人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流4 电能的输送教课课件ppt

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学习目标1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关。2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理。3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题。4.通过对远距离输电的学习,了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献,培养学生的社会责任感。
一、输送电能的基本要求1.可靠:保证供电线路可靠地工作,故障少。2.保质:保证电能的质量——电压和频率稳定。3.经济:输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少。二、降低输电损耗的两个途径1.输电线上的功率损失:ΔP=I2r,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)减小输电线的电阻:在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属材料,还要尽可能增加导线的横截面积。(2)减小输电导线中的电流:为减小输电电流,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提高输电电压。
三、电网供电1.远距离输电基本原理:远距离输电的示意图,如图所示。
在发电站内用升压变压器升压到几百千伏,然后进行远距离输电。到达数百千米甚至数千千米之外的用电区之后,先后经“一次高压变电站”“二次变电站”降到10 kV左右,然后,一部分电能送往用电量大的工业用户,另一部分经低压变电站的降压变压器降压后供给其他用户。
2.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,形成全国性或地区性的输电网络,这就是电网。3.优点:(1)减少发电设施的重复建设,降低一次能源的运输成本。(2)可保证发电和供电的安全可靠,方便调整供需平衡,使电力供应更加可靠、质量更高。
1.正误判断。(1)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失。(　　)解析:增加导线横截面积,减小了导线的电阻,发热功率减小。答案:√(2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的发热损耗。(　　)解析:输送功率一定的情况下,电压越高,输电电流越小,导线上发热功率越小。答案:√(3)高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好。(　　)解析:电压越高,对输电电路和变压器的要求就越高,技术难度增大,建造与维护成本增大。答案:√
(4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。(　　)解析:当发电厂与用户距离较近时可不用高压输电。答案:×(5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(　　)解析:用户得到的电压取决于降压变压器。答案:√(6)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。(　　)解析:由于输电导线有电阻,电路上电压会有损耗,升压变压器输入的电压大于降压变压器输出的电压。答案:×
2.关于电能输送的以下分析,正确的是(　　)
C.由公式P=I2R知,输电电流越大,输电导线上功率损失越大D.由公式P=IU知,输电导线上的功率损失与输电电压成正比
3.如图所示是远距离输电的示意图,下列说法正确的是(　　)A.a是升压变压器,b是降压变压器B.a是降压变压器,b是升压变压器C.a的输出电压等于b的输入电压D.a的输出电压等于输电线上损耗的电压
解析:远距离输电先升压,后降压,选项A正确,选项B错误;由于输电线上有电压损耗,故a的输出电压等于b的输入电压与输电线上损耗的电压之和,选项C、D错误。答案:A
远距离输电损耗的产生及减损方法情境探究中国的特高压直流输电技术世界领先。2018年10月16日,世界首个海拔4 000米以上的高海拔特高压直流试验线段工程——中国电力科学研究院西藏高海拔特高压直流试验线段顺利通过验收。该试验线段具备高海拔苛刻条件下±500千伏、±800千伏、±1 100千伏、±1 300千伏直流及1 000千伏交流特高压工程试验能力,当之无愧地成了目前世界上海拔最高、电压等级最高、功能最全的特高压试验基地。请思考下面的问题:如图所示,输送功率为P,发电厂输出的电压为U,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,请思考:
(1)输电线中的电流为多少?在发电厂输送功率一定时,输电线中的电流与输电线电阻及用电器电阻有关系吗?(2)输电线上功率损失的表达式是什么?(3)为什么远距离输电必须用高压呢?
(3)因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI得,要减小能量损耗,就要减小输电电流I,必须提高输出电压U。
知识归纳1.电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U'的差值。ΔU=U-U'=IR。2.功率损失(1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP=I2R。(2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为
3.减小电压、功率损失的方法(1)减小输电线的电阻由R=ρ 可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体横截面积可减小电阻。(2)减小输电电流I由P=UI可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流。
实例引导例1(多选)在远距离输电时,输送的电功率为P,输送电压为U,所用导线的电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为L,输电线损失的电功率为P',用户得到的电功率为P用,则下列关系式正确的是(　　)
规律方法输送的功率(电压)、损失的功率(电压)、用户得到的功率(电压)分别对应于输电过程的“始”“中”“末”。只有理解好“输送”“损失”“得到”的含义,才能避免“张冠李戴”。
变式训练1我国已投产运行的1 000 kV 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500 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响。则(　　)A.输电电流变为原来的2倍B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍
远距离输电电路的分析与计算情境探究某发电站向远处送电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。请思考:
(1)用图中的电压和电流表示出四个功率和损耗功率,并写出它们间的关系。(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?
要点提示:(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。
知识归纳输送过程如图所示,可以划分为三个回路
(1)分析远距离输电线路的有效方法是理清三个回路,抓住两个联系,掌握一个定律,其关系如下表所示:
(1)注意区别:①输电电压U与输电线上降落的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损失的功率ΔP。(2)抓住不变量:输送电功率不变,由P=UI判断出输电电流I的变化,从而由ΔU=IR、ΔP=I2R判断ΔU、ΔP的变化。
实例引导例2如图所示,发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器),若发电机的输出功率是100 kW,输出电压是250 V,升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25。(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%,求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。
答案:(1)6 250 V　16 A　(2)15.625 Ω　6 000 V
规律方法远距离输电问题的四个关键(1)画出一个模型——远距离输电模型图。(2)抓住输电的两端——电源和用电器。(3)分析导线——输电导线。(4)研究两次电压变换——升压和降压。
变式训练2某交流发电机输出功率为5×105 W,输出电压为U=1.0×103V,假如输电线的总电阻R=10 Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U用户=380 V。(1)画出输电线路的示意图;(标明各部分的符号)(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的变压器是理想变压器)
解析:(1)输电线路示意图如图所示。
答案:(1)见解析图　(2)1∶10　25∶1
1.(多选)发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线总电阻为R线,通过输电线的电流为I,学校输入电压为U2,下列计算输电线功率损耗的式子中,正确的是(　　)
2.三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦。(1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少?(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?(3)若将电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的几分之几?
3.某小型水力发电站的发电输出功率为5×104 W,发电机的输出电压为250 V,输电线总电阻R线=5 Ω。为了使输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%,必须采用远距离高压输电的方法,在发电机处安装升压变压器,而在用户处安装降压变压器。设用户所需电压为220 V,不计变压器的能量损失。求:(1)输电线上的电流。(2)升、降压变压器原、副线圈的匝数比。(3)可供多少盏“220 V　40 W”的白炽灯正常工作?