高二物理下學期 第3周 遠距離輸電導學案

1、第三節(jié)課遠距離輸電一、從發(fā)電站到用戶的輸電線路遠距離輸電過程：發(fā)電機輸出的電壓通過變壓器升高到幾十萬伏，然后進行遠距離輸電當電能被輸送到用電區(qū)域后，再用變壓器將電壓降低二、為什么要用高壓輸電減小電能損失的方法有兩種：(1)減小導線的電阻(2)減小輸電導線中的電流，即提高輸電的電壓三、直流輸電：現(xiàn)代的直流輸電，只有輸電這個環(huán)節(jié)使用高壓直流，發(fā)電、用電及升、降電壓仍然是交變電流一、降低輸電損耗的兩個途徑問題設計如圖1所示，假定輸電線路中的電流是I，兩條導線的總電阻是r，在圖中導線電阻集中畫為r，輸送功率為P，發(fā)電廠輸出的電壓為U.那么：圖1(1)遠距離大功率輸電面臨的困難是什么？(2)輸電線上功率

2、損失的原因是什么？功率損失的表達式是什么？降低輸電損耗的兩個途徑是什么？(3)為什么遠距離輸電必須用高壓呢？答案(1)在輸電線上有功率損失(2)由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉化為電熱而損失掉了這是輸電線上功率損失的主要原因功率損失表達式：PI2r，所以降低輸電損耗的兩個途徑為：減小輸電線的電阻r；減小輸電電流I.(3)因為發(fā)電廠的輸出功率P是一定的，由PUI得，要減小輸電電流I，必須提高輸出電壓U.要點提煉輸電線上的電壓損失和功率損失(設輸電線上電阻為R，電流為I)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UUUIR.2功率損失(1)遠距離輸電時，輸電線有電阻，

3、電流的熱效應引起功率損失，損失的電功率PI2R.(2)若輸電線上損失的電壓為U，則功率損失還可以表示為P，PUI.3減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻由R可知，距離l一定時，使用電阻率小的材料，增大導體橫截面積可減小電阻(2)減小輸電電流I由PUI可知，當輸送功率一定時，升高電壓可以減小電流延伸思考為什么在用電高峰期家中的白熾燈燈光較暗？答案用電高峰期到用戶家中的輸電線電流I較大，輸電線上損失的電壓UIR較大，用戶得到的電壓UU變低，達不到額定電壓，因此白熾燈燈光較暗二、遠距離輸電電路中的各種關系問題設計某發(fā)電站向遠處送電的示意圖如圖2所示，其中各部分的物理量已在圖上標注，在這個電

4、路中包括三個回路升壓變壓器降壓變壓器圖2(1)結合閉合電路的知識，分別分析三個回路中各物理量之間的關系(發(fā)電機內阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計)(2)每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關系？答案(1)第一個回路：P1U1I1第二個回路：U2UU3，P2PP3IRP3第三個回路：P4U4I4(2)若兩個變壓器為理想變壓器，則有：、P1P2；、P3P4.要點提煉遠距離輸電問題的分析1解決遠距離輸電問題時，應首先畫出輸電的電路圖，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應位置(參考圖2)2分析三個回路，在每個回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應的副線圈是下一個回路的電源3綜合運用下

5、面三方面的知識求解(1)能量守恒：PU1I1U2I2P用戶PPIRP用戶U3I3U4I4.(2)電路知識：U2UU3UI2R(3)變壓器知識：.其中PIR，UI2R往往是解題的切入點一、輸電線上功率損失的計算例1三峽電站某機組輸出的電功率為50萬千瓦(1)若輸出的電壓為20萬伏，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10歐，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50萬伏，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？解析(1)由PUI得I2 500 A(2)輸電線上損失的功率PI22r2 5002210 W1.

6、25108 W損失功率與輸出功率之比為(3)將電壓升高至50萬伏時，I1 000 A輸電線上損失的功率PI22r1 0002210 W2107 W損失功率與輸出功率之比為答案(1)2 500 A(2)1.25108 W(3)1 000 A2107 W二、遠距離輸電問題例2發(fā)電機的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，輸電導線的電阻為0.2 ，如果用原、副線圈匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶，則：(1)畫出全過程的線路示意圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過變壓而直接將電送到用戶，求用戶得到的電壓和功率解析(1)

7、示意圖如圖所示(2)升壓變壓器的輸出電壓U2U1220 V2 200 V根據(jù)升壓變壓器輸出功率等于輸入功率知，升壓變壓器輸出電流為I2 A20 A輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為URI2R200.2 V4 VPRIR2020.2 W80 W降壓變壓器上的輸入電流和輸入電壓分別為I3I220 AU3U2UR2 200 V4 V2 196 V降壓變壓器上的輸出電壓和輸出電流分別為U4U32 196 V219.6 VI4I31020 A200 A用戶得到的功率為P4I4U4200219.6 W4.392104 W(3)若不采用高壓輸電，用220 V低壓直接供電時，電路如圖所示，則輸電電流I A2

8、00 A，輸電線路上的電壓損失URIR2000.2 V40 V所以用戶得到的電壓為U4U1UR220 V40 V180 V用戶得到的功率為P4IU4200180 W3.6104 W答案(1)見解析圖(2)219.6 V4.392104 W(3)180 V3.6104 W第四節(jié)課遠距離輸電習題課1(輸電線上功率損失的計算)(單選)中國已投產(chǎn)運行的1 000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程假設甲、乙兩地原來用500 kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P.在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1 000 kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將

9、變?yōu)?)A. B. C2P D4P答案A2(輸電線上功率損失的計算)(雙選)在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導線的電阻率為，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的電功率為P用，則P、P用的關系式正確的是 ()AP BPCP用P DP用P(1)答案BD3(遠距離輸電問題)(雙選)在如圖3所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有()圖3A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大答案

10、CD題組一減小輸電損失的途徑1(單選)中央電視臺焦點訪談多次報導某些邊遠落后農(nóng)村電價過高，農(nóng)民負擔過重，其客觀原因是電網(wǎng)陳舊老化近來，農(nóng)村進行電網(wǎng)改造，為減少遠距離輸電的損耗而降低電費價格可采取的措施有()A提高輸送功率B增大輸送電流C提高輸電電壓D減小輸電導線的橫截面積答案C2(雙選)如圖1所示為遠距離高壓輸電的示意圖關于遠距離輸電，下列表述正確的是()圖1A增大輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗C在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D高壓輸電一定是電壓越高越好，所以我們要盡可能地提高輸送電壓答案AB3(單

11、選)輸電線路的總電阻為R，發(fā)電站輸出功率為P，輸電電壓為U，則用戶得到的功率為()AP BP()2RCP D()2R答案B4(單選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至用戶的輸電導線的總電阻為R，通過輸電導線的電流為I，輸電線末端的電壓為U2，下面選項不能表示輸電導線上損耗的功率的是 ()A. B.CI2R DI(U1U2)答案A5(單選)輸電導線的總電阻為R，輸送電功率為P.現(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電，則兩次輸電線上損失的功率之比為()AU1U2BUUCUU DU2U1答案C6(雙選)某發(fā)電廠原來用11 kV的交變電壓輸電，后來改用升壓變壓器將電壓升到220 kV輸電，輸送的電功率都

12、是P.若輸電線路的電阻為R，則下列說法中正確的是()A根據(jù)公式I，提高電壓后輸電線上的電流降為原來的B根據(jù)公式I，提高電壓后輸電線上的電流增為原來的20倍C根據(jù)公式P損I2RR，提高電壓后輸電線上的功率損失減為原來的D根據(jù)公式P損，提高電壓后輸電線上的功率損失增大為原來的400倍答案AC題組三遠距離輸電問題7(雙選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖2所示，發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則()圖2A.B.C升壓變壓器的輸出電壓等于降

13、壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率答案AD8(單選)某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠處村寨附近的降壓變壓器經(jīng)變壓器降壓后，再用線路接到各用戶，設兩變壓器都是理想變壓器，那么在用電高峰期，白熾燈不夠亮，但用電總功率增加，這時()升壓變壓器的副線圈的電壓變大高壓輸電線路的電壓損失變大降壓變壓器的副線圈上的電壓變大降壓變壓器到各用戶的輸電線上的電壓損失變大A BC D答案D9(雙選)一臺發(fā)電機最大輸出功率為4 000 kW，電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠方輸電，輸電線路總電阻R

14、線1 k，到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220 V、60 W)若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器T1和T2的損耗可忽略，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則 ()AT1原、副線圈電流分別為103 A和20 ABT2原、副線圈電壓分別為1.8105 V和220 VCT1和T2的變壓比分別為150和401D有5104盞燈泡(220 V、60W)正常發(fā)光答案AB10某發(fā)電站通過燃燒煤來發(fā)電發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶，發(fā)電機輸出功率是120 kW，輸出電壓是240 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為125，輸電線的總電阻為1

15、0 ，用戶需要的電壓為220 V則：(1)輸電線上損失的電功率為多少？(2)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？答案(1)4 000 W(2)解析(1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得輸電電壓U2U1240 V6 000 V輸電電流I2 A20 A輸電線上損失的功率PIr20210 W4 000 W.(2)輸電線上損失的電壓UI2r2010 V200 V降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3U2U6 000 V200 V5 800 V根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得：.11發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導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)(1)畫出上述輸電全過程的線路圖；(2)若發(fā)電機的輸出功率是100 kW，輸出電壓是250 V，升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為125，求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導線中的電流；(3)在(2)中條件下若輸電導線中的電功率損失為輸入功率的4%，求輸電導線的總電