新教材2023-2024學(xué)年高中物理第3章交變電流4電能的輸送課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第三章4電能的輸送學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān)。(科學(xué)思維)2.理解減小電能損失的兩個(gè)途徑以及高壓輸電的原理。(科學(xué)思維)3.知道遠(yuǎn)距離輸電的典型電路,并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題。(科學(xué)思維)4.通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的學(xué)習(xí),了解并體會(huì)物理學(xué)對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑1.輸送電能的基本要求(1)可靠:保證供電線路

工作,故障少。

(2)保質(zhì):保證電能的質(zhì)量——

和

穩(wěn)定。

(3)經(jīng)濟(jì):輸電線路建造和運(yùn)行的

低、

少。

可靠地

電壓頻率費(fèi)用電能損耗2.降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)輸電線上的功率損失ΔP=

,I為輸電電流,r為輸電線的電阻。

(2)降低輸電損耗的兩個(gè)途徑①減小輸電線的電阻:在輸電距離一定的情況下,為了減小

,應(yīng)當(dāng)選用

的金屬材料,還要盡可能增加導(dǎo)線的

。

②減小輸電導(dǎo)線中的電流:為減小輸電

,同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高輸電

。

通過(guò)提高輸電電壓實(shí)現(xiàn)

電阻I2r電阻率小橫截面積電流電壓二、電網(wǎng)供電1.遠(yuǎn)距離輸電基本原理遠(yuǎn)距離輸電的示意圖

在發(fā)電站內(nèi)用

變壓器

,然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電。到達(dá)數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后,先后經(jīng)“一次高壓變電站”“二次變電站”降到10kV左右,然后,一部分電能送往用電量大的工業(yè)用戶,另一部分經(jīng)低壓變電站的

變壓器降壓后供給其他用戶。

2.通過(guò)網(wǎng)狀的輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來(lái),形成全國(guó)性或地區(qū)性的

,這就是

。

3.優(yōu)點(diǎn)(1)減少發(fā)電設(shè)施的重復(fù)建設(shè),降低一次能源的

。

(2)可保證發(fā)電和供電的安全可靠,方便調(diào)整

,使電力供應(yīng)更加

、

更高。

升壓升壓到幾百千伏降壓輸電網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)運(yùn)輸成本供需平衡可靠質(zhì)量情境鏈接如圖為一高壓輸電線路,隨著電壓的增加,用電危險(xiǎn)性也會(huì)跟著增加,為什么還要采用高壓輸電?提示

輸電功率P=UI,在輸送功率一定的情況下,提高輸電電壓,可以減小輸電電流,從而減少輸電線上的電能損失。教材拓展在遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中,如何完成高壓輸電和低壓用電?提示

利用升壓變壓器提高電壓進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓輸電,到達(dá)用戶端后利用降壓變壓器降低電壓提供低壓用電。易錯(cuò)辨析(1)增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失。(

)(2)高壓輸電是通過(guò)提高電壓、減小輸電電流來(lái)減少輸送電路的發(fā)熱損耗。(

)(3)高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好。(

)√提示

增加導(dǎo)線橫截面積,減小了導(dǎo)線的電阻,發(fā)熱功率減小。

√提示

輸送功率一定的情況下,電壓越高,輸電電流越小,導(dǎo)線上發(fā)熱功率越小?！烫崾?/p>

電壓越高,對(duì)輸電電路和變壓器的要求就越高,技術(shù)難度增大,建造與維護(hù)成本增大。(4)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí),用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。(

)(5)遠(yuǎn)距離輸電時(shí),若升壓變壓器匝數(shù)比為1∶n,降壓變壓器匝數(shù)比為n∶1,則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。(

)√提示

用戶得到的電壓取決于降壓變壓器。

×提示

由于輸電導(dǎo)線有電阻,電路上電壓會(huì)有損耗,升壓變壓器輸入的電壓大于降壓變壓器輸出的電壓。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一輸電線上的電壓損失和功率損失導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,輸送功率為P,發(fā)電廠輸出的電壓為U,兩條導(dǎo)線的總電阻是r,在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r,請(qǐng)思考:(1)輸電線中的電流為多少?在發(fā)電廠輸送功率一定時(shí),輸電線中的電流與輸電線電阻及用電器電阻有關(guān)系嗎?(2)輸電線上功率損失的表達(dá)式是什么?要點(diǎn)提示

(1)發(fā)電廠相當(dāng)于一個(gè)電源,由P=UI可知,輸電線中電流為I=,與輸電線電阻及用電器電阻無(wú)關(guān)。知識(shí)歸納1.電壓損失輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U'的差值。ΔU=U-U'=IR。2.功率損失(1)遠(yuǎn)距離輸電時(shí),輸電線有電阻,電流的熱效應(yīng)引起功率損失,損失的電功率ΔP=I2R。(2)若輸電線上損失的電壓為ΔU,則功率損失還可以表示為3.減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻由R=ρ可知,距離l一定時(shí),使用電阻率小的材料,增大導(dǎo)體橫截面積可減小電阻。(2)減小輸電電流I由P=UI可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),升高電壓可以減小電流。應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

(多選)在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),輸送的電功率為P,輸送電壓為U,所用導(dǎo)線的電阻率為ρ,橫截面積為S,總長(zhǎng)度為L(zhǎng),輸電線損失的電功率為P',用戶得到的電功率為P用,則下列關(guān)系式正確的是(

)BD方法技巧

輸送的功率(電壓)、損失的功率(電壓)、用戶得到的功率(電壓)分別對(duì)應(yīng)于輸電過(guò)程的“始”“中”“末”。只有理解好“輸送”“損失”“得到”的含義,才能避免“張冠李戴”。對(duì)點(diǎn)演練1.(多選)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國(guó)已成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A處采用550kV的超高壓向B處輸電,輸電線上損耗的電功率為ΔP,到達(dá)B處時(shí)電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下,改用1100kV特高壓輸電,輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣',到達(dá)B處時(shí)電壓下降了ΔU'。不考慮其他因素的影響,則(

)AD探究點(diǎn)二高壓輸電線路的分析與計(jì)算導(dǎo)學(xué)探究某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖所示,其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注,在這個(gè)電路中包括三個(gè)回路。(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計(jì))。請(qǐng)思考:(1)用圖中的電壓和電流表示出四個(gè)功率和損耗功率,并寫出它們間的關(guān)系。(2)每個(gè)變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系?要點(diǎn)提示

(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。知識(shí)歸納輸送過(guò)程如圖所示,可以劃分為三個(gè)回路

(1)分析遠(yuǎn)距離輸電線路的有效方法是理清三個(gè)回路,抓住兩個(gè)聯(lián)系,掌握一個(gè)定律,其關(guān)系如下表所示:對(duì)應(yīng)的回路回路Ⅰ回路Ⅱ回路Ⅲ三個(gè)回路中電壓、電流及功率間的關(guān)系I1=I機(jī)U1=U機(jī)P1=P機(jī)I2=I線=I3U2=U損+U3P2=P損+P3I4=I用U4=U用P4=P用兩回路間的聯(lián)系回路Ⅰ、Ⅱ間的聯(lián)系:,I1n1=I2n2,P1=P2回路Ⅱ、Ⅲ間的聯(lián)系:,I3n3=I4n4,P3=P4回路中的能量守恒P機(jī)=P損+P用特別提示

(1)注意區(qū)別:①輸電電壓U與輸電線上降落的電壓ΔU;②輸電功率P與輸電線上損失的功率ΔP。(2)抓住不變量:輸送電功率不變,由P=UI判斷出輸電電流I的變化,從而由ΔU=IR、ΔP=I2R判斷ΔU、ΔP的變化。應(yīng)用體驗(yàn)【例2】

如圖所示,發(fā)電站通過(guò)升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶,升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器,若發(fā)電機(jī)的輸出功率是100kW,輸出電壓是250V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1∶25。(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流。(2)若輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的4%,求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。答案

(1)6250V

16A

(2)15.625Ω

6000V因?yàn)棣=U2-U3=I2R線,所以U3=U2-I2R線=6

000

V。

對(duì)點(diǎn)演練2.(多選)(2023山東濟(jì)寧一中期末)遠(yuǎn)距離輸電示意圖如圖所示,升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2=1∶5,每根輸電線的電阻r=1Ω,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為n3∶n4=10∶1,在T1的原線圈兩端接入一正弦式交變電流,用電設(shè)備兩端的電壓為U4=220V,消耗的電功率為11kW,兩變壓器均為理想變壓器。下列說(shuō)法正確的是(

)A.T1原線圈兩端的電壓為442VB.T1原線圈兩端的電壓為441VC.輸電線上損失的電功率為50WD.輸電線上損失的電功率為25WAC學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.(高壓輸電線路的分析與計(jì)算)如圖所示,某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P=100kW,發(fā)電機(jī)的電壓U1=250V,經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電,輸電線總電阻R線=8Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4=220V。已知輸電線上損失的功率P線=5kW,假設(shè)兩個(gè)變壓器均是理想變壓器,下列說(shuō)法正確的是(

)A.發(fā)電機(jī)輸出的電流I1=40AB.輸電線上的電流I線=625AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=190∶11D.用戶得到的電流I4=455AC1234=4

000

V,輸電線上損失的電壓為U線=I線R線=25×8

V=200

V,故降壓變壓器輸入電壓為3

800

V,降壓變壓器匝數(shù)比為3

800∶220=190∶11,選項(xiàng)C正確;降壓變壓器輸出功率等于輸入功率,即P4=P3=(100-5)

kW=95

kW,則用12342.(輸電線上的電壓損失和功率損失)三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為5×105kW。(1)若輸出的電壓為2×105V,則輸電線上的電流為多少?(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10Ω,則輸電線上損失的功率為多少?它占輸出功率的幾分之幾?(3)若將電壓升高至5×105V,輸電線上的電流為多少?輸電線上損失的功率又為多少?它占輸出功率的幾分之幾?1234(2)輸電線上損失的功率ΔP=I2·2r=2

5002×2×10

W=1.25×108

W123412343.(高壓輸電線路的分析與計(jì)算)某小型水力發(fā)電站的發(fā)電輸出功率為5×104W,發(fā)電機(jī)的輸出電壓為250V,輸電線總電阻R線=5Ω。為了使輸電線上損失的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的4%,必須采用遠(yuǎn)距離高壓輸電的方法,在發(fā)電機(jī)處安裝升壓變壓器,而在用戶處安裝降壓變壓器。設(shè)用戶所需電壓為220V,不計(jì)變壓器的能量損失。求:(1)