【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-2第4章4-3电能的远距离传输1

自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练第3节电能的远距离传输自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、为什么要采用高压输电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——和稳定．(3)经济：输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少．2．输电线上的电能损失(1)原因：导线有电阻，电流通过时，因发热而损失电能．输电线上的功率损失ΔP＝I2r.(2)降低输电损耗的两个途径①减小输电线的．②减小输电导线中的电流．电压频率电阻自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、高压交流输电1．远距离输电的基本思路．如图4－3－1所示．在发电站内用变压器升高电压．然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压．图4－3－12．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．升压自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．(2)减少的风险，调剂不同地区的平衡，保障供电的质量．(3)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．三、高压直流输电直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线．和可以实现交流电和直流电的转换．断电电力供需整流器逆变器自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练温馨提示关于输电线路上的功率损耗的计算，主要考虑因导线电阻的存在而发热造成的损失，输电线上的电压不能和输送电压与用户得到电压之差混为一谈．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、远距离输电损耗的产生及减损方法1．输电导线上的功率损失(1)损失功率计算：设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失为ΔP＝I2R(2)减小输电线上功率损失的方法．①减小输电线的电阻R：由R＝ρLS，得要减小R，可以减小ρ、L，增大S.②减小输电电流I：由P＝UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流，从而减小输电线上功率损失．总之，采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效最经济的措施．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．输电线上的电压损失(1)电压损失ΔU输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′，如图4－3－2所示．图4－3－2自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练(2)造成电压损失的因素①输电线电阻造成电压损失．②输电线的感抗和容抗造成电压损失．注高中阶段在计算时只考虑输电线电阻所造成的电压损失．减小输电线路上电压损失的方法①减小输电线电阻R用增大输电导线的横截面积来减小电阻对低压照明电路有效，对高压输电线路效果不佳．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练②减小输电电流I在输送电功率不变的前提下，提高输电电压是有效的措施．高压输电既能减小功率损失，又能减小电压损失，但在实际输送电能时，还需综合考虑各种因素，依照不同的情况，选择合适的输电电压．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、远距离输电的流程及基本关系1．输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器，用电器构成．如图4－3－3所示，由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电线输出，到用电区再用降压变压器降到用户所需的电压．图4－3－3自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．电网供电(1)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，这就是电网．(2)优点①经济——便于使用大容量发电机组，降低运输成本；②保质——减少断电风险，调剂供需平衡；③可靠——根据不同“电源”的特点，合理调度电力．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．远距离输电的基本关系(1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3.→能量守恒(2)电压、电流关系U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3.→理想变压器自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练U2＝U线＋U3，I2＝I3＝I线.→串联电路中电压、电流关系3输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3r.4输电导线上损耗的电功率：ΔP＝I线U线＝I2线r＝P2U22r.电路知识特别强调(1)升压变压器的副线圈电流等于降压变压器原线圈的电流．(2)升压变压器副线圈的电压不等于降压变压器原线圈的电压，输电线上的电压损失ΔU＝I线R线．输电线上的功率损耗ΔP＝I2线R线(3)输电线的电阻计算时，应注意输电线长度为距离的两倍．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练三、高压直流输电1．高压直流输电(1)高压直流输电系统主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成．(2)高压直流输电系统原理图(如图4－3－4所示)．图4－3－4自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．高压直流输电与高压交流输电比较(1)在输送相同电功率的电能时，直流输电所用的线材仅为交流输电的23.同时，直流输电杆塔结构也比同容量交流输电简单，占地面积也小．(2)稳定的直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗．(3)直流输电时，不需要考虑电网中的各台交流发电机的同步运行问题．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例1】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，输电线损失的功率为ΔP，用户得到的功率为P′，则下列关系式正确的是()．A．ΔP＝U2SρlB．ΔP＝P2ρlU2SC．P′＝P－U2SρlD．P′＝P1－PρlU2S自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案BD解析输电线电阻为R＝ρlS，输电电流为I＝PU，故输电线上损失的电功率为ΔP＝I2R＝PU2ρlS＝P2ρlU2S，用户得到的电功率为P′＝P－ΔP＝P1－PρlU2S.借题发挥输电线功率损耗为纯电阻损耗，为电热损耗，关系式ΔP＝I2线R成立，而ΔP＝U2R不成立；利用U线＝I线R及ΔP＝U2线R成立．计算时要注意区分线损电压和输电电压的区别．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式1】某用电器离供电电源的距离为L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，已知输电导线的电阻率为ρ，那么，该输电导线的横截面积最小值是()．A.ρLRB.2ρLIUC.UρLID.2ULIρ解析输电线的电阻R＝UI由电阻定律得R＝ρ·2LS得S＝2ρLIU，B正确．答案B自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例2】发电机的端电压为220V，输出功率44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用初、次级线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户．(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率．思路点拨画好电路图，将各物理量在图上标准确，然后理解各物理量之间的关系．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析(1)示意图如下图所示．(2)由图可知，升压变压器次级的输出电压U2＝n2n1U1＝2200V．据理想变压器P入＝P出，则升压变压器次级的输出电流I2＝PU2＝44×1032200A＝20A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损＝I22R＝202×0.2W＝80W.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练U损＝ΔU＝IR＝20×0.2V＝4V．所以降压变压器初级上的输入电压和电流为U3＝U2－U损＝2200V－4V＝2196V，I3＝I2＝20A.降压变压器次级的输出电压和电流为U4＝n4n3U3＝110×2196V＝219.6V，I4＝n3n4I3＝10×20A＝200A.用户得到的功率为P4＝U4I4＝219.6×200W＝4.392×104W.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练(3)若直接用220V低压供电，电路如图所示，则输电电流I＝PU1＝44×103220A＝220A.输电线路上的电压损失ΔU＝IR＝200×0.2V＝40V.所以用户得到的电压U2＝U1－ΔU＝220V－40V＝180V，用户得到的功率为P＝U2I＝180×200W＝3.6×104W.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案见解析借题发挥处理远距离输电问题，首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．其次解题时要抓“两头”——电源、用电器．要注意“中间一条线”——输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路．以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，抓住P入＝P出，利用变压比、变流比等规律进行分析与计算．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式2】某小水电站发电机输出的电功率为100kW，输出电压250V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%.用户获得220V电压，求应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？解析依题意作出如图所示输电示意图，升压变压器原线圈的电流为I1＝PU1＝100×103250＝400A，当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时，输电线中的电流为I2，则I22R线＝5%×P.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练所以I2＝5%×PR线＝0.05×100×1038A＝25A升压变压器T1的匝数比为：n1n2＝I2I1＝25400＝116降压变压器T2副线圈中电流I4，即为提供给所有用户的总电流I总，用户获得的总功率为：P用＝P－5%×P＝95%×P.又P用＝U4I总＝U4I4所以I4＝95%×PU4＝0.95×100×103220A＝431.8A.其原线圈中电流I3＝I2＝25A.降压变压器的匝数比为：n3n4＝I4I3＝431.825＝17.31＝17310.答案1∶16173∶10自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练电能输送中电压损失和电功率损失的计算1．在电能输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一定，则在输电线上损耗的电功率()．A．和输送电线上电压的平方成反比B．和输送电流的平方成反比C．和输送电线上的电压降的平方成正比D．和输送电流的平方成正比自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析此题考查了输电线上的功率损失和导线电阻、输送电电压、导线上的电压损失、输电电流的关系．输电线上的功率损失ΔP＝I2R，电压损失ΔU＝U－U′＝IR，输电电流I＝PU，所以ΔP＝I2·R＝ΔU2R＝PU2R，可见在输送功率P一定时，ΔP随R的增大而增大；ΔP与I2成正比；ΔP与ΔU2成正比；ΔP与U2成反比．答案ACD自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)()．A．功率损失是原来的1nB．功率损失是原来的1n2C．电压损失是原来的1nD．电压损失是原来的n倍自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案BC解析设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻为R，则输电电流I＝PU，线路的功率损失ΔP＝I2R＝P2RU2，可知ΔP∝1U2，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的1n2，故选项B正确；线路上的电压损失ΔU＝IR＝PRU，可知ΔU∝1U，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的1n，故选项C正确．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练远距离输电的电路分析与计算3．在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有一个坑口电站，输送的电功率为P＝500kW，当使用U＝5kV的电