81万千瓦时，缺电量15%，短期内不可能改变。你能根据所学的物理知识，从研究者的角度对电能的节约输送给几点更好的建议？导航：1、从学过的电阻定律角度分析R =L/S你有什么好的建议呢？ 2、减小电流的角度考虑。你有什好的建议呢？归纳总结1任何输电线都有_，当电路中有电流通过时，存在功率损失和电压损失。（1）设输电电流I，输电线电阻为R，则输电线上的电压损失为： U损_；（2）输电线的总电阻为R，则输电电流为I，输电线上的功率损失可表示为： P损_。2减少输电线上电压损失和功率损失的方法（1）减小输电线的电阻R：具体方法_ _ _ _ 通过较少电阻来减少线损效果有限。（2）如何减小输电电流I:减少输电功率（毫无实际意义）；在输送功率一定的前提下， 。 输电电流 电压损失 功率损失 结论：采用_是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施。【合作探究二】设计一个远距离输电线路的方案问题1：请你设计一个经济，实用的远距离输电方案？问题2：请你指明各部分电压、电流、电功率之间关系归纳总结：U1 ：U2= ； U3 ：U4= ；I1 ：I2= ； I3 ：I4= ；U2= + ； I2= ；P= + ；【课堂小结/本节知识网络】1、输送电能的基本要求：2、如何减少输电线上功率损失：3、电网供电的优越性【思考】1、阅读教材，通过北美大停电相关资料，在电能输送可靠性方面你能得到什么启示？2、对保证输电稳定性上你有什么好建议呢？【当堂检测】1发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线电阻为R，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线损耗的式子中，不正确的是()A BCI2R DI(U1U2)2(双选)某发电站采用高压输电向外输送电能若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是()A输电线上的电流IB输电线上的电流IC输电线上损失的功率P()2RD输电线上损失的功率P3一台发电机最大输出功率为4 000 kW，电压为4 000 V，经变压器T1升压后向远方输电输电线路总电阻R1 k.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V,60 W)若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则下列说法错误的是()AT1原、副线圈电流分别为103 A和20 ABT2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 VCT1和T2的变压比分别为150和401D有6×104盏灯泡(220 V,60 W)正常发光4(双选)某小型水电站的电能输送示意图如图2所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则()图2A.>B.<C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率5发电机的端电压220 V，输出电功率44 kW，输电导线的电阻为0.2 ，如果用初、次级匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为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送到用户，求用户得到的电压和功率6(双选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为，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，则下列关系式正确的是()APBPCP用PDP用P(1)【课后巩固】1远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比1 000 kV高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是()A可节省输电线的材料B可根据需要调节交流电的频率C可减小输电线上的能量损失D可加快输电的速度2输电线路的电阻为R，发电站输出功率为P，输电电压为U，则用户得到的功率为()AP BP()2·RCP D()2·R3中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原采用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()AP/4 BP/2 C2P D4P4某电站不经变压器直接向用户输送电能，若输电功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，用户得到的电压为U，则下列说法中正确的是()A输电线上损失电压为RB输电线上损失电功率为(UU)2/RC用户得到的功率为U2/RD用户得到的功率为P5某发电厂原来用11 kV的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220 kV输电，输送的电功率都是P.若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是()A根据公式I，提高电压后输电线上的电流降为原来的B根据公式I，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C根据公式P损I2RR，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的D根据公式P损，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍6在如图1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1A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7发电厂发电机直接向学校供电，发电机输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则下列关于输电线损失的功率的式子中错误的是()A. B. CI2R DI(U1U2)8某用电器距离供电电源为L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，已知输电导线的电阻率为，那么，该输电导线的横截面积最小值是()A. B. C. D.9某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器经变压器降压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时()升压变压器的副线圈的电压变大高压输电线路的电压损失变大降压变压器的副线圈上的电压变大降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大A B C D10随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U1，输电导线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是()A输电线上损耗的功率为B输电线上损耗的功率为C若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D采用更高的电压输电会降低输电的效率11.用相同材料制成的导线向同一处用户输送10 kW的电功率，在输电电压U1110 V和U2220 V两种情况下，要求输电线中损失的电功率相同，则两种情况下导线截面积之比为_12我国西部特别是云、贵、川有大量的水力资源，西电东送是西部大开发的重要项目之一据报道，云南大朝山在2005年已建成100万千瓦的水力发电站设电站输电电压为25万伏，则输电线上的电流是_ A如输电线总电阻为40 ，则电流通过输电线时，在输电线上发热消耗的功率为_ kW.如将输电电压升高到100万伏，则输电线上发热消耗的功率为_ kW.根据以上数据得出你认为合理的输电方法是_13有一个发电站，输送功率为P500 kW，当使用U5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800度求：(1)这时的输电效率和输电线的总电阻r；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？【答案】 自主学习：1升压升高降压降到2I2R减小输电导线的电阻减小输电导线中的电流3输电发电用电升、降电压交变电流直流直流交变电流降压当堂检测:1A输电线的损耗P损I2R线IU线其中U线U1U2，故B、C、D正确，A不正确点评计算功率损失常用公式P损IR线和P损，特别在利用P损时要注意U线是R线上的电压2BC输电线上的电流I线故A错误，B正确；输电线上的功率损失PIR()2R，故C正确，D错误点评由功率损失P()2R线知：当输送功率P输一定时减少输电线上功率损失的方法为提高输电电压或减小输电导线的电阻3C输电线上消耗的功率P线IR400 kW，则I220 A，又P1U1I1，则I1103 A，故A正确；T1的变压比，又PU1I1U2I2，得U22×105 V，输电线上损失电压U线I2R2×104 V，则T2原线圈的输入电压U3U2U线1.8×105 V，又灯泡正常发光，T2的副线圈的电压为220 V，B正确；T2的变压比，C错误；根据U3I260n，解得n6×104，D正确点评远距离输电线路图如下各物理量有下列关系(1)电压关系：U发U1，U2U3U损，U4U用；(2)电流关系：n1I1n2I2，I2I线I3，n3I3n4I4；(3)功率关系：P发P1P2，P2P3P损，P3P4P用，P损I2R线， P损2R线，P损IU损4AD由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率P出P损P入，故D正确.，因为U1200 V<U4220 V，U2>U3U2U线，故>，选项A正确点评在理解电压关系时，可把输电线路理解为三个闭合回路如下图所示第一个回路发电机是电源，升压变压器的原线圈是用电器，若输电线电阻忽略则有U发U1；第二个回路升压变压器副线圈是电源，降压变压器的原线圈为用电器，则有U2U线U3；第三个回路降压变压器副线圈为电源，用户为用电器，若输电线电阻忽略则有U4U用5(1)见解析(2)219.6 V4.392×104 W(3)180 V3.6×104 W解析(1)示意图如下图所示(2)升压变压器次级的输出电压U2U1×220 V2 200 V据升压变压器输出电功率等于输入电功率知，升压变压器次级输出电流I2 A20 A输电线路上的电压损失和功率损失分别为URI2R20×0.2 V4 VPRIR202×0.2 W80 W加到降压变压器初级上的输入电流和电压为I3I220 AU3U2UR2 200 V4 V2 196 V降压变压器次级的输出电压和电流为U4·U3×2 196 V219.6 VI4·I310×20 A200 A用户得到的功率为P4I4U4200×219.6 W4.392×104 W(3)若不采用高压输电，用220 V低压直接供电时，电路如下图所示，则输电电流I A200 A，输电线路上的电压损失URIR200×0.2 V40 V所以用户得到的电压为U4U1UR220 V40 V180 V用户得到的功率为P4IU4200×180 W3.6×104 W方法总结(1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图，并画出示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系6BD输电线电阻R，输电电流I，故输电线上损失的电功率为PI2R2，用户得到的电功率为P用PPP.故B、D正确方法总结在远距离输电问题中，也要时刻注意能量守恒这一线索，即发电机的总功率应等于线路上损失的热功率和用户得到的功率之和(在不考虑变压器自身的能量损失的条件下)课后巩固：1AC2B3A4ABD5AC6CD7A8B9D10C1141124×1036.4×1054×104提高输电电压13(1)60%，r20 (2)22.4 kV10