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

为了合理利用能源,发电站要建在靠近这些能源地方 三峡水电站 大亚湾核电站 中国大唐托克托电站 新疆风力发电站 我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区,而用电量大的城市多在东部沿海地区。从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，如何减少电能的损耗？ 3.4 电能的输送 人教版高中物理选择性必修二 第三章 交变电流 输送电能的基本要求 1 可靠 保证供电线路可靠地工作，故障少 3 经济 输电线路建造和运行费用低，电能损耗少 2 保质 保证电能的质量——电压和频率稳定 各种用电设备都是按照一定的工作电压设计的，电压过低或过高，用电器都不能正常工作，甚至会造成损坏。使用交流的用电器还要求频率稳定。 一、降低输电损耗的两个途径 发电厂 用户 P损＝I2r 输电线上的功率损失： 什么可能导致电能的损耗？ （1）减小输电线的电阻 （2）减小输电导线中的电流 （1）减小输电线的电阻 根据电阻定律，  ：选用电阻率小的金属材料 L：输电距离一定 S：适当增大导线的横截面积 一、降低输电损耗的两个途径 【例题1】把功率为200 kW的电能用铝线送到10 km外的地方，如果用220V的电压输电，并且使功率损失为输送功率的10%，铝线的横截面积应为多大？（已知：铝的电阻率2.9×10-8 Ω m） 输送功率200 kW指的是什么功率？ 输送功率 P=P损+P用 输电电压 U=U线+U用 输电电压220 V是谁两端的电压？ 导线横截面积的增加是有一定限度的。过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗会给铺设工作带来困难，不满足“经济”的要求。 思考： 1.在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一?在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半线路上损失的功率减为原来的几分之一? 2.通过第2步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电 线路的损耗更为有效? 3.怎样计算用户消耗的功率P? 4.在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？ 因为：P损=I2r 1.电阻减半： 2.减少电流对降低损耗更有效 电流减半： 3.P=P损+P用 P用=P-P损 P用=UI-I2r 4.要想在用户得到的功率不变的前提下降低电流I，那就要提高输送电压U。 （2）减小输电导线中的电流——提高输送电压U（高压输电） P用=UI-I2r P损=I2r P=UI ，P损变为1/n2 。 U提高n倍 ，I降低为1/n ，p不变 依照不同情况（距离远近、输送功率大小等）选择合适的输电电压。 目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已经采用500 kV 和750 kV 的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV 的特高压。 解析： 【例题2】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、乙两地原来用500 kV的超高压输电，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，不考虑其他因素的影响．则(　　) A．输电电流变为原来的2倍 B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C．输电线上降落的电压将变为原来的1/2 D．输电线上损耗的电功率将变为原来的1/2 C 1.电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 二、电网供电 1.电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 10千伏 几百千伏 100千伏左右 10千伏左右 220伏 发电机和变压器∶ 决定电压 用户∶决定功率和电流 缺陷：产能浪费 2.一对一供电 3.电网供电 优点：合理调度电力，减少断电风险 我国的电网：国家电网和南方电网。 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 4.输电线路中的参量关系 U1 U2 U3 U4 I1 I3 I4 I2 n1 n2 n3 n4 P1 P2 P3 P4 U2=U损+U3 传输过程 电压关系 升压变压器 降压变压器 电流关系 I2=Ir=I3 功率关系 P1=P2 P3=P4 P2=P损+P3 减小输电线的电阻 减小输电导线中的电流：提高输电电压（有效途径） 降低输电损耗两个途径 电能输送的基本模型 “多对多”的模式 输电技术的发展：直流高压输电 电网供电 高压输电 发电厂 交流变直流 直流变交流 用户 1、在如图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U1和输电线上的电阻R均保持不变。随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（　　） A.升压变压器的输出电压U2增大 B.降压变压器的输出电压U4增大 C.输电线上损耗的功率减小 D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 D 2、从发电站输出的功率为200kW，输电线的总电阻为0.05Ω，用110V和11kV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。 解析： 输电电压为U1=110V时，输电电流I1,有 电压损失 输电电压为U2=11kV时，输电电流I2,有 电压损失 损失功率P=200kW 3、某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V。通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制位5kW（即用户得到的功率为95kW）。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是多少？输电线上的电流是多少？ 解析： （2）输电线上损失的电压是多少？升压变压器输出的电压是多少？ 解析： （3）两个变压器的匝数比等于多少？ 解析： AD BD D 谢谢！ 根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变，可知，输电电流I输＝eq \f(P输,U输)∝eq \f(1,U输)，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的eq \f(1,2)，选项A错误；输电线上降落的电压U降＝I输R线∝I输，所以，当输电电流变为原来的eq \f(1,2)时，输电线上降落的电压也变为原来的eq \f(1,2)，选项B错误，C正确；输电线上损耗的电功率P损＝Ieq \o\al(2,输)R线∝Ieq \o\al(2,输)，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的eq \f(1,4)，选项D错误． 4.　(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线的总电阻R＝10 Ω，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，副线圈与用电器R0组成闭合电路。若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压u＝220eq \r(2)sin100πt(V)。当用电器电阻R0＝11 Ω时，下列说法正确的是 (　　) A．通过用电器R0的电流有效值是20 A B．当用电器R0的阻值减小时，输电线损耗的功率也随着减小 C．发电机中的电流变化频率为100 Hz D．升压变压器的输入功率为4 650 W 5.(多选)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ρ，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，则下列关系式中正确的是(　　) A．P′＝eq \f(U2S,ρl) B．P′＝eq \f(P2ρl,U2S) C．P用＝P－eq \f(U2S,ρl) D．P用＝P(1－eq \f(Pρl,U2S)) 6.通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和eq \f(P2,P1)分别为 (　　) A.eq \f(PR,kU)，eq \f(1,n) B．(eq \f(P,kU))2R，eq \f(1,n) C.eq \f(PR,kU)，eq \f(1,n2) D．(eq \f(P,kU))2R，eq \f(1,n2) $$