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桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日1第五章交变电流5.5电能的输送【教学目标】1．知道什么是输电导线上的功率损失和如何减少功率损失．2．知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失．3．理解为什么远距离输电要用高压．重点：输电导线上的功率损失、电压损失难点：输电导线上的功率损失、电压损失【自主预习】一、输电导线上的功率损失1．原因：输电线有电阻，电流通过导线时要发，输电过程有一部分电能转化成热而损失掉．2．大小：ΔP＝说明：I为输电线上流过的电流，R为输电线的电阻．要注意，输电是双线制的，计算R时要注意输电线长度应等于输电距离的倍．3．减少输电线上功率损失的方法：（1）减少导线上的由R＝ρSL可知，在输电线长度L一定的情况下可通过选用电阻率ρ横截面S的导线，因条件限制，此方法减小线路能量的损失是很有限的．（2）减小输电由ΔP＝I2R可知，ΔP∝I2，故减小输电电流可大大减少功率损失，在线路和输送功率不变时，可提高输电以减小输电电流．采用输电是减少线路电能损失的有效方法．二、输电线路上的电压损失1．定义：如图所示，输电线路始端电压U与末端的电压U′的差值ΔU＝称为输电线路上的电压损失．2．电压损失原因：（1）线路电阻输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路的电阻上产生电压，致使输电线路末端（用电设备两端）电压U′比起始端电压U低，造成电压损失U－U′．（2）线路感抗和容抗（总称电抗）3．减少输电线路上的电压损失的方法：（a）增大输电导线的截面积以减小．（b）减小输电．在输送电功率不变的前提下，必须提高输电【典型例题】一、输电线路上的功率损失【例1】远距离输送交流电都采用高压输电．我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是A．可节省输电线的铜材料B．可根据需要调节交流电的频率桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日2C．可减少输电线上的损失D．可加快输电的速度二、远距离输电的分析【例2】如图5－5－5为远距离输电线路的示意图．若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是()A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压三、输电线上功率与电压之间的关系【例3】某发电站的输出功率P＝104kW，输出电压U1＝4kV，通过理想变压器升压后向远处供电．已知输电导线的总电阻为R＝10Ω，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求变压器的匝数比．四、远距离输电的全过程分析【例4】某小型水电站输出功率为20kW，输电线路总电阻是6Ω.(1)若采用380V输电，求输电线路损耗的功率．(2)若改用5000V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，求用户得到的电压．思维步步高输电线上的电流怎么计算？损失的功率怎么计算？改用高压输电后，用户端变压器原线圈的电压是多少？桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日3【课后练习】1.远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是()A．输电线上的电压损失跟输电电压成正比B．输电线上的功率损失跟输电电压成正比C．输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比D．输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比2.下列关于电能输送的说法正确的是()A．输送电能的基本要求是可靠、保质、经济B．减小输电导线上功率损失的惟一方法是采用高压输电C．减小输电导线上电压损失的惟一方法是增大输电线的横截面积D．实际输电时，要综合考虑各种因素，如输电功率大小、距离远近、技术和经济条件等3．在远距离输电时，若输送的功率不变，使输出电压升高为原来的n倍，则输电线路上因电阻而产生的电能损失将变为原来的()A．n2倍B．n倍C.1n2D.1n4．如图5－5－6所示，当图中ab两端与ef两端分别加上220V的交流电压时，测得cd间与gh间电压均为110V；若分别在cd间与gh间两端加上110V的交流电压，则ab与ef间电压为()A．220V,220VB．220V,110VC．110V,110VD．220V,0V5.远距离输送交流电都采用高压输电．我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是()A．可节省输电线的材料B．可根据需要调节交流电的频率C．可减小输电线上的能量损失D．可加快输电的速度6．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是()A．输电线上的电流I＝URB．输电线上的电流I＝P0UC．输电线上损失的功率P＝(P0U)2RD．输电线上损失的功率P＝U2R7．2007年11月8日，工程规模仅次于长江三峡，位居全国第二位、世界第三位的金沙江溪洛渡水电站截流成功，标志着“西电东送”工程又迈出了坚实的一步．下列有关发电与送电的说法中正确的是()A．水电站截流筑坝有利于储蓄水的内能，提高发电能力B．减小输电线的截面积有利于降低输电时的损耗C．提高输电电压有利于减小输电线中的电流D．增大发电机转子的直径有利于提高发电机的输出电压8．某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为1∶50的升压器将电压升高后输电，输送的电功率保持不变．若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是()桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日4A．由公式I＝PU可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的150B．由公式I＝UR可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C．由公式P＝I2R可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的12500D．由公式P＝U2R可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的2500倍9．某山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过高压输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低变压器降压后再输送至村寨中各用户．设变压器都是理想的，那么随着村寨中接入电路的用电器消耗的总功率的增加，则()A．通过升压变压器初级线圈中的电流变大B．升压变压器次级线圈两端的电压变小C．高压输电线路上的电压损失变大D．降压变压器次级线圈两端的电压变小10．输电导线的电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为()A．U1∶U2B．U21∶U22C．U22∶U21D．U2∶U111．某发电站用11kV交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R.现若用变压器将电压升高到220kV送电，下面哪个选项正确()A．因I＝UR，所以输电线上的电流增为原来的20倍B．因I＝PU，所以输电线上的电流减为原来的120C．因P＝U2R，所以输电线上损失的功率增为原来的400倍D．若要使输电线上损失的功率不变，可将输电线的直径减为原来的12012．如图5－5－7所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的电压上，向额定电压为1.80×104V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断．(1)熔丝的熔断电流是多少？(2)当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日5答案：例1.例2.解析变压器输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项A、B错误．用户的总电阻减小，根据P＝U2R，消耗的功率增大，输电线电流增大，线路损失功率增大，C项正确．升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失电压加上降压变压器输入电压，D项错误．答案C例3.答案225解析发电站的输出电流I1＝PU1＝1074×103A＝2.5×103A输电线路损失的功率P损＝4%P＝I22R则I2＝4%PR＝4%×10710A＝2×102A变压器的匝数比n1n2＝I2I1＝2×1022.5×103＝225例4.答案(1)16.6kW(2)226.2V解析(1)P电＝U1I1，P损＝I21R，损耗的功率为P损＝P2电U21R＝4×1083802×6W＝16.6kW.(2)P电＝U2I2，损失的电压ΔU＝I2R＝24V，U3＝U2－ΔU＝4976V，U3∶U4＝n1∶n2，用户得到的电压U4＝226.2V.课后练习1.答案CD解析此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压相混，由P＝U2R而选B.正确的思路是由I线＝P送U送可知ΔP＝P2送U2送·R线，C对．ΔU＝P送U送·R线，A错．ΔP＝ΔU2R线，D对．2．答案AD3．答案C解析根据输电线上的功率损失的表达式：ΔP＝I2R＝(PU)2R，电压升高为原来的n倍，则功率损失为原来的1n2.桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日64．答案B解析对变压器nabncd＝UabUcd＝21Ucd′＝110V时，Uab′＝220V.对分压器gh间接110V时，Uef′＝Ugh′＝110V.5．答案AC解析由于远距离输电，往往输送电功率一定，根据P＝UI，采用输送电压U越高，则输送电流I＝PU越小，据P线＝I2r，当要求在输电线能量损耗一定的情况下，输电线电阻可略大，导线可做得细一些或选择电阻率大的材料(非铜材)；若输电线确定，即r确定，则可减小线路上的能量损耗，故A、C项正确；而交流电的频率是一定的，不需调节，输电的速度就是电磁波的传播速度，也一定，故B、D项不正确．6．答案BC7．答案CD8．答案AC9．答案ACD解析变压器为理想变压器，升压变压器原线圈两端电压即发电机输出电压恒定，所以升压变压器次级线圈两端电压恒定，B错．用电器消耗总功率增加，即用户总电阻减小，降压变压器次级线圈电流增大，原线圈及升压变压器初次级线圈电流也增大，A对．由于电流增大，高压输电线上损失电压增大，降压变压器初、次级线圈两端电压均减小，C、D对．10．答案C解析由P＝UI得输电线中的电流I＝PU.输电线中损失的功率P损＝I2R＝(PU)2R＝P2RU2，即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比．所以P损1∶P损2＝U22∶U2111．答案BD解析选项A中，I是输电线中的电流，R是输电线的电阻，但是U不是输电线上损失的电压，而是总的输送电压(是输电线和负载上电压之和)，所以不能用I＝UR计算输电线中的电流，在运用欧姆定律时，I、R、U应该对应于同一部分导体．因为输送的功率一定，由I＝PU可知，当输送的电压增为原来的20倍时，电流减为原来的120，选项B正确．选项C中，R是输电线的电阻，而U是输送的总电压，R与U又不对应，所以P＝U2R是错误的．输电线上损失的功率一般用ΔP＝I2R计算不容易出错，从选项B中已经知道电流减为了原来的120.若ΔP不变，则输电线的电阻可增为原来的400倍，根据R＝ρLS，在电阻率、长度不变的条件下，那么导线的横截面积可减小为原来的1400，即导线的直径减为原来的120，所以选项D是正确的．12答案(1)0.98A(2)180W解析(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，根据理想变压器的特点，有I1U1＝I2U2当I2＝12mA时，I1即为熔断电流桃州中学2011-2012高二物理教学案2011年月日7代入数据得I1＝0.98A(2)设副线圈中电流为I2′＝10mA，变压器的输入功率为P1，则有P1＝I2′U2代入数据得P1＝180W