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2019-2020年高中物理
5.5电能的输送学案新人教版选修3-2I【学习目标】1.知道什么是输电导线上的功率损失和如何减少功率损失.2.知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失.3.理解为什么远距离输电要用高压.【学习重点和难点】重点理解减少电能损失的两条途径难点远距离输电回路的分析【自主学习】
一、降低输电损耗的两个途径1.输送电能的基本要求1可靠保证供电线路可靠地工作,少有故障.2保质保证电能的质量——和稳定.3经济输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少.2.降低输电损耗的两个途径1输电线上的功率损失ΔP=,I为输电电流,r为输电线的电阻.2降低输电损耗的两个途径
①减小输电线的在输电距离一定的情况下,为了减小,应当选用的金属材料,还要尽可能增加导线的.
②减小输电导线中的为减小输电,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电.
二、电网供电1.远距离输电基本原理远距离输电的基本电路,如图所示.在发电站内用变压器,然后进行远距离输电,在用电区域通过变压器降压降到所需的电压.2.电网通过输电线、变电站,将许多电厂和广大用户连接起来,形成的全国性或地区性的输电网络.3.电网送电的优点1降低一次能源的运输成本,获得最大经济效益.2减少的风险,调济不同地区电力供需的平衡,保障供电的.3合理调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高.【精讲点拨】
一、输电电压与损失电压、输送功率与损失功率概念分析远距离输电原理示意图及输电过程如上图所示1.输电送电压是指加在高压输电线始端的电压,即升压变压器的输出电压U
2.2.损失电压是指降落在输电线路上的电压,即ΔU=U线=I线R线.输电导线有电阻,电流通过输电导线时,会在线路上产生电势降落,致使输电线路末端的电压U3比起始端电压要低,这就是输电线路上的电压损失ΔU=U2-U
3.对于交流输电线路来说,造成电压损失的原因既有电阻又有感抗和容抗.其中电阻造成的电压损失ΔU=U线=I线R线.高中阶段在计算中只考虑输电线路电阻所造成的电压损失.例、随着社会经济的发展,人们对能源的需求也日益扩大,节能变得越来越重要.某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电,若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U
2.在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是 A.输电线上损耗的功率为B.输电线上损耗的功率为C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D.采用更高的电压输电会降低输电的效率
二、如何分析远距离输电回路1.解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,如图所示,并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.2.电路被划分为几个独立的回路,在每个回路中,变压器的原线圈是回路的用电器,而相应的副线圈是下一个回路的电源,每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律,串、并联电路规律,而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁.1第一个回路I1=I机,U1=U机,P1=P机,P1=U1I12第二个回路
①电流关系I2=I线=I3
②电压关系U2=ΔU+U3
③功率关系P2=ΔP+P3P3=U3I3,P2=U2I23第三个回路I4=I用,U4=U用,P4=P用,P4=U4I44第一个回路与第二个回路之间= P1=P2 =5第二个回路与第三个回路之间= P3=P4 =例、如图所示,学校有一台应急备用发电机,内阻为r=1Ω,升压变压器匝数比为n1∶n2=1∶4,降压变压器的匝数比为n3∶n4=4∶1,输电线总电阻为R线=4Ω,全校有22间教室,每间教室安装“220V40W”的电灯6盏,要求所有的电灯都正常发光,求1输电线上损耗的电功率P损多大?2发电机的电动势E多大?【典例剖析】例
1、某小型实验水电站输出功率是20kW,输电线路总电阻是6Ω.1若采用380V输电,求输电线路损耗的功率和用户得到的电压.2若改用5000V高压输电,用户端利用n1∶n2=22∶1的变压器降压,求用户得到的电压.【跟踪发散】xx·福建理综中国已投产运行的1000kV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500kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1000kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗的电功率将变为 A. B.C.2PD.4P例
2、一座小型水电站,水以3m/s的速度流入水轮机,而以1m/s的速度流出,流出水位比流入水位低
1.6m,水的流量为1m3/s,如果水流损失的机械能有75%供给发电机.求g取10m/s21若发电机效率为80%,则发电机的输出功率为多大;2若发电机的输出电压为240V,输电线的总电阻Ω,允许损失的电功率为输出功率的5%,用户所需电压为220V,则在送电过程中所用的升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少.【跟踪发散】某发电站的输出功率为104kW,输出电压为4kV,通过理想变压器升压后向80km远处用户供电.已知输电线的电阻率ρ=
2.4×10-8Ω·m,导线横截面积为
1.5×10-4m2,输电线路损失的功率为输出功率的4%,求1升压变压器的输出电压;2输电线路上的电压损失.【达标检测】1.下列关于电能输送的说法正确的是 A.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济B.减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电C.减小输电导线上电压损失的唯一方法是增大输电线的横截面积D.实际输电时,要综合考虑各种因素,如输电功率大小、距离远近、技术和经济条件等2.远距离输送一定功率的交流电,若输电线电阻一定,下列说法正确的是 A.输电线上的电压损失跟输电电压成正比B.输电线上的功率损失跟输电电压成正比C.输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比D.输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比3.某发电站采用高压输电向外输送电能.若输送的总功率为P0,输电电压为U,输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是 A.输电线上的电流I=B.输电线上的电流I=C.输电线上损失的功率P=2RD.输电线上损失的功率P=4.在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,输电导线电阻率为ρ,截面面积为S,导线的总长度为L.输电线上损耗的电功率为P′,用户得到的电功率为P用,则P′和P用的关系式正确的是 A.P′= B.P′=C.P用=P-D.P用=P5.xx·浙江理综某水电站,用总电阻为
2.5Ω的输电线输电给500km外的用户,其输出电功率是3×106kW.现用500kV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
2.0×105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108kWD.输电线上损失的功率为ΔP=U2/r,U为输电电压,r为输电线的电阻6.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为R,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压u=220sin100πtV,降压变压器的副线圈与阻值R0=11Ω的电阻组成闭合电路.若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是 A.通过R0电流的有效值是20AB.降压变压器T2原、副线圈的电压比为4∶1C.升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D.升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率7.如下图为远距离输电线路的示意图若发电机的输出电压不变,则下列叙述中正确的是 A.升压变压器原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C.当用户用电器的总电阻减少时,输电线上损失的功率增大D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压8.某山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压,它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压,然后通过高压输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器,经降低变压器降压后再输送至村寨中各用户.设变压器都是理想的,那么随着村寨中接入电路的用电器消耗的总功率的增加,则 A.通过升压变压器初级线圈中的电流变大B.升压变压器次级线圈两端的电压变小C.高压输电线路上的电压损失变大D.降压变压器次级线圈两端的电压变小9.xx·江苏单科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,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变.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增大B.降压变压器的输出电压增大C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
10.如右图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形.原、副线圈匝数比n1∶n2=10∶1,串联在原线圈电路中电流表的示数为1A,下列说法正确的是 A.变压器输出端所接电压表的示数为20VB.变压器的输出功率为200WC.变压器输出端的交流电的频率为50HzD.穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为Wb/s11.xx·全国Ⅱ图中为一理想变压器,其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连P为滑动头.现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始,沿副线圈匀速上滑,直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止.用I1表示流过原线圈的电流,I2表示流过灯泡的电流,U2表示灯泡两端的电压,N2表示灯泡消耗的电功率这里的电流、电压均指有效值;电功率指平均值.下列4个图中,能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 12.某变电站用220V的电压送电,导线损失的功率为输送功率的20%,若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%,则输送电压应为多少?
13、发电机的输出端电压为220V,输出功率为44kW,输电线总电阻为
0.2Ω,如果用初、次级线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线后,再用初、次级线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压后给用户供电.1求用户得到的电压和功率;2若不用升压和降压而直接向用户供电,求用户得到的电压和功率.。