浙江省2018-2019版高中物理 第五章 交变电流 第5课时 电能的输送学案 新人教版选修3-2.doc

第5课时电能的输送研究选考把握考情知识内容电能的输送考试要求加试c教学要求1.了解输电导线电能损失的主要原因，知道减少电能损失的两条途径2.理解采用高压输电的原因，认识高压输电的局限性3.认识电网的重要作用，认识电网安全对社会的重要性4.会求解输电导线上的功率损失等问题说明不要求计算同时涉及升压、降压的输电问题知识点一降低输电损耗的两个途径基 础 梳 理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.降低输电损耗的两个途径输电线上的功率损失PI2R线，I为输电电流，R线为输电线的电阻。(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。要 点 精 讲1.对损失电能的分析任何输电线都有电阻，因此通过输电线向远方输送电能时，电流流过输电线，因输电线有电阻而发热，从而损失电功率。设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失P损I2R。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，则输电电流I，输电线的电阻为R。所以输电线上的功率损失可表示为P损()2。2.对减小功率损失途径的理解根据P损I2R可知，减小输电线路上功率损失的方法主要有两种。(1)减小输电线的电阻R，根据R由于输电距离一定，所以在实际中不可能通过减小L来减小R。减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝做导线材料。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I，根据I减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减小功率损失的目的。提高输电电压U：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，据P损()2R知，输电线路上的功率损失将降为原来的。根据以上分析知，采用高压输电是减少输电线路上的功率损失最有效、最经济的措施。【例1】 以下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唯一方法是要采用高压输电C.增大导线的横截面积可以减小输电导线上的功率损失D.实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等解析输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。减小输电线上的功率损失可采用高压输电，也可以减小输电线电阻，即增大导线横截面积，但不经济。实际输电时，应综合考虑各种因素，故A、C、D正确。答案ACD【例2】 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IB.输电线上的电流IC.输电线上损失的功率P()2RD.输电线上损失的功率P解析因输电线中电压降不是U，故不能用I求电流；由P0UI，知输电线上的电流I，功率损耗PI2R()2R，故选项B、C正确。答案BC名师点睛当输送功率P一定时，输电电流I输与输电电压U输成反比，即I输，由于输电线虽是纯电阻用电器，但线路中的损耗电压不是U输，故不能用I输求输电线中的电流，由I输，P损()2R知，提高输送电压可以大幅度减小输电电流，减小电能在输送过程中的损失。知识点二远距离输电基 础 梳 理1.远距离输电的基本原理：远距离输电的基本电路如图1所示。图1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压，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.电网送电的优点：(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。要 点 精 讲远距离输电的输送电路及其基本关系的理解(1)输送过程图(如图2所示)：图2(2)对高压输电中几个电压的理解：输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(UU2U3I2R)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。(3)基本关系式：功率关系：P1P2，P2P线P3，P3P4。电压、电流关系：，U2U线 U3，I2I3I线。输电电流：I线。输电导线上损耗的电功率：P损I线U线IR线()2R线。【例3】 (2014浙江高考)如图3所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2。则()图3A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为IrD.输电线路上损失的电功率为I1U解析理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到电压为U2，所以I1U1U2I2，A项正确；输电线上电压降为UI1r，或者UUU1，B项错误；理想变压器输入功率为PI1U1，C项错误；损失的功率PIr，D项错误。答案A【例4】 远距离输电的原理图如图4所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()图4A. B.I2C.I1U1IR D.I1U1I2U2解析对理想变压器来说，电流与匝数成反比，A项错误；输入功率等于输出功率，D项正确；对输电线中的电流I2，而U2U损，所以B项错误；导线消耗的功率为P损IR，I1U1为升压变压器的输入功率，与输出功率相等，即I1U1I2U2，所以C项错误。答案 D1.中央电视台多次报道某些边远地区落后，农村电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化。近年来进行农村电网改造，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解析减少远距离输电的损耗的方法是减小导线电阻、提高输电电压。减小输电导线的横截面积使电阻增大，不可取。答案C2.远距离输电线路的示意图如图5所示。若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是()图5A.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解析匝数比一定时，变压器的输入功率是由用户消耗的功率决定的，选项A错误；变压器输入电流与变压器匝数比和负载电阻都有关系，B错误；用户用电器总电阻减小，据P，消耗功率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C项正确；升压变压器输出电压等于输电线路电阻上的损失电压加上降压变化器的输入电压，D项错误。答案C3.远距离高压输电时，已知升压变压器的输出电压为U，功率为P，降压变压器的输入电压为U，输电线的电阻为R，则输电线损耗的P损的计算式为()A.P损 B.P损C.P损 D.P损解析升压变压器的输出电流为I，损耗的功率为P损I2RR。故选项D正确。答案D4.利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电。现有一直流输电系统，其输电线总电阻R为0.4 ，输送的电功率为40 kW，输送电压为800 V。如果用超导电缆替代原来的输电线，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.1 kW B.1.6103 kWC.1.6 kW D.10 kW解析若用总电阻为0.4 的输电线，输电线上损失的电功率PI2R()2R1 kW，若用超导电缆替代原来的输电线，P0，故选项A正确。答案A5.发电厂输出的交变电压为2.2104 V，输送功率为2.2106 W，在用户处安装一降压变压器，用户得到电压为220 V，发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22 ，求：(1)输电导线上损失的电功率；(2)降压变压器原、副线圈匝数之比为多少？解析(1)输送电流为I线 A100 A则损失功率为P损I2R线100222 W2.2105 W。(2)变压器原线圈电压U1为U1U总I线R线2.2104 V10022 V19 800 V所以原、副线圈匝数比。答案(1)2.2105 W (2)901一、选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损耗的电压可表示为()A.U1 B.U1IRC.IR D.U2解析输电线上的电压损失UU1U2IR，选项B错误，C正确；U1为输电电压，U2为用户得到的电压，选项A、D错误。答案C2.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，经降低电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解析接入电路的用电器消耗的总功率增加，电路传输的功率就要增加，因此通过升压变压器初级线圈中的电流变大，则其次级线圈即输电线上的电流增加，高压输电线路上的电压损失变大，A、C正确；根据U1U2n1：n2知升压变压器次级线圈两端的电压不变，因输电线上电压降增大，所以降压变压器初级线圈两端的电压减小，则降压变压器次级线圈两端的电压变小，B错误，D正确。答案ACD3.发电厂发出的交变电流直接送至用户处，若输出电压为U1，输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，输电线末端的电压为U2，下列式子不表示输电导线上损耗的功率的是()A. B. C.I2R D.I(U1U2)解析输电线上损耗的功率P损I2RIU损，而U损U1U2，故选项A正确。答案A4.一用电器距离电源为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，那么该输电导线的横截面积最小值是()A. B. C. D.解析导线的电阻R，线路上的电压降最大为UIR。所以S。答案B5.远距离输送一定功率的交变电流，若输送的电压升高为原来的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B.输电线上的电功率损失是原来的C.输电线上的电压损失是原来的D.输电线上的电压损失是原来的解析P损()2r，P损，故B项正确；U损r，U损，故C项正确。答案BC6.为清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，热损耗功率为P；除冰时，输电线上的热损耗功率需变为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3I B.输电电流为9IC.输电电压为3U D.输电电压为9U解析高压线上的热耗功率为PI2R线，若热耗功率变为9P，则有9PI2R线，得I3I，所以A项正确，B项错误；又输送功率不变，由PUIUI得UU，所以C、D项错误。答案A7.(2017湖州高二质检)如图1所示是远距离输电的示意图，下列说法正确的是()图1A.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A8.(2018上海中学)在远距离输电时，输电的电功率为P，输电电压为U，所用导线的电阻率为，横截面积为S，总长度为L，输电线损耗的电功率为P，用户得到的电功率为P用，则P、P用的表达式正确的是()A.P B.PC.P用 D.P用P(1)解析输电线电阻R，输电电流I，故输电线上损耗的电功率为PI2R，用户得到的电功率为P用PPP(1)，故B、D正确。答案BD9.(2018金华高二)远距离输电，输电的电功率为P，原来用电压U0输电，在输电线上损耗的电功率为P损，现在要使输电线上损耗的电功率减小到原来的1/10，则输电电压应为()A.100 U0 B. U0 C. D.解析设输电线的电阻为r，损耗的电功率为P损I2r，线路电流为I，解得P损r，P损r，P损P损，则U0U0，选项B正确。答案B二、非选择题10.一居民小区有440户，以前每户平均消耗电功率为100 W，使用的区间变压器匝数比为1656，恰好能使额定电压为220 V的家用电器正常工作，现在因家用电器增加，每户平均消耗的电功率为250 W，若变压器输入电压仍为6 600 V，区间输电线线路不变，为了使家用电器正常工作，需更换区间变压器，则更换后的区间变压器的匝数比为多少？解析未换变压器时，输电电流I A200 A。输出电压U2U16 600 V240 V，则由U线U2U用IR线知，R线 0.1 。换变压器后，I A500 A。线路损失电压U线IR线50 V，变压器输出电压U2U用U线220 V50 V270 V。变压器匝数之比为n1n2U1U26 6002702209。答案220911.风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展。如图2所示风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：图2(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(2)用户得到的电功率是多少。解析(1)输电线损失的功率P损P4%100 kW4%4 kW输电线电流I2 A20 A升压变电器输出电压U2 V5103 V升压变压器原、副线圈匝数比：电压损失U损I2R线2010 V200 V降压变压器原线圈端电压U3U2U损4 800 V降压变压器原、副线圈匝数比(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为P用PP损P(14%)10096 % kW96 kW答案(1)12024011(2)96 kW