内容正文:
第四节 电能的输送 ► 对应学生用书P59
课标要求
核心素养
知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。
1.物理观念:知道交变电流从发电站到用户的输电过程。
2.科学思维: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计算;理解远距离输电时决定电能损耗的因素,理解高压输电的原因。
3.科学态度与责任:有学习和研究电能的输送的兴趣和内在动机。
高效导学第一步 预习新知,落实必备知识
一、降低输电损耗的两个途径
要减少输电线路上的功率损失,由公式P损=I2R线知,必须减小输电线电阻或减小输电电流。
1.减小输电线的电阻:从R=ρ看,在输电距离一定的情况下,可以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,同时也给铺设线路带来困难;除此之外还可以选用电阻率较小的导体。
2.减小输电导线中的电流:从公式P=IU来看,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。
二、电网供电
1.远距离输电基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。
2.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。
【概念辨析·试身手】
(1)输电线上电功率的损失,与输电线的电阻成正比,与输电线电流的二次方成正比。(√)
(2)由P=可知,输电电压越小,输电线上电功率的损失就越小。(×)
(3)使用变压器进行远距离输电,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(√)
(4)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。(×)
(5)用高压输电是为了降低输电线上的电损。(√)
高效导学第二步 课堂探究,培优关键能力
要点一 | 输电线上功率和电压损失的计算
【要点培优】
1.输电线上的电功率损失
(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失。
(2)计算式:①P线=I2R线;②P线=IU线;③P线=。
2.输电线上的电压损失
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=U-U′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=2R线,因此输电电压若提高到nU,则P损将减为原来的。
[思考·探究] 如图所示,假定发电厂输出的电压为U,输送功率为P,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)。
探究:(1)用户两端的电压是多大?
(2)输电线上功率损失的主要原因是什么?
提示:(1)U′=U-ΔU=U-R。
(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。
【应用培优】
[例1] (多选)如图是远距离输电的示意图,两个变压器均为理想变压器,输电导线的总电阻为R,升压变压器匝数比为n1∶n2,发电机输出的电功率为P,输出电压为U,导线上损失的功率为P损,用户得到的功率为P用,升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,输电线上输送的电流大小为I。下列判断正确的是( )
A.输电线上电流大小为I=
B.输电线上损失的电压为U损=
C.输电线上损失的功率P损=R
D.用户得到的功率P用=P-R
解析:选BD。对于理想变压器有U=U1,P=UI1=U2I2,=,解得I2==I,故A错误;输电线上损失的电压U损=I2R=,故B正确;输电线上损失的功率P损=IR=R,故C错误;用户得到的功率P用=P-P损=P-R,故D正确。
[训练] 1.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈的匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的发电机。若输出电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )
A.() B.()
C.4()2()2r D.4()2()2r
解析:选C。P=U1I1、U1=。由理想变压器规律得=,则输电线上损失的电功率ΔP=I·2r=4()2r,故选C。
要点二 | 远距离输电
【要点培优】
1.远距离输电的几个基本关系式
(1)功率关系:P1=P2,P2=P损+P3,P3=P4。
(2)电压关系:=,U2=U线+U3,=。
(3)电流关系:=,I2=I线=I3,=。
(4)输电电流:I线====。
(5)输电导线上损耗的电功率P损=P2-P3=IR线==U线I线。
(6)输电导线