【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第3章4.電能的傳輸課件

第三章4.電能的傳輸基礎(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)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電網(wǎng)供電的有關(guān)知識(shí)。(物理觀(guān)念)2.探究電壓損失與功率損失的關(guān)系。(科學(xué)探究)3.學(xué)會(huì)通過(guò)控制變量法進(jìn)行分析電能傳輸?shù)挠嘘P(guān)問(wèn)題。(科學(xué)思維)4.體會(huì)高壓輸電知識(shí)在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。(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)一、電能輸送中的電壓損失和電能損耗1.電能輸送的原因能源資源與

分布的不均衡。

2.輸送電路中的電壓損失與功率損耗(1)設(shè)輸電電流為I,輸電線(xiàn)電阻為r,則損失的電壓U損=I·r,損耗的電功率P損=I2r。(2)減小損耗的方法。①減小輸電線(xiàn)的

,即在輸電線(xiàn)長(zhǎng)度L和材料一定的情況下,增大導(dǎo)線(xiàn)橫截面積S。

②減小

,由P=UI知,可以通過(guò)

來(lái)減小I。

電力負(fù)荷電阻輸電電流I

提高電壓二、遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)1.基本環(huán)節(jié)

輸送功率一定發(fā)電廠(chǎng)(站)?升壓變壓器?高壓輸電線(xiàn)路?降壓變壓器?用戶(hù)2.電路原理圖三、直流輸電(1)直流輸電的優(yōu)點(diǎn):不存在

和

引起的電能損失。

(2)直流輸電的基本過(guò)程:電感電容情境鏈接為了減少輸電線(xiàn)上的電功率損失,通常需要提高輸電電壓和減小輸電導(dǎo)線(xiàn)的電阻。但有同學(xué)從下列論證中得出了相反結(jié)論:“設(shè)輸電電壓為U,輸電導(dǎo)線(xiàn)電阻為R,功率損失P=。因此,要降低損失的功率,就應(yīng)降低輸電電壓和增加輸電線(xiàn)的電阻?！闭?qǐng)問(wèn):這位同學(xué)的論證過(guò)程錯(cuò)在哪里?提示

公式P=中電壓是輸電線(xiàn)電阻兩端的電壓,并非是輸電電壓,根據(jù)P送=IU,P損=I2R可知,降低損失功率應(yīng)提高電壓或減小輸電線(xiàn)電阻。教材拓展閱讀教材P78“發(fā)展空間”——《無(wú)線(xiàn)充電》?；卮?無(wú)線(xiàn)充電的原理是利用近場(chǎng)感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,通常無(wú)線(xiàn)充電有哪些形式?提示

電磁感應(yīng)式、磁場(chǎng)共振式、無(wú)線(xiàn)電波式。

易錯(cuò)辨析(1)僅僅從減少能量損耗的角度看,在輸送功率一定的情況下,輸電電壓越高,損耗的能量越少。(

)(2)在輸送功率和輸電電壓一定,使用同種材料的導(dǎo)線(xiàn)時(shí),越粗的導(dǎo)線(xiàn)損失的電壓越小。(

)(3)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(hù)得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。(

)(4)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。(

)(5)在輸送電壓一定時(shí),輸送的電功率越大,輸電過(guò)程中的電能損失越大。(

)√√√×√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一輸電線(xiàn)上的電壓和能量損失導(dǎo)學(xué)探究中國(guó)發(fā)布“雙碳戰(zhàn)略”,計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。電力作為遠(yuǎn)程輸送能量的載體,特高壓遠(yuǎn)距離輸送清潔電能是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑之一。若保持輸送電能總功率、輸電距離不變的情況下,從原來(lái)的150kV高壓輸電升級(jí)為1350kV的特高壓輸電,若輸電線(xiàn)不變,則輸電線(xiàn)中的電流變?yōu)樵瓉?lái)的多少?提示

由公式P=UI可知,在輸電功率不變的情況下,電壓升高為原來(lái)的9倍,則輸送電流變?yōu)樵瓉?lái)的

。知識(shí)歸納1.輸電線(xiàn)上的電壓損失ΔU輸電線(xiàn)上的電壓損失ΔU是輸電線(xiàn)路始端電壓U與輸電線(xiàn)路末端電壓U'的差值,ΔU=U-U'=IR線(xiàn)=R線(xiàn)。2.輸電線(xiàn)上的功率損失ΔP(1)原因:輸電線(xiàn)有電阻R線(xiàn),電流I流過(guò)輸電線(xiàn)時(shí),電流的熱效應(yīng)引起電功率的損失。(2)計(jì)算式:①ΔP=I2R線(xiàn);②ΔP=ΔUI;3.減少電壓損失和功率損失的方法(1)減小輸電線(xiàn)的電阻R線(xiàn):根據(jù)R線(xiàn)=知,可減小電阻率ρ,目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導(dǎo)線(xiàn)材料;也可增大導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積S,但這要多耗費(fèi)金屬材料,增加成本,同時(shí)給輸電線(xiàn)的架設(shè)帶來(lái)很大的困難。(2)減小輸電電流I:根據(jù)

可知,在輸送功率P與輸電線(xiàn)電阻R線(xiàn)一定的條件下,輸電電壓提高到原來(lái)的n倍,輸送電流可減為原來(lái)的,輸電線(xiàn)上的功率損失將降為原來(lái)的

。特別提示

計(jì)算功率損失和電壓損失的三點(diǎn)提醒(1)輸電電壓是指加在高壓輸電線(xiàn)起始端的電壓U,損失電壓是指在輸電線(xiàn)路上損失的電壓ΔU=I輸R線(xiàn)。(2)輸送功率是指高壓輸電線(xiàn)起始端輸出的功率,損失功率是輸電線(xiàn)上損失的功率。應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

(多選)(2023河南高二期末)如圖甲所示,我國(guó)西部山區(qū)建有許多水電站,極大改善了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活。某水電站遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖乙所示,T1為升壓變壓器,其原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為k1,輸電線(xiàn)總電阻為R,T2為降壓變壓器,其原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為k2,升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器,發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒為U,若由于用戶(hù)端用戶(hù)數(shù)量變化,使得輸電線(xiàn)輸送電流增加ΔI,則下列說(shuō)法正確的是(

)甲

乙A.輸電線(xiàn)損失的功率增加(ΔI)2RB.用戶(hù)端電壓減少了ΔI·RC.發(fā)電機(jī)輸送功率增加k1UΔID.用戶(hù)端電壓減少量與用戶(hù)端電流增加量的比值不隨ΔI的變化而變化BD對(duì)點(diǎn)演練1(2023浙江溫州高二期末)如圖所示,高壓輸電線(xiàn)是遠(yuǎn)距離傳輸電能的重要組成部分,下列關(guān)于高壓輸電線(xiàn)的說(shuō)法正確的是(

)A.輸電線(xiàn)應(yīng)選用電阻率大的金屬材料B.高壓輸電線(xiàn)比普通導(dǎo)線(xiàn)粗,目的是增大導(dǎo)線(xiàn)電阻C.輸電線(xiàn)上方還有兩條導(dǎo)線(xiàn),其作用是把高壓線(xiàn)屏蔽起來(lái)免遭雷擊D.在輸送功率一定時(shí),輸電線(xiàn)上損失的功率跟輸送電壓的平方成正比C解析

輸電線(xiàn)應(yīng)選用電阻率小的金屬材料制作,故A錯(cuò)誤;高壓輸電線(xiàn)比普通導(dǎo)線(xiàn)粗,目的是減小導(dǎo)線(xiàn)電阻,故B錯(cuò)誤;輸電線(xiàn)上方還有兩條導(dǎo)線(xiàn),其作用是把高壓線(xiàn)屏蔽起來(lái)免遭雷擊,故C正確;在輸送功率一定時(shí),電流

,輸電線(xiàn)上損失的功率

,輸電線(xiàn)上損失的功率跟輸送電壓的平方成反比,故D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)二高壓輸電線(xiàn)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。

發(fā)電站一端和用戶(hù)一端的變壓器作用各是什么?提示

發(fā)電站一端的變壓器是升壓變壓器,把電壓升高用于遠(yuǎn)距離輸電;用戶(hù)一端的變壓器是降壓變壓器,把電壓降低供用戶(hù)使用。知識(shí)歸納遠(yuǎn)距離輸電過(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(xiàn)路的有效方法是厘清三個(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(xiàn)=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(xiàn)上損失的電壓ΔU;②輸電功率P與輸電線(xiàn)上損耗的功率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】

(2023陜西榆林高二開(kāi)學(xué)考試)某電站的電能輸送示意圖如圖所示,升壓變壓器與降壓變壓器間輸電線(xiàn)總電阻為r,升壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比n1∶n2=m,降壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比n3∶n4=k,變壓器均為理想變壓器。如果發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1,用戶(hù)輸入端電壓為U2,用戶(hù)消耗電功率為P。下列說(shuō)法正確的是(

)A.通過(guò)升壓變壓器原線(xiàn)圈的電流為B.電路的輸電效率為×100%C.輸電線(xiàn)上損失的電壓為U1-U2D.輸電線(xiàn)上消耗的電功率為B對(duì)點(diǎn)演練2(2023河南鄭州高二期末)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,居民用電需求大幅增加,當(dāng)電力供應(yīng)緊張時(shí),有關(guān)部門(mén)就會(huì)對(duì)部分用戶(hù)進(jìn)行拉閘限電。遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示,假設(shè)發(fā)電廠(chǎng)輸出電壓恒定不變,輸電線(xiàn)的電阻為R,兩個(gè)變壓器均為理想變壓器。在某次拉閘限電后(假設(shè)所有用電器可視為純電阻)電網(wǎng)中數(shù)據(jù)發(fā)生變化,下列說(shuō)法正確的是(

)A.升壓變壓器的輸出電流I2增加B.降壓變壓器的輸出電壓U4增加C.輸電線(xiàn)上損失的功率增加D.發(fā)電廠(chǎng)輸出的總功率增加B解析

令用戶(hù)電阻為R,輸電線(xiàn)電阻為r,將降壓變壓器與用戶(hù)作為整體,令整體的等效電阻為R0,拉閘限電時(shí),減少了并聯(lián)用戶(hù)數(shù),則用戶(hù)電阻R增大,即降壓變壓器與用戶(hù)作為整體的等效電阻R0增大,根據(jù)

,由于發(fā)電廠(chǎng)輸出電壓U1恒定不變,則升壓變壓器的輸出電壓U2不變,可知升壓變壓器的輸出電流I2減小了,A錯(cuò)誤;根據(jù)U2=I2r+U3,,結(jié)合上述,升壓變壓器的輸出電流I2減小了,輸出電壓U2不變,則降壓變壓器的輸入電壓U3增大,則降壓變壓器的輸出電壓U4增加,B正確;輸電線(xiàn)上損失的功率

,根據(jù)上述,升壓變壓器的輸出電流I2減小了,則輸電線(xiàn)上損失的功率減小,C錯(cuò)誤;發(fā)電廠(chǎng)輸出的總功率P=U1I1=U2I2,結(jié)合上述,升壓變壓器的輸出電流I2減小了,輸出電壓U2不變,則發(fā)電廠(chǎng)輸出的總功率減小,D錯(cuò)誤。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.(輸電線(xiàn)上的功率損失)遠(yuǎn)距離輸電,輸電功率一定。當(dāng)輸電電壓為U0時(shí),輸電線(xiàn)上的電流為I0,損失的電功率為P0。當(dāng)輸電電壓提高為2U0時(shí),則(

)A.由

得,輸電線(xiàn)上的電流變?yōu)?I0B.由

得,輸電線(xiàn)上的電流變?yōu)镃.由

得,輸電線(xiàn)上損失的電功率為4P0D.由P=IU得,輸電線(xiàn)上損失的電功率為2P0B123412342.(高壓輸電線(xiàn)路的分析與計(jì)算)(多選)(2023遼寧葫蘆島第一高級(jí)中學(xué)高二期末)某水電站遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示。升壓變壓器的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為n∶1,輸電線(xiàn)總電阻為R,升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器,發(fā)電廠(chǎng)輸出的電壓恒為U,若由于用戶(hù)端負(fù)載變化,使發(fā)電廠(chǎng)輸出功率增加了ΔP,下述正確的是(

)A.電壓表V1的示數(shù)不變,電壓表V2的示數(shù)減小B.電流表A1、A2的示數(shù)均增大C.輸電線(xiàn)上損失的電壓增加了D.輸電線(xiàn)上損失的功率增加了ABC1234解析

根據(jù)題意,據(jù)公式P=UI可知,由于發(fā)電廠(chǎng)輸出的電壓恒為U,發(fā)電廠(chǎng)輸出功率增加了ΔP,則發(fā)電廠(chǎng)的輸出電流增加了

,升壓變壓器原線(xiàn)圈中電流變大,由于升壓變壓器和降壓變壓器線(xiàn)圈匝數(shù)比不變,則由電流與匝數(shù)的關(guān)系可知,電流表A1、A2的示數(shù)均增大,B正確;由于發(fā)電廠(chǎng)輸出的電壓恒為U,則電壓表V1的示數(shù)不變,由于輸電線(xiàn)上電流變大,則輸電線(xiàn)上損失的電壓變大,則降壓變壓器原線(xiàn)圈兩端電壓變小,副線(xiàn)圈兩端電壓也變小,則電壓表V2的示數(shù)減小,A正確;由電流與匝數(shù)的關(guān)系

可知,輸電線(xiàn)上電流增加了ΔI1=nΔI=,則輸電線(xiàn)上損失的電壓增加了ΔU=ΔI1R=,C正確;由公式P=I2R可得,輸電線(xiàn)上損失的功率增加了12343.(高壓輸電線(xiàn)路的動(dòng)態(tài)分析)白鶴灘水電站如圖甲所示,是我國(guó)實(shí)施“西電東送”的大國(guó)重器,其發(fā)電量位居全世界第二,僅次于三峽水電站。白鶴灘水電站遠(yuǎn)距離輸電電路示意圖如圖乙所示,如果升壓變壓器與降壓變壓器均為理想變壓器,發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定,R表示輸電線(xiàn)電阻,則當(dāng)用戶(hù)功率增大時(shí)(

)A.A2示數(shù)增大,A