3.4电能的输送（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

4.电能的输送 第三章 交变电流 人教版选择性必修第二册 导入新课 核能 水能 太阳能和风能 转化为 转化为 转化为 电能 转化为电能的其他能源大多采集于偏僻地带，那么又是如何将电能传输给用户的呢？ 导入新课 秦山核电站 三峡水电站 内蒙古光伏发电站 1.发电的地方： 2.用电的地方： 大多在我国中西部 用电量大的城市大多在东部沿海 北京 上海 青岛 由于发电厂与用户在距离上的遥远，因此当电能在从发电厂传输给用户的过程中我们要考虑什么问题？要注意什么？ 学习目标 物理观念 知道输电过程，了解远距离输电要用高压的原理。 科学思维 理解高压输电过程中电压、电流及功率的关系，能够正确分析相关问题。 科学探究 根据高压输电理论的分析，知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，理解降低这两种损失的途径。 科学态度 与责任 根据分析电网供电的过程，理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，增强社会责任感。 重点难点 重点 1. 高压输电原理。 2. 输电线上的功率损失和减少功率损失的途径。 难点 建构远距离输电模型，分析输电过程中功率、电压等物理量的关系。 1. 降低输电损耗的两个途径 2. 电网供电 3. 课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 第4节 电能的输送 一、降低输电损耗的两个途径 第4节 电能的输送 发电厂 居民区 220V 220V ？ 远距离输送 输送电能的基本要求：可靠、保质、经济. 如何减少电能的损耗？ 保质 经济 可靠 故障少，不停电 电压和频率稳定 建造和运行费用低，电能损耗少。 1. 输送电能的基本要求 一、降低输电损耗的两个途径 一、降低输电损耗的两个途径 输送电压：电厂向外输电时，其两端的电压即为输送电压。 输送功率：电厂对外发出的功率即输送功率。 思考：导致输电过程中电能损耗的原因是什么？ P输＝U输I输 P入＝U入I入 2. 输电损耗的两种形式 1.电压损失： 2.功率损失： 如何减少损耗? 一、降低输电损耗的两个途径 3. 降低输电损耗的两个途径 减少输电线路上的发热损失的功率 减少输电线路上的发热损失的电压 减小导线电阻 减小输电线中的电流 由电阻定律知 ①减小导线电阻 输电线截面 ρ↓ L↓ S↑ 铜、银电阻率小，但昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线. 输电距离一定，不可变. 耗费材料，架设困难. 发电厂 用户 一、降低输电损耗的两个途径 减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的，所以不现实。 提高输电电压U：在输送功率P和输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍， P损 知，输电线上的电功率损耗将降为原来的 。 ②减小输电线中的电流 P输出= 由I= 得， 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 P损 一、降低输电损耗的两个途径 思考与讨论： 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，线路上损失的功率为原来的几分之一？ 电阻减半： 电流减半： 根据以上分析可知，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。 一、降低输电损耗的两个途径 4. 减少电能损失的最有效的办法： 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，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。 我国的输电电压 （1）我国远距离输电采用的电压有 110 kV、220 kV、330 kV，的高压。 （2）输电干线采用 500 kV 和 750 kV 的超高压， （3）西北电网达到1100 kV 的特高压。 高压输电 注意：电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。还有对电线绝缘的要求就越高，不经济。所以要综合考虑各种因素。 一、降低输电损耗的两个途径 例1.（多选）某发电厂原来用11 kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220 kV输电，输送的电功率都是P，若输电线路的电阻为R， 则下列说法中正确的是( ) A．据公式I＝P/U，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20 B．据公式I＝U/R，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍 C．据公式P＝I2R，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400 D．据公式P＝U2/R，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍 AC 二、电网供电 第4节 电能的输送 二、电网供电 1.输电过程 远距离高压输电 二、电网供电 2.电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 电能输送的基本模型 低压输电 高压输电 二、电网供电 功率关系： 电压关系： 电流关系： I2＝I3＝I线 升压变压器 降压变压器 3.各部分的功率、电压和电流关系 1 4 2 2 3 U U U U R I F 用 线 r I1 I3 I4 n1 n2 n3 n4 P1 P2 P3 P4 发电厂 二、电网供电 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 4.一对一供电 二、电网供电 5.电网供电 优点：降低一次能源的运输成本，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 二、电网供电 例2.一小型发电站通过升压，降压变压器把电能输给用户。已知发电机的输出功率是500kW，端电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1:5，两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω，降压变压器的输出电压为220V，不计变压器的损耗。求： （1）升压变压器的副线圈两端电压； （2）输电导线上的功率损失； （3）降压变压器原、副线圈的匝数比； （4）用户得到的功率。 解析：(1)设升压变压器的副线圈两端电压为:=得: U2=2500V (2)输电导线上的电流:I==200A 输电导线上的功率损失:ΔP=I2R=60KW (3)输电线上的电压损耗:ΔU=IR=300V降压变压器原线圈的电压:U3=U2-U=2500-300=2200V 则降压变压器原、副线圈的匝数比:= (4)用户得到的功率：P4=P1-ΔP=440KW 三、课堂总结 第4节 电能的输送 四、课堂总结 可靠、保质、经济 降低输电损耗的两个途径 减小导线电阻 电能的输送 输送电能的基本要求： 减小输电线中的电流 电网供电 电网 降低输电损耗的两个途径 减少电能损失的最经济有效的办法：高压输电 输电电路的构成以及输电过程 远距离输电电路原理 回路间各部分的功率、电压和电流的联系 三个回路中各部分的功率、电压和电流关系 四、练习与应用 第4节 电能的输送 四、练习与应用 1.水电站向小山村输电，输送的总电功率为50kW，若以1100V输电电压输送，则线路损耗10kW。若以3300V输电电压输送，则线路损失可降为（ ）。 A.3.3kW B.1.1kW C.30kW D.11kW B 四、练习与应用 2．如图所示是远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，发电机的输出电压恒定，输电线上损耗的功率为PR，变压器原副线圈的电压以及电流用图中的量表示。则当用户用电处于高峰期时，下列说法正确的是（　　） A．U2变大 B．PR增大 C．U4变大 D．U1变大 B 四、练习与应用 C 四、练习与应用 4. 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5%，而用户得到的电压正好为220 V，求升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是( 　　) A．16∶1　190∶11 B．1∶16　11∶190 C．1∶16　190∶11 D．16∶1　11∶190 C 四、练习与应用 5.图甲为远距离输电示意图，理想升压变压器原、副线圈匝数比为1∶1000，理想降压变压器原、副线圈匝数比为1 000∶1，输电线的总电阻为1 000 Ω，若升压变压器的输入电压如图乙所示，用户端电压为220 V。下列说法正确的是(　　) A．输电线中的电流为3 A B．电站输出的功率为7 500 kW C．输电线路损耗功率为90 kW D．用户端交变电流的频率为100 Hz B $