高中物理《电能的输送》教案6

111电能的输送新知识课 3月4日教学目标：知识与技能：（1）知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。（2）知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失。（3）知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失。（4）理解远距离输电要用高压。过程与方法：培养学生阅读、分析、综合和应用能力。情感、态度与价值观：（1）培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。（2）介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。教学重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少P与U损失。教学难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压U. 教学过程：新课导入：需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此要把电站的电能向外输送，有的需要输送到很远的地方，这就涉及电能的输送问题。用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，这是电能的一个突出优点。那么，电能在输送过程中要注意哪些问题呢？新课教学：输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障。保质，就是保证电能的质量电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。我们重点讨论怎样减少输电过程中的电能损失。（一）输电线的功率损失：1、任何输电线都有电阻，存在功率损失。由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。这是输电线上功率损失的主要原因。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：设输送的电功率为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，则输电电流为。输电一电阻为。输电线上的功率损失可表示为。2、减少功率损失的方法：（1）减少输电线的 R：减小输电线长度：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小来减小R。减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。增大导线的横截面积S：这要多耗费金属材料，增加成本；同时输电线太重也会给架设工作带来很大的困难。实际上，有时即使把横截面积增大到什么惊人甚至做不到的程度，也不能把功率损失降低到要求的范围以内。我们可计算一下，把功率为200kW的电能用铝导线输送到10km以外的地方，要使功率损失为输送功率的10%，用110V的电压输电，导线的横截面积大约需要96000mm2，显然太粗。（2）减小输电电流：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少损耗的目的。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，输电线上的功率损失降为原来的1/n2倍。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。在上面的例子中，如果其他条件不变，把输电电压提高100倍，即用11kV的电压输电，导线的横截面积大约只需9.6 mm2。（二）输电线的电压损失：由于输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降，致使输电线路末端的电压U比起始端电压U要低。这个差值为输电线的电压损失。1、电压损失：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，；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的电压损失。交流通过输电导线时，由于自感电动势阻碍电流的变化，会产生感抗。导线架在空中，和大地这一导体之间构成电容器，存在容抗。高中阶段计算时只考虑输电线电阻所造成的电压损失。3、减少输电线上电压损失的方法：（1）用增大输电导线的截面积来减小电阻，对低压照明电路有效，对高压输电线路效果不佳。（2）减小输电电流I：在输送电功率不变的情况下，提高输电电压是有效的措施。根据以上分析，采用高压输电，以减小输电线上的电流，是减小功率损失和电压损失最有效、最经济的措施。当时输电电压也不是越高越好，电压越高，对输电线绝缘的要求越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。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要求等，依照不同情况选择适合的输电电压。如果输送功率比较大，输电距离比较远，就要采用较高的电压输电。电压低了，势必要加大导线的横截面积。如果输送功率不太大，距离也不太长，就不必要用太高的电压输电。电压高了反而增加花在绝缘上的费用，而且导线因机械强度的限制又不能太细。目前我国远距离送电采用的电压有110kV、220kV和330kV，输电干线已经采用500 kV的超高压、西北电网的电压甚至达到750 kV。（三）电网供电：一般发电机组输出的电压在十千伏上下，不符合远距离送电的要求。因此，要在发电站内用升压变压器升压后再向远距离送电。到了用电区，先在“一次高压变电站”降到100kV左右，在更接近用户的地点再由“二次变电站”降到十千伏左右。然后，一部分电能送往需要高电压的工厂，另一部分送到低压变电站降到220V/380V，送给一般用户。发电厂升压变压器高压输电降压变压器用户现在采用的输电方式是通过网状的输电线、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。采用电网送电，可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。电网可以减少断电的风险，调节不同地区电力供需的平衡，保证供电的质量。使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就使得电气化社会的主要能源电力的供应更加可靠，质量更高。我国远距离高压输电的原理如下图所示：设发电机的输出功率为P，则功率损失为：用户得到的功率为电压损失为，则例1、在电能输送过程中，若输送电功率一定，则在输电线上的功率损失（ ACD ）A、随输电线电阻的增大而增大B、与输送电压的平方成正比C、与输电线上电压损失的平方成正比D、与输电电流的平方成正比【解析】输电线上的功率损失，电压损失，输电电流I=P/U，所以，可见功率P一定时，随R的增大而增大；与I2成正比；与成正比；与U2成反比。例2、发电机输出功率40kW，输出电压400V，用变压比（原、副线圈匝数比）为1：5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5，到达用户后再用变压器降为220V，求：（1）输电线上损失的电功率是多少？（2）降压变压器的变压比是多少？【解析】（1）发电机输出的电压为400V，经升压变压器后电压，由输电线上的功率损失（2）输电线上的电压损失=205V=100V，加在降压变压器原线圈上两端的电压， U4=220V。降压变压器的变压比例3、一台交流发电机的输出电压为250V，输出功率为100kW，向远处输电所用输出线的总电阻为8，要使输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户正好得到220V的电压，则供电处的升压变压器和用户的降压变压器原、副线圈的匝数比各是多少？【解析】升压变压器原线圈两端电压U1=250V，通过电流输电线的功率损失，降压变压器次级线圈电流（用户电流）升压变压器原、副线圈匝数比，降压变压器原、副线圈匝数比小结：这节课主要学习了：（1）输电导线上功率损失，电压损失。（2）提高输电电压是减小功率损失和电压损失的有效途径。111