3.4 电能的输送 导学案 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

题目 3.4 电能的输送 课型 新课 日期 12月份 学习目标 1.了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。 基础知识 一、电能输送中的电压损失和功率损耗 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U损＝U－U′＝ (I为输电电流，R为输电线的电阻)。 2．功率损耗 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损耗，损耗的功率 P损＝ 。 (2)若输电线上损失的电压为U损，则功率损耗还可以表示为P损＝ ， P损＝U损I。 3．减小电压损失和功率损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻 在输电距离一定的情况下，为了减小输电线的电阻，应当使用电阻率 的金属材料，还要尽可能 导线的横截面积。 (2)减小输电电流I 由P＝UI可知，当输送功率一定时， 输电电压可以减小电流。 二、电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用 压器 ，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．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，这就是电网。 3．输电线路如图所示 4．基本关系 (1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3。 (2)电压关系：＝ ，＝ ，U2＝ΔU＋U3。 (3)电流关系：＝ ，＝ ，I2＝I3＝I线。 (4)输电电流：I线＝＝＝。 (5)功率损失：P损＝I线ΔU＝IR线＝2R线。 (6)输电导线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3。 课堂拓展 1. 采用110 kV高压输电，输送电功率为4 800 kW的电能，输电导线中的电流是多少？ 如果用110 V电压输送同样功率的电能，输电导线中电流是多少？ 2.从发电站输出的功率为200 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用1 100 V和11 kV两种电压输电。试估算两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失。 3.如果用220 V和11 kV两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同，求导线的横截面积之比。 4.某个小水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的电压为250 V。通过升压变压 器升压后向远处输电，输电线的总电阻为8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220 V。要求在输电线上损失的功率控制在5 kW（即用户得到的功率为95 kW）。请你设计两个变压器的匝数比。为此，请你计算： （1）降压变压器输出的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？ （2）输电线损失的电压为多少？升压变压器输出的电压是多少？ （3）两个变压器的匝数比各应等于多少？ 5. 有一条河流，河水流量为4 m3 /s，落差为5 m。现利用它来发电，水电站的总效率为50%，发电机的输出电压为350 V。水电站到用户之间要进行远距离输电，两地间输电线的总电阻为4 Ω，允许输电线上损失的功率为发电机输出功率的5%，用户所需要电压为220 V。假定所用的变压器都是理想变压器，求升压、降压变压器原、副线圈的匝数比，g取10 m/s2 。 6．如图所示，某发电机输出功率是100 kW，输出电压是250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8 Ω，要使输电线上的功率损失为发电机输出功率的5%，而用户得到的电压正好为220 V，则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是 , . 7．风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压为250 V，用户需要的电压为220 V，输电线总电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输出功率的4%。 (1)画出此输电线路的示意图； (2)求在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比； (3)求用户得到的电功率。 随堂检测 8.(多选)如图是一套模拟远距离输电装置的示意图，图中变压器为理想变压器，电表为理想交流电表。升压变压器的输入端接电压恒定的交变电源，输电线的总电阻为r，降压变压器输出端接阻值相等的电阻R1、R2，当开关S闭合时，下列说法中正确的有( ) A．电压表V1、V2示数均变大 B．电流表A示数变大 C．交变电源输出功率增大 D．远距离输电的效率增大 9．(多选)远距离输送一定功率的交流电，若输电电压升高为原来的n倍，则关于输电线上的功率损失和电压损失，下列说法正确的是(不考虑容抗和感抗产生的损失)(