第3章 第4节 电能的输送（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

交变电流 第三章　 第4节　电能的输送 返回目录 物理　选择性必修2 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(十八) 课前　教材预案 知识点1　输送电能的基本要求 供电线路 电压 频率 低 少 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点2　降低输电损耗的两个途径 I2r 小 增加 提高 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点3　电网供电 升压 降压 变压器 网络 经济效益 电力供需 电力 返回目录 物理　选择性必修2 　 × √ × √ 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课堂　深度探究 考点1　输电线上的电压和功率损失 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点2　远距离输电问题 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.了解提高输电压是降低远距离输电损耗的有效途径；知道电网供电是远距离输电的重要发展(物理观念).2.会用相关知识解释实际的输电问题；经历建立远距离输电模型的过程(科学思维).3.探究电压损失、功率损失的关系(科学探究).4.理解工程技术要兼顾科学技术，经济等多种因素，体会建立模型的思维方法(科学态度与责任)． 1．可靠：指保证____________可靠地工作，故障少． 2．保质：保证电能的质量——________和________稳定． 3．经济：指输电线路建造和运行的费用____，电能损耗______. 1．输电线上的功率损失：ΔP＝_____，I为输电电流，r为输电线的电阻． 2．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率_____的金属材料，还要尽可能_______导线的横截面积． (2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要________输电电压． 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用________变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过________变压器降到所需的电压． 2．电网：通过网状的输电线和__________，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________. 3．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的____________. (2)减小断电的风险，调剂不同地区____________的平衡． (3)合理调度电力，使________的供应更加可靠，质量更高． 1．判断下列说法的正误． (1)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银，原因是同种情况下，使用银材料，输电线损失的功率大．(　 　) (2)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压．(　 　) (3)采用高压输电的优点是可加快输电的速度．(　 　) (4)当输送功率和输电电压一定，且使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小．(　 　) 2．下列关于电能输送的分析，正确的是(　　) A．由公式P＝知，输电电压越高，输电线上功率损失越少 B．由公式P＝知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少 C．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大 D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比 答案　C 解析　输电线上损失的功率P损＝I2R线＝，U损指输电线上的分压，而不是输电电压，选项C正确. 【情境导学】 如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流为I，两条导线的总电阻为r(在图中把导线电阻集中画为r)．那么，用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？为什么？ 答案　不相等．由于输电线有电阻，有一部分电能转化为电热损耗掉了． 1．输电线路的电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的总电阻． 2．输电线路的功率损失 (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ΔP＝I2r. (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I. 3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R＝ρ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 根据I＝，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的. 【例题1】 某小河水流量为4 m3/s，水流下落的高度为5 m．现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为50% (g取9.8 m/s2)，求： (1)发电机的输出功率； (2)若输电导线的总电阻为4 Ω，输电导线上损失的电功率为发电机输出功率的5%，则输电导线上的电压损失是多少？ 思维导引：(1)水的重力势能转变为发电机的电能，能量的转化为50%；(2)电压损失ΔU＝IR，需要求解输电电流，可根据I＝求解． 解析　(1)水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做功，设水的流量为Q，则发电机的输入功率为P1＝ρQgh， 所以输出功率为P2＝ηP1＝ηρQgh＝50%×1.0×103×4×9.8×5 W＝9.8×104 W. (2)设输电电压为U，输电线上的电流为I，电阻为R，损失的电功率为ΔP.由ΔP＝I2R得 I＝＝＝ A＝35 A， 输电导线上损失的电压为 ΔU＝IR＝35×4 V＝140 V. 答案　(1)9.8×104 W　(2)140 V 【变式1】 “西电东送”工程中，为了减少输电损耗，必须提高输电电压．从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106 kW，输电电压为1 000 kV，输电线电阻为100 Ω.若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为(　　) A．105 kW B．104 kW C．106 kW D．103 kW 答案　A 解析　输电电流I＝，输电线路损失的电功率P损＝I2r＝2r ＝1×105 kW；当改用超导输电时，就不损失电能，因此减少的输电损耗就等于P损，选项A正确． 【情境导学】 我们日常生活离不开电，电是由发电厂产生的．为了合理地利用自然资源，火力发电厂通常建在煤矿附近，水电站建在水力资源丰富的河流上，但用电的地方可能距离很远，需要将电能安全、保质地由发电厂送往远方，同时又不能浪费太多的电能．火力发电厂或水电站发电的电压一定很高吗？怎样才能提高输送电压？ 答案　电厂发电的电压最大值由公式Em＝NBSω决定，因机械制造等因素，电压不会很高，通常借助变压器将低电压变为高电压． 1．输电过程示意图 2．理清三个回路 回路1：P1＝U1I1. 回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR线＋P3，I2＝I3. 回路3：P4＝U4I4. 3．高压输电过程的几个电压的区别 (1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2. (2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4. (3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值，即ΔU＝U2－U3＝I2R线． 4．输电过程的基本关系 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝P线＋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线＝I线U线＝IR线＝2R线． 5．处理远距离输电的方法技巧 (1)画好一张图——远距离输电示意图 (2)抓住电两端——发电站和用户 (3)分析一条线——输电线 (4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压 (5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率) 【例题2】 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损耗，使用2 kV高压输电，最后用户得到“220 V　9.5 kW”的电能，求： (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比； (2)输电线路导线电阻R； (3)用户降压变压器原、副线圈匝数比. 思维导引：(1)升压变压器的匝数比＝；(2)由I2＝求输送电流，由P损＝P2－P3＝IR求输电线的电阻；(3)由U2＝U线＋U3求降压变压器的输入电压，由＝求解降压变压器原、副线圈匝数比． 解析　(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比为＝＝＝. (2)由P损＝IR，输送电流取决于输出电压及输送功率，有I2＝， 所以R＝＝＝ Ω＝20 Ω. (3)设降压变压器原线圈上电压为U3，则有 U3＝U2－I2R＝(2 000－5×20) V＝1 900 V， 所以降压变压器原、副线圈匝数比 ＝＝＝. 答案　(1)　(2)20 Ω　(3) 【变式2】 (多选)风力发电将风的动能转化为电能，某风力发电机的输出功率为10 kW，输出电压为250 V，用户得到的电压是220 V，输电线的电阻为20 Ω，输电线路的示意图如图所示．若输电线因发热而损失的功率为输送功率的5%，变压器均视为理想变压器，则下列说法正确的是(　　) A．用户得到的功率为9.5 kW B．通过输电线的电流为4 A C．升压变压器原、副线圈的匝数 之比为1∶8 D．降压变压器原、副线圈的匝数之比为100∶11 答案　AC 解析　用户得到的功率即降压变压器的输出功率P用＝P－P损＝P×(1－5%)＝9.5 kW，选项A正确；输电线损失的功率P损＝P×5%＝0.5 kW，通过输电线的电流I2＝＝5 A，选项B错误；升压变压器的输出电压U2＝＝2 000 V，可得升压变压器原、副线圈的匝数之比＝＝，选项C正确；输电线上的电压损失U线＝I2R线＝100 V，降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－U3＝1 900 V，可得降压变压器原、副线圈的匝数之比＝＝，选项D错误． 1．(对功率损失的理解)(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则(　　) A．用户端的电压为 B．输电线上的电压降为U C．输电线路上损失的电功率为Ir D．输电线路上损失的电功率为I1U 答案　AC 解析　由理想变压器输入、输出功率相等可知P1＝P2，即U1I1＝U2I2，U2＝，选项A正确；输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；输电线路上损失的电功率为P线＝Ir＝I1U线＝I1U－I1U1，选项C正确，D错误． 2．(对功率损失的理解)用电压U和kU分别输送相同的电功率，且在输电线上损失的功率相同，导线长度和材料也相同，此两种情况下导线的横截面积之比为(　　) A．k∶1 B．1∶k C．k2∶1 D．1∶k2 答案　C 解析　由R＝ρ，P＝UI，ΔP＝I2R，得ΔP＝，可见在其他物理量一定时，S与U2成反比，选项C正确． 3．(远距离输电问题)(多选)如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则(　　) A．用户用电器上交流电的频率是50 Hz B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V C．输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定 D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小 答案　AD 解析　由题图乙可知交流电的周期为0.02 s，频率为50 Hz，选项A正确；发电机输出电压的有效值是 V，选项B错误；输电线上的电流由用户消耗的功率及降压变压器原、副线圈的匝数比共同决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，设降压变压器副线圈两端的电压为U4，则U4没变，由P＝知，用户消耗功率变小，降压变压器输入功率变小，设降压变压器原线圈电压为U3，又P入＝I线U3，U3没变，I线变小，P线＝IR线，R线未变，则输电线上损失的功率减小，选项D正确． 4．(远距离输电问题)发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，每条输电线的电阻为0.2 Ω，问： (1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？ (2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，通过同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？ 解析　(1)输电线上的电流IR＝＝ A＝200 A， 损失的电压UR＝IRR＝2×0.2×200 V＝80 V， 损失的功率PR＝URIR＝80×200 W＝16 kW， 故用户得到的电压U用户＝U－UR＝140 V， 用户得到的功率P用户＝P－PR＝28 kW. (2)已知升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶10， 输入电压U1＝220 V， 因此，升压变压器的输出电压 U2＝U1＝2 200 V， 输电线上的电流I′R＝＝ A＝20 A， 损失的电压U′R＝I′RR＝2×0.2×20 V＝8 V， 损失的功率P′R＝U′RI′R＝8×20 W＝160 W， 因此，降压变压器的输入电压 U3＝U2－U′R＝2 192 V， 已知降压变压器的匝数比n3∶n4＝10∶1， 所以用户得到的电压U4＝U3＝219.2 V， 用户得到的功率P′用户＝P－P′R＝43.84 kW. 答案　(1)140 V　28 kW　(2)219.2 V　43.84 kW $$