第3章 第4节 电能的远距离输送-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用课件(鲁科版)

第4节　电能的远距离输送 1 1．知道采用高压输电的原因。　2.知道远距离输电线上的损失与哪些因素有关。　3.了解远距离输电线路的基本构成及相关计算问题。　4.了解高压交流输电与直流输电的优缺点。 返回导航 课前　知识梳理 1 课堂　深度探究 2 内容 索引 随堂　巩固落实 3 课前　知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、采用高压输电的原因 1．原因：电流流过输电导线时，电流的____________会引起电功率的损失。损失的电功率P＝I2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与输电线的电阻R成正比，与电流I的二次方成正比。 热效应 返回导航 课前　知识梳理 电阻率小 横截面积 提高 高压输电 返回导航 课前　知识梳理 二、高压交流输电与直流输电 1．远距离输电基本原理：在发电站内用________变压器______，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。 2．交流输电：在交流输电时，除输电线上的电阻外，电感、电容产生的________和________也会造成交流输电线路上的电能和______损失。 3．直流输电：交变电流升压后输送到____________，把高压交变电流变换成高压________电流，经由高压直流线路输送到用电地区后，将高压直流变换成高压__________电流，再经降压变压器降压。 升压 升压 感抗 　容抗 　电压 整流器 直流 交变 返回导航 课前　知识梳理 4．高压直流输电的优越性：直流输电适于地下和水下电缆输电，不会受到电感和电容的影响；在输送相同电功率的电能时，直流输电所用线材少；同时，占地面积小，不需要考虑同步运行问题。 三、电能的利用与社会发展 电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者；在促进社会发展的同时，也带来了生态、环境问题，故我们需要合理利用电能。 返回导航 课前　知识梳理 √ × × × √ √ 返回导航 课前　知识梳理 课堂　深度探究 PART 02 第二部分 10 知识点一　降低输电损耗的两个途径   如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输 电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线 电阻集中画为r)。那么： (1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？ [提示]　不相等，由能量守恒定律知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和。 返回导航 课堂　深度探究 (2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？ 返回导航 课堂　深度探究 2．输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线。 返回导航 课堂　深度探究 4．注意：交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响。 返回导航 课堂　深度探究 角度1　对输电损耗的理解 　　　远距离输电时，在输送电功率不变的条件下，下列说法正确的是(　　) A．只有减小输电导线的横截面积，增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率 B．提高输电电压，能减小电流，减小电路的发热损耗 C．提高输电电压势必增大输电导线上能量损耗 D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流 √ 返回导航 课堂　深度探究 [解析]　在输出功率一定时，由P＝UI知，当U增大时，I减小，输电导线损耗的功率P损＝I2R将变小，故B正确，C、D错误； 减小输电导线的横截面积，增大导线的电阻，输电线中损耗的功率P损＝I2R将变大，输电效率降低，故A错误。 返回导航 课堂　深度探究 角度2　输电损耗的计算 　　　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，则两次输电导线的横截面积之比为(　　) A．1∶2 500 B．2 500∶1 C．1∶250 D．250∶1 √ 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 √ 返回导航 课堂　深度探究 由ΔU＝Ir得输电线路上的电压损失ΔU＝Ir＝6×103×2.5 V＝15×103 V，故B正确； 返回导航 课堂　深度探究 知识点二　对远距离输电电路的分析   某发电站向远处送电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路。 返回导航 课堂　深度探究 (1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻，n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。 (2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？ 返回导航 课堂　深度探究 1．输送过程图 返回导航 课堂　深度探究 2．对高压输电中几个电压的理解 (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(U线＝U2－U3＝I2R线)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 √ 类型1　输电线路的动态分析 　　　(2024·江苏徐州统考期中)如图所示为远距离输电过程示意图，下列说法正确的是(　　) A．绕制升压变压器副线圈的导线比原线圈的粗 B．升压变压器副线圈的输出电压小于降压变压器原线圈的输入电压 C．用户一定的情况下，增大输送电压，可以减少输送电能的功率损耗 D．其他情况不变时，用户增多，输电线上损耗的电功率将减少 返回导航 课堂　深度探究 [解析]　升压变压器原、副线圈的功率相同，根据变压器电流比跟匝数比成反比规律可知，原线圈的电流更大，所以绕制升压变压器原线圈的导线要比副线圈的粗，故A错误； 因为输电线存在损耗电压，所以升压变压器副线圈的输出电压大于降压变压器原线圈的输入电压，故B错误； 其他情况不变时，用户增多，导致高压输电线上的电流变大，输电线上损耗的电功率将增大，故D错误。 返回导航 课堂　深度探究 类型2　输电线路的有关计算 　　　(多选)(2024·东北师大附中期末)某电厂对用户进行供电的原理如图所示。发电机的输出电压U1＝380 V，输电线的总电阻r＝15 Ω，为了减小损耗采用了高压输电。变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶20，用户获得的电压U4＝220 V，如果某次输电时发电厂的输出功率P1＝7.6×105 W，则下列说法正确的有(　　) A．输电线上的电流为100 A B．降压变压器的输入电压U3为6 100 V C．用户获得的功率为1.5×105 W D．降压变压器的匝数比n3∶n4＝380∶11 √ √ 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 　　　(2024·吉大附中期末)如图所示，某个小型水电站发电机的输出功率P1＝200 kW，发电机的电压U1＝250 V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的双线总电阻R＝20 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。要求输电效率(即用户得到的功率与发电机发出的功率之比)达到96%，也就是说在输电线上损失的功率控制在8 kW，用户得到的功率为192 kW。为此需要设计两个变压器的匝数比。请计算： 返回导航 课堂　深度探究 (1)升压变压器输入的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？ [答案]　800 A　20 A　 返回导航 课堂　深度探究 (2)从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端，输电线损失的电压为多少？ [解析]　输电线损失的电压ΔU＝I2R＝20×20 V＝400 V。 [答案]　400 V　 返回导航 课堂　深度探究 (3)两个变压器的匝数比各应等于多少？ 返回导航 课堂　深度探究 随堂　巩固落实 PART 03 第三部分 35 √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：由U线＝I线R线，I送＝I线，U送≠U线＝I送R线，得U送≠I送R线，故A错误； 公式P送＝I送U送针对的是同一研究对象，故B正确，D错误； 返回导航 随堂　巩固落实 √ 返回导航 随堂　巩固落实 3．(远距离输电问题)如图所示交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器和理想降压变压器向远处用户供电，输电线的总电阻为R。升压变压器的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；降压变压器的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。当用户增多时(　　)  A．U2减小，P4增加 B．U2增加，P3减小 C．U3减小，P2增加 D．U4增加，P1减小 √ 返回导航 随堂　巩固落实 当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，降压变压器的输入功率P3增加，升压变压器的输出功率P2增加，由P＝UI可知，降压变压器的输入电流I3增加，则输电线上的损耗电压ΔU＝I3R，增加，降压变压器的输入电压U3＝U2－ΔU，减小，C正确； 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 4．(远距离输电问题)(多选)(2024·陕西师大附中期中)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　) A．发电机输出的电流I1＝40 A B．输电线上的电流I线＝25 A C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D．升压变压器匝数比1∶160 √ √ 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 [解析]　根据公式I＝可得P损＝I2R＝R，即R＝，因为输送的电功率、输电线上的功率损失相同，可得电阻之比＝＝，导线的长度和电阻率相同，根据R＝ρ可得导线的横截面积之比为 2 500∶1。 [答案]　　 $