人教版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的输送学案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

 3.4 电能的输送 学案

学习目标

1、知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。

2、知道降低输电损耗的两个途径。

3、了解电网供电的优点和意义，树立遇到问题时认真思考、全面分析的科学态度。

重点难点

1、理解高压输电是减少电功率损失和电压损失的切实可行的措施。（重点）

2、输电过程示意图中各物理量之间的关系。（重点）

3、区别输电线上损失的功率和输电功率，以及输电线上损失的电压和输电电压。（难点）

4、利用输电过程示意图进行简单的计算。（难点）

自主探究

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——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。

2、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。

3、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。

二、电网供电

1、远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。

2、电网：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。

3、电网输电的优点

（1）降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。

（2）减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。

（3）合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。

探究思考

一、输电线上损失电压与功率的分析

1、输电线上的电功率损失

（1）原因：输电导线有电阻，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失。

（2）计算式：①，②若已知输送功率P、输电电压U、则。

2、输电线上的电压损失

若用U表示输电线始端电压，表示输电线末端电压，则（或）。

3、输电线损失功率与输电电压的关系

如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为，则输电导线上发热损失的功率，因此输电电压若提高到nU，则将减为原来的。

【典例一】1、高压输电过程中，输电电压为U，输电功率为P，输电导线上电阻为R，则下列说法中错误的是(   )

A．损耗的功率为  B．输电导线上的电流为

C．损失的电压为  D．用户得到的功率为

解题思路：根据得，输电导线上的电流为，则输电导线上损耗的功率为，故A错误，B正确;根据欧姆定律可得，故C正确；根据能量守恒定律可知，用户得到的功率为，故D正确.A符合题意。

答案：A

二、远距离输电电路及基本关系

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标在电路图的相应位置。

2、电路被划分为多个回路，在每个回路中可以应用相应的电压、电流、功率之间的关系分析，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。

3、明确高压输电中几个电压的意义

（1）输送电压：输电线始端电压，图中；

（2）用户电压：最终用户得到的电压，图中 ;

（3）损失电压：输电线始端与末端电压的差值: 。

4、远距离输电的基本关系

（1）功率关系：

（2）电压关系：，，

（3）电流关系：，，

（4）输电电流：

（5）输电线上损耗的电压与功率：，

5、用户功率决定变化关系

对确定的输电电路，若用户消耗的功率增大，则输送功率、电线损耗的功率均增大。

【典例二】2、如图为某小型水电站电能输送的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数比为1:20，降压变压器的原、副线圈匝数比为3:1。升压变压器原线圈两端接入一电压的交流电源，用户的总电阻为R（可视为纯电阻），输电线的总电阻，不考虑其他因素的影响，用户获得的电压U为（   ）

A. B. C. D.

解题思路：升压变压器原线圈两端的电压的有效值为，升压变压器副线圈两端的电压为，输电线路上损失的电压为，故降压变压器原线圈两端的电压为，降压变压器副线圈两端的电压，流过降压变压器的副线圈的电流，则，联立解得，故选项B正确。

答案： B

随堂训练

1、“中国速度”在新冠肺炎疫情面前再一次被激发，10天建成火神山医院，通过验收并按时移交.火神山医院安装有24台箱式变压器，铺设电力电缆达10千米.发电站利用输电线路远距离向医院输送一定功率的交流电，若输送电压提高到原来的n倍，则(   )

A.输电线上损失的电压减少到原来的 

B.输电线上损失的电压减少到原来的

C.输电线上损失的电能减少到原来的 

D.输电线上损失的电能不变

答案：B

2、如图为远距离输电的原理图，已知升压变压器原、副线圈的匝数分别为，两端电压分别为，电流分别为，升压变压器到降压变压器之间输电线上的总电阻为R，变压器均为理想变压器，若保持发电厂的输出电压不变，则下列说法正确的是(   )

A.远距离输电线上的电流 

B.远距离输电线上损失的功率

C.若用户端负载增加，那么用户端电压变大 

D.无论用户端的负载如何增加，始终有

答案：D

3、如图所示为学校配电房向各个教室的供电示意图，T为理想变压器，为监控市电供电端的电压表和电流表，为监控校内变压器输出端的电压表和电流表，为教室的负载电阻，为教室内的监控电压表和电流表，配电房和教室间有相当长的一段距离，则当开关S闭合时，以下说法错误的是(   )

A.电流表和的示数都变大 B.只有电流表的示数变大

C.电压表的示数变小 D.电压表和的示数都变小

答案：ABD

4、如图所示，发电站通过升压变压器、高压输电线路和降压变压器将产生的电能输送给用户，已知某发电站输出功率为500 kW，输出电压为500 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1:5，高压输电线路的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器的能量损耗，其余线路电阻不计，则(   )

A.升压变压器的副线圈两端的电压为2 500 V  

B.输电线路上损耗的功率为30 kW

C.降压变压器的原、副线圈匝数比为5:1 

D.用户得到的功率为440 kW

答案：AD