3.4 电能的输送 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流 高中物理《课标》要求 第二章 交变电流 高中物理《课标》要求 3.1 通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。 3.2 通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。 3.3 了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。 第4节 电能的输送 《学习目标》 (1)了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径，会用相关知识解释实际的输电问题。 (2)经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模型的思维方法。 (3)理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的重要发展。 02 03 01 主题(二) 输电的损耗 主题(一) 输电的基本要求 目录 CONTENTS 主题(三) 远距离输电 04 第4节 电能的输送 主题(四) 电网供电 水电站 地热发电站 核电站 新课引入：这些发电站要建在什么地方才合理？ 风力电站 新课引入：用电量大的地方和发电厂都离得很近吗？ 电站站址 用户(负载) 远距离 能源丰富有利开发 能源缺乏用电量大 怎样才能更好的把发电站发的电输送到用电区 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第一部分 输电的基本要求 一、输电的基本要求 1.可靠: 保证供电线路可靠工作,少有故障 2.保质: 保证电能的质量,即电压和频率稳定 3.经济: 输电线路建造和运行的费用低,电能损耗小 如何才能做到电能损耗小呢？ 第二部分 输电的损耗 1.电压损失: U损= I·R线 二、输电的损耗 输电线 输电线 电 源 用 户 U0=220V R线 I U用=220V? 0.01V 0.01V ................. 0.01V 0.01V 0.01V 0.01V ................. 0.01V 0.01V U损 <220V 思考：电源输出的电能全部给了用户吗？ 2.功率损失: P损= I2·R线 3.减小损耗: ①减小R线 ②减小I: = 高压输电 1.电压损失: U损= I·R线 二、输电的损耗 电 源 用 户 U0 R线 I U用 U损 2.功率损失: P损= I2·R线 3.减小损耗: ①减小R线 ②减小I: = 高压输电 n2 n1 U2 U1 I1 2 思考：由欧姆定律 I= 可知：升高电压U，电流I增加啊？怎么会降低电流呢？ 思考：由欧姆定律 I= 可知：升高电压U，电流I增加啊？怎么会降低电流呢？ 二、输电的损耗 电 源 用 户 U0 R线 I U用 U损 n2 n1 U2 U1 I1 2 欧姆定律成立的前提条件是：电阻R一定。 而我们讨论的前提是输送一定功率(P送=U1I1=U2I2)的电能情况下，如何减小损失的电能 在R不变的情况下,U2越高，I2越大 , P送=U2I2也越大. 【典例1】输送10kw的电功率， 采用400V的电压输电，输电线 的总电阻为10Ω，求： (1)输电线中的电流?输电线中损失的电压?用户得到的电压? (2)输电线损失的功率?用户得到的功率?(3)如果采用4000V电压输电，输电线损失的功率?用户得到的功率? (3) 典例分析 电 源 用 户 P送=U1I1 解:(1) 得:I1=25A U损=I1·R线 =250V (2) P损=I12·R线 U1 U用=U1-U损 =250V =6250W P用=P送-P损 =3750W U2 P送=U2I2 得:I2=2.5A P损/=I22·R线 =62.5W P用/=P送-P损 =9937.5W 第三部分 远距离输电 三、远距离输电 1.电压关系: U2:输送电压 U4:用户电压 +U3 U损 U2= U3 U4 = n2 n1 U2 U1 = n4 n3 U损= I线R 注意：U损与输送电压U2成反比 U损 I线 I线 三、远距离输电 2.功率关系: U1I1=U2I2 U3I3=U4I4 U2I2=P损+U3I3 P损=I22R线 × 注意：P损与输送电压U2的平方成反比 P损= U2:输送电压 U4:用户电压 U损 I线 I线 【典例2】(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV 的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响,则 (　　) A.ΔP'=ΔP　　B.ΔP'=ΔP C.ΔU'=ΔU D.ΔU'=ΔU AD 典例分析 三、远距离输电 3.电流关系: U2:输送电压 U4:用户电压 U损 =I线 I3 I2= I4 I3 = n1 n2 I1 I2 = n3 n4 思考：用户多开灯， 各物理量如何变化？ I线 I线 2.功率关系: 1.电压关系: :输送电流 各电流I1___、 I2___、 I3___、 I4__。 各功率P送___、P损___、P用________。 各电压U1___、U2___、U损___、U3___、U4___。 先增后减 用户决定 ①电流 ②功率 U3 U4由用户和发电厂共同决定 U1 U2 思考：用户多开灯， 各物理量如何变化？ 当()2R用=R时,P用最大，Pm= 发电厂决定 【典例3】下列说法错误的是（ ） A.输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成正比。 B.由P＝可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小。 C.由P＝I2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失。 D.高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的。 B 典例分析 【典例4】(多选)某小型发电机输出的交流电压为500 V，变压器均为理想变压器。n1∶n2=1:100，n3∶n4=100∶1，远距离输电线的总电阻为100Ω。 随着用电高峰的来临，下列说法 中正确的是( 　　) A.随着用电高峰的来临，P损变大，但是占P送的比值在变小。 B.随着用电高峰的来临，P损变大，但是占P送的比值在变大。 C.随着用电高峰的来临，P用一直变大。 D.随着用电高峰的来临，P用先变大后 变小，且最大值为6.25×106W BD 典例分析 远距离输电示意图 现在世界各国都不采用一个电厂与一批用户的“一对一”的供电方式，而是通过网状的输电线、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。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第四部分 电网供电 四、电网供电 发电站 升压变压器 降压变压器 用户 发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用户 高压线输电 四、电网供电 发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用户 1.基本结构： 2.优点： ①降低一次能源的运输成本； ②调剂不同地区电力的供需平衡； ③电力的供应更加可靠，质量更高； 国家电网和南方电网。 3.我国电网： 我国常用的远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线采用500 kV的超高压，西北电网达到750kV。 思考与讨论：是不是输电电压越高越好? 电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。 输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输电线路电压较高、导线截面积较大时，电抗造成电压损失比电阻造成的还要大。 【典例5】下列说法正确的是（ ） A.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。 B.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。 C.电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率比电厂发出的交流电的频率小得越多。 D.远距离输电时，输送电压越高越好。 A 典例分析 【典例6】(多选)如图所示，某小型发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器).对整个送电过程，下列说法正确的是( 　　) A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1∶100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为100∶1 AC 典例分析 《思维导图·电势能和电势》 课堂小结 电能的输送 电能的损耗 基本要求 远距离输电 电网供电 1.可靠: 2.保质: 3.经济: r 输电线 输电线 电 源 用 户 U送 1.电压损失: U损 2.功率损失: P损 3.减小损耗的方法: ①减小R线 ②减小I: = 高压输电 1.电压关系: 2.功率关系: 3.电流关系: 【练习1】远距离输电,输电功率一定。当输电电压为U0时 , 输电线上的电流为I0 , 损失的电功率为P0 。当输电电压提高为2U0时 , 则 (　　) A.由I=得,输电线上的电流变为2I0 B.由I=得,输电线上的电流变为 C.由P=得,输电线上损失的电功率为4P0 D.由P=IU得,输电线上损失的电功率为2P0 A 课堂练习 【练习2】某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户 , 其输出电功率是3×106 kW , 现用500 kV电压输电 , 则下列说法正确的是 (　　) A.输电线上输送的电流大小为2×105 A B.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kV C.输电线上损失的功率为ΔP=,U为输电电压,r为输电线的电阻 D.输电线上损失的功率为9×107 kW B 课堂练习 【练习3】有一台内阻为1 Ω的发电机,为一个学校提供照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班,每班有“220 V　40 W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:(1)发电机的输出功率为多大? (2)发电机的电动势为多大?(3)输电线损耗的电功率为多大? 课堂练习 解:(1) P4= U3=4U4 A=6 A P1=P2=U2I2 P1=(U3+R) 22×6×40 W =5 280 W =4×220 V=880 V U2=U3+I2R I2=I3= =5 424 W。 (2)U2=U3+I2R=880 V+6×4 V=904 V 【练习3】有一台内阻为1 Ω的发电机,为一个学校提供照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班,每班有“220 V　40 W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:(1)发电机的输出功率为多大?(2)发电机的电动势为多大?(3)输电线损耗的电功率为多大? 课堂练习 U1=U2/4=226 V I1==4I2=24 A, U1I1=U2I2 E=U1+I1r (2)U2=U3+I2R=(880+6×4)V=904 V =226 V+24×1 V =250 V (3) P损=R=62×4 W=144 W。 【练习3】有一台内阻为1 Ω的发电机,为一个学校提供照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班,每班有“220 V　40 W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:(3)输电线损耗的电功率为多大?(4)输电效率是多少?(5)若使电灯数减半并正常发光,发电机的输出功率是否减半? 课堂练习 (4) η=×100%=×100%≈97.3%。 (5)n'P灯=2 640 W I2'== A=3 A P出'=n'P灯+I2'2R=2 640 W+32×4 W=2 676 W < 这是因为输电线上的电流减少了一半,输电线上电功率的损失减少为原来的。 【练习4】(多选)某小型水电站交流发电机的输出电压为400 V,先经升压变压器将电压升高,经总阻值为R=2 Ω的输电线向远端用户输电,用户端用降压变压器将电压降到220 V供用户使用。若用户的用电功率为19.8 kW,输电线R上损耗的功率为0.2 kW,已知变压器均为理想变压器,其他电阻不计。下列说法正确的是 (　　) A.通过输电线R的电流I2=10 A B.降压变压器的输入电压U3=2 000 V C.升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶5 D.降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4=10∶1 课堂练习 AC 【练习5】某光伏电站的功率是200 kW,电压为12 V直流,送往外地时,先通过逆变器转化为200 V的交流电(能量转化效率为80%),然后经变压器Ⅰ升压,通过总电阻为r=50 Ω的输电线路送往用户,再经变压器Ⅱ降为220 V电压供用户使用,如图所示。已知输电线上损失的功率为3 200 W,求:(1)变压器Ⅱ的原、副线圈匝数之比; 课堂练习 (1)P2=P1=80%P0=160 kW P2=U2I2 得U2=2×104 V U损=I2r=400 V U3=U2-U损=1.96×104 V P损=r 得I2=8 A 【练习5】某光伏电站的功率是200 kW,电压为12 V直流,送往外地时,先通过逆变器转化为200 V的交流电(能量转化效率为80%),然后经变压器Ⅰ升压,通过总电阻为r=50 Ω的输电线路送往用户,再经变压器Ⅱ降为220 V电压供用户使用,如图所示。已知输电线上损失的功率为3 200 W,求:(1)变压器Ⅱ的原、副线圈匝数之比;(2)变压器Ⅱ副线圈中的电流大小。 课堂练习 (2)P4=P1-P损=156.8 kW P4=U4I4 得I4≈712.7 A 【练习6】我国1100kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是（　　） A．送电端先升压再整流 B．用户端先降压再变交流 C．1100kV是指交流电的最大值 D．输电功率由送电端电压决定 A 课堂练习 【练习7】（多选）如图所示为远距离输电的原理图，两个变压器均为理想变压器，输电线的总电阻为，其它导线电阻可忽略不计。已知发电厂的输出功率为100kW，，，输电线上损失的功率为5kW。下列说法正确的是（　 ） A．输电线上的电流为25A B． C．升压变压器原副线圈匝数比为 D．降压变压器原副线圈匝数比为 AD 课堂练习 【练习8】风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图所示的风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是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送功率的4%，则下列 说法正确的是（ ） A.风力发的电能直接并入电网输电 B.在输电线路中设置的升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶20 C.在输电线路中设置的降压变压器原、副线圈的匝数比为240∶11 D.用户得到的电功率为96 kW BCD 课堂练习 谢 谢 观 看 $$