2.7_电能的输送导学案(教科版)

汉阳一中导学案编写:柯良华2015年11月26日1电能的输送导学案【学习目标】1．知道什么是导线上的功率损耗和电压损耗；知道如何减小损耗。2．会设计电能输送的示意图，并理解电压损耗和能量损耗的关系一、电能输送过程中的电压损失和电能损失：1．输电线上的电压损失：（1）电压损失△U如图所示，输电线有电阻，电流通过输电导线时，会在导线上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U＇比起始端电压U低，差值△U＝_______称为输电线路上的电压损失。（2）造成电压损失的因素①输电线有____造成电压损失；②输电线有____和_____造成电压损失。（3）减小输电线上电压损失的方法据△U＝U－U＇＝IR（其中I为输电电流，R为输电线电阻）可知，减小输电线上电压损失的方法主要有：①减小输电线电阻R，这种方法对高压输电效果不佳。②减小输电电流I：因为I＝P/U，在输送电功率P一定的前提下，提高输电电压U是有效措施。2．输电线上的电能损失:（1）损失电能的分析通常输电导线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方时，电阻发热而损失电功率。设输电电流为I，输电导线电阻为R，则输电线上的功率损失为P损＝________。设输送电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ，则输电电流I＝_______，输电线电阻R＝______。输电线上的功率损失可表示为：△P＝___________。（2）减小输电线上功率损失的方法①减小输电线的电阻Ra．减小输电线长度不可行：由于输电距离一定，所以实际中不可能用减小L来减小电阻Rb．减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。c．增大导线的横截面积S：这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难。②减小输电电流Ia．减小输送功率P不可行：由于电站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定的，即在实际中不能以用户用或不用电来减少输电线上的功率损失。b．提高输电电压：在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输电线上的功率损失降为原来的_____倍。（3）输送电能的基本要求：二、远距离输电系统：1．远距离输电的基本电路发电站→升压变压器→输电线路→降压变压器→用户，基本电路如图：汉阳一中导学案编写:柯良华2015年11月26日22．远距离输电的分析方法（1）思路：在远距离输送电能的过程中，由能量的转化和守恒可知，发电机的总功率应等于线上的损失的热功率和用户得到的功率____（变压器为理想变压器）。（2）方法：远距离输电时，利用升压变压器大幅度地提高输电电压，从而减少输电电流，减小线路上损失的热功率。如图所示，各物理量按电压、电流、功率来看，它们有下列关系：①电压关系：3112424____UUUUUUUUU用发，，，，；②电流关系：112333______nIIIInI线，，；③功率关系：12234____PPPPPPP用发，，____________P损【类型一】输电线上损失的电压与功率【例1】在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么（）A．输电线上损失的电压与输送的电流成正比B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C．输电线路上损失的功率跟输送电压的二次方成反比D．输电线路上损失的功率跟输送电压的二次方成正比【例2】发电厂的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R，导线中电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损失的功率下列表达式错误的是（）A．21URB．212()UURC．2IRD．12()IUU【类型二】远距离输电电路分析【例3】如图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【例4】有一台内阻为1Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示，升压变压器的匝数比为1：4，降压变压器的匝数比为4：1，输电线的总电阻R＝4Ω，全校共22个班，每班有“220V40W”的灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则：（1）发电机输出功率多大？（2）发电机的电动势多大？（3）输电效率是多少？（4）若使用灯数减半并正常发光，发电机输出功率是否减半？汉阳一中导学案编写:柯良华2015年11月26日3【例5】一座小型水电站，利用流量为2m3/s、落差5m的河水发电，若单相发电机的效率为50%，输出电压为200V，已知发电站到用户架设的输电线总电阻为12Ω，输电中输电线上允许损耗的功率为6%，用户所需电压为220V，求所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比（变压器为理想变压器）。【当堂检测】1．“西电东送”是我国一项重大的能源发展战略，也是我国西部大开发的四大工程之一．将西部地区的电能输送到东部地区，为了减少输电过程中的电能损失，实现远距离输电应采用的最有效的方法是()A．增大输电的电流B．提高输电电压C．减小输电线电阻D．以上办法都不行2．照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的．可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些．这是因为用电高峰时()A．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低B．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小C．总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大D．供电线路上电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小3．用电器电阻值为R，距交变电源为L，输电线电流为I，电阻率为ρ，要求输电线上电压降不超过U，则输电线横截面积最小值为()A．ρL/RB．2ρLI/UC．U/(ρLI)D．2UL/(ρI)4．(2010年高考浙江卷)某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是()A．输电线上输送的电流大小为2×105AB．输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻5．某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处用户供电．已知输电线的电阻率为ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：(1)升压变压器的输出电压；(2)输电线路上的电压损失．汉阳一中导学案编写:柯良华2015年11月26日4【巩固提高】一、选择题1．对于电能输送的以下说法，正确的是()A．输送电能的基本要求是经济实惠B．减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电C．减小输电线上电压损失的唯一方法是增大导线的横截面积D．实际输电时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济要求等2．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有()A．提高输送功率B．增大输送电流C．提高输电电压D．减小输电导线的横截面积3．远距离输送一定功率的交流电，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是()A．输电线上的电功率损失是原来的1nB．输电线上的电功率损失是原来的1n2C．输电线上的电压损失是原来的1nD．输电线上的电压损失是原来的1n24．远距离输电，原来用电压U0输电，在输电线上损失的电功率为P0，现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的110，则输电电压应为()A．100U0B．10U0C．U010D．U01005．为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰．若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)()A．输电电流为3IB．输电电流为9IC．输电电压为3UD．输电电压为13U6．在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为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ΔP，用户得到的电功率为P用，则ΔP、P用的关系式正确的是()A．ΔP＝U2SρLB．ΔP＝P2ρLU2SC．P用＝P－U2SρLD．P用＝P(1－ρLU2S)7．小型水利发电站的发电机输出功率为24.5kW，输出电压为350V，输电线总电阻为4Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处设升压变压器，用户所需电压为220V，所以在用户处需安装降压变压器．输电电路图如图所示，求：(1)输电线上的电流．(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比．(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．汉阳一中导学案编写:柯良华2015年11月26日58．超导是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电总电阻为0.4Ω，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V．若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A．1kWB．1.6×103kWC．1.6kWD．10kW9．(2010年高考江苏卷)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大10．一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电．输电线路总电阻R＝1kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()A．T1原、副线圈电流分别为103A和20AB．T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D．有6×104盏灯泡(220V、60W)正常发光二、非选择题11．(2011年开封高二检测)一座小型发电站的输出功率是20kW，输电线路总电阻是5Ω.(1)若输电电压是400V，输电线路损耗的功率是多少？(2)若改用5000V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，用户得到的电压是多少？12．小型水利发电站的发电机输出功率为24.5kW，输出电压为350V，输电线总电阻为4Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处设升压变压器，用户所需电压为220V，所以在用户处需安装降压变压器．输电电路图如图所示，求：汉阳一中导学案编写:柯良华2015年11月26日6(1)输电线上的电流．(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比．(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．【当堂检测】参考答案1．解析：选B.远距离输电减小电能损失的方式有两种：一种减小输电线电阻但可行性较差，最有效的方式是高压输电减小电流，故选项B正确．2．解析：选C.照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器越多，总电阻越小，供电线路上的电流越大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，C正确．3．解析：选B.输电线上电压降U＝Ir，其中r＝ρ2LS，则Iρ2LS＝U，得S＝2ρLIU，B对．4．解析：选B.输出电功率P＝3×106kW，输电电压U＝500kV，则输电线上输送的电流大小为I＝PU＝6×103A，所以A错；输电线上由电阻造成的损失电压U损＝Ir＝15kV，所以B正确；输电线上损失的功率ΔP＝U损I＝P2U2r，所以D错误；若改用5kV电压输电，则输电线上的极限电流I′＝5kV2.5Ω＝2000A，