2018版高中物理第4章远距离输电4.3电能的远距离传输学案鲁科版选修.docx

第3讲电能的远距离传输目标定位1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4.了解高压直流输电的原理一、为什么要采用高压输电1电功率损失(1)损失的电功率PI2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比(2)在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中电流的方法2电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法，或减小输电线电阻的方法3高压输电：由PUI知，在保证P不变的情况下，必须提高输送电压U，才能减小电流I.二、高压交流输电1远距离输电的基本思路如图1所示在发电站内用升压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)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整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换.一、降低输电损耗的两个途径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线，则输电线上的功率损失为PI2R线(2)减小输电线上功率损失的方法：减小输电线的电阻R线：由R线得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小，增大S.减小输电电流I：由PUI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2输电线上的电压损失(1)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，UUU，如图2所示，电压损失还可以表示为UIR线R线图2(2)减少输电线上电压损失的方法：减小输电线的电阻提高输送电压例1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B功率损失是原来的C电压损失是原来的D电压损失是原来的n倍答案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线，则输电电流I线，线路的功率损失PIR线，可知P，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的，故选项B正确；线路上的电压损失UI线R线，可知U，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的，故选项C正确针对训练发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是()A.B.CI2R线 DI(U1U2)答案BCD解析输电线功率损耗P损I2R线IU线，其中U线U1U2，故B、C、D正确二、远距离输电及基本关系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2远距离输电的基本关系(如图3所示)图3(1)功率关系P1P2，P3P4，P2PP3能量守恒(2)电压、电流关系，理想变压器U2UU3，I2I3I线串联电路中电压、电流关系(3)输电导线中电流：I线.(4)输电导线上损耗的电功率：PUI线IR线2R线3特别强调(1)升压变压器副线圈的电压U2不等于降压变压器原线圈的电压U3，输电线上的电压损失UI线R线，输电线上的功率损耗PIR线(2)计算输电线的电阻时，应注意输电线长度为距离的两倍(3)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“中间两条线”输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三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，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算例2发电机两端电压为220V，输出功率44kW，输电导线的总电阻为0.2，如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101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答案见解析解析(1)示意图如图所示(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2U12200V据理想变压器P入P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2A20A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损IR线2020.2W80W.U损UI2R线200.2V4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3U2U损2200V4V2196V，I3I220A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U4U32196V219.6V，I4I31020A200A.用户得到的功率为P4U4I4219.6200W4.392104W.(3)若直接用220V低压供电，电路如图所示，则输电电流IA200A输电线路上的电压损失UIR线2000.2V40V.所以用户得到的电压U2U1U220V40V180V，用户得到的功率为PU2I180200W3.6104W.输电线上损耗的问题1某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为150的升压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是()A由公式I可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的B由公式I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PI2R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的D由公式P可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的2500倍答案AC解析由可知，U250U1，输送功率不变，由公式I可知，输电线中的电流变为原来的，选项A正确；由PI2R线2R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的，C选项正确；B、D选项中的U2应为损失的电压，所以选项B、D是错误的2某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106kW.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2105AB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9108kWD输电线上损失的功率为P，U为输电电压，R为输电线的电阻答案B解析输电线上输送的电流为IA6103A，A错；输电线上损失的电压为U损IR61032.5V1.5104V15kV，B项正确；当用5kV电压输电时，输电线上损失的功率若超过3106kW，与实际情况相矛盾，故C项错误；当用公式P计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误远距离高压输电的应用3某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220V的用电器正常工作，则()图4A.B.C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案AD解析由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有，故A项对，B、C项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D项也正确4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电站，输送的电功率为P500kW，当使用U5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度求：(1)这时的输电效率和输电线的总电阻R线；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？答案(1)60%20(2)22.4kV解析(1)由于输送功率为P500kW，一昼夜输送电能EPt12000度，终点得到的电能E7200度，因此效率60%.输电线上的电流可由I计算，为I100A，而输电线损耗功率可由P损I2R线计算，其中P损kW200kW，因此可求得R线20.(2)输电线上损耗功率P损2R线，原来P损2200kW，现在要求P损10kW，计算可得输电电压应调节为U22.4kV.