4. 电能的输送（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第三章 交变电流 人教版（2019）选择性必修 第二册 4.电能的输送 目录 知识回顾 1 学习目标 2 重点难点 3 输电要求与损耗 4 远距离输电模型 6 降低损耗途径 5 电网供电 7 随堂练习 8 课堂小结 9 2 知识回顾 如何电路的热量和热功率计算？电阻与那些因素有关？变压器的输出输入电压有什么关系？输入功率和输出功率又有什么关系 焦耳定律 电阻定律 理想变压器 ，为电阻率，L为长度，S为横截面积 P1=P2 Rt R 学习目标 物理观念 理解远距离输电中功率损失和电压损失的成因，掌握降低损耗的两大途径，建立“发电—升压—输电—降压—用电”的完整认知，知晓电网供电的优势。 科学思维 推导输电功率损失公式，分析电流、电阻对损耗的影响，归纳高压输电的合理性，构建远距离输电物理模型，提升数理结合与系统思维能力。 科学态度与责任 认识高压输电技术的能源价值与环保意义，树立能源节约与高效利用意识，体会物理知识在工程实践中的应用价值。 科学探究 参与“输电损耗影响因素”探究实验，设计合理输电方案，查阅电网供电资料，培养实验操作、数据分析与创新探究能力。 教学 难点 教学 重点 输电要求与损耗成因 基本要求：可靠、保质、经济。 远距离输电模型 远距离输电关键关系。 电网输电 电网输电的优势。 损耗分析 输电损耗分析。 远距离输电模型 远距离输电关键关系的应用。 电网输电 电网输电的优势。 重点难点 课堂导入 发电厂与远距离用户的分布示意图 提问：发电厂产生的电能如何输送到千里之外的用户？输送过程中会有哪些问题？ 6 01 PART 01 第一部分 输电的基本要求与损耗 探究新知 7 输电的基本要求与损耗成因 可靠 保证供电线路可靠地工作，故障少 经济 输电线路建造和运行费用低，电能损耗少 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。 基本要求 优势：偏于输送 8 损耗原因 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？ 输电线的电阻 02 PART 02 第二部分 降低输电损耗的途径 探究新知 10 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.通过前面的两项计算，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？ 线路损耗分析 11 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。 线路损耗分析 （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 减小损耗途径 13 （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1100 kV 的特高压。 减小损耗途径 P损＝I2r 输电线上的功率损失： （1）减小输电线的电阻 （2）减小电流，提高电压 输电电压也不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，依照不同情况选择合适的输电电压。 减小损耗途径结论 03 PART 03 第三部分 远距离输电模型 探究新知 16 流程： 发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用户 远距离输电流程 升压变压器 降压变压器 升压变压器 降压变压器 低压输电 高压输电 远距离输电基本模型 输电线路中的关键关系 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 升压变压器 降压变压器 例题分析：输电过程 例题1：如图所示，某水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的输出电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，在用户端用降压变压器将电压降为U4＝220 V。已知输电电流I线＝25 A，两条输电线路总电阻R线＝8 Ω，变压器均视为理想变压器，则(　　) A.用户得到电功率为95 kW B.升压变压器的匝数比n1∶n2＝4∶5 C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D.发电机的输出的电流I1＝40 A 20 答案　AC 解析　线路损耗的功率为ΔP＝IR线＝5 kW，两理想变压器不改变功率，故用户得到的电功率为P用户＝P－ΔP＝95 kW，故A正确；升压变压器的副线圈输出电压为U2＝＝4×103 V，升压变压器的匝数比为n1∶n2＝U1∶U2＝1∶16，故B错误；输电线损耗电压ΔU＝I线R线＝200 V，降压变压器的原线圈电压U3＝U2－ΔU＝3800 V，故降压变压器的匝数比为＝ ＝ ，故C正确；发电机输出的电流为I1＝ ＝400 A，故D错误。 例题分析：输电过程 04 PART 04 第四部分 电网供电 探究新知 22 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 一对一供电 电网供电 23 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 电网供电 05 PART 07 第五部分 随堂练习 随堂练习 25 随堂练习 1.(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.输电线上的电压为U C.输电线路上损失的电功率为r D.输电线路上损失的电功率为I1U 随堂练习 答案　AC 解析　由理想变压器输入功率等于输出功率可知P1＝P2，即U1I1＝U2I2，则U2＝ ，A正确；输电线上的电压为U线＝U－U1，B错误；输电线路上损失的电功率为P线＝ r＝I1U线＝I1U－I1U1，C正确，D错误。 随堂练习 2.(多选)远距离高压输电的示意图如图所示，关于远距离输电，下列表述正确的是(　　) A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损耗 B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C.在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损耗越小 D.高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 随堂练习 答案　ABD 解析　输电线损失的功率P损＝I2R线，减小I或R线均可减小输电线损失的功率，增大导线的横截面积可减小R线，故A、B正确；由I＝ 知，当电压一定时，输送功率越大，则电流越大，P损越大，故C错误；输电过程不一定是电压越高越好，故D正确。 随堂练习 3.(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，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶10，输电线路如图所示。变压器视作理想变压器，则下列说法正确的是(　　) A.用户得到的电功率为9 kW B.降压变压器原、副线圈匝数比为11∶1 C.通过输电线的电流为4 A D.输电线上损耗的功率为320 W 随堂练习 答案　BCD 解析　设升压变压器副线圈的电压为U2，由得U2＝ U1＝2500 V，则输电线上电流为I2＝ ＝4 A，则输电线上损失的功率为ΔP＝ R＝320 W＝0.32 kW，故用户得到的电功率为P＝10kW－0.32 kW＝9.68 kW，故A错误，C、D正确；输电线上损失的电压为ΔU＝I2R＝80 V，则降压变压器原线圈两端的电压为U3＝2500 V－80 V＝2420 V，降压变压器原、副线圈匝数比为 ＝ ，故B正确。 课堂小结 要求与损耗 途径与模型 电网输电 要求 降低损耗途径 电网输电优势 损耗原因 输电模型 流程 规律 应用 科学方法 逻辑推理法 分析归纳法 模型应用法 关键规律 降低损耗的方法 输电过程规律 电能的输送 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 $