鲁科版 物理 选修3-2 4.3 电能的远距离传输

欢迎进入物理课堂 第3节电能的远距离传输 课标定位 学习目标 1 知道 便于远距离输送 是电能的优点之一 知道输电过程 2 理解为什么远距离输电要用高压 3 知道输电线上电压和电功率的损失和如何减少损失 重点难点 高压输电的原理及功率损耗计算 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第3节 课前自主学案 课前自主学案 一 为什么要采用高压输电1 电功率损失 电流流过输电导线时 电流的热效应会引发 的损失 损失的电功率P 即在输电线路上由于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 因此 可以考虑通过减小输电线 或减小输送 来减少电能输送时的电功率损失 电功率 I2R 电阻 电流 2 电压损失 导线有电阻 输电线上 损失 损失的电压U IR 使得用电设备两端的电压比供电电压 对于交流输电线路 和 总称为电抗 也会造成电压损失 在输送电功率不变的前提下 要减少电压损失 只能采取 输电电流的方法 电压 低 感抗 容抗 减小 3 高压输电 减小 就要增粗导线 增粗导线又带来两个不利 其一 耗费更多的金属材料 其二 会使电抗更大 造成更大的电压损失 只有 输电电流才会避免上述问题 由P UI可知 在保证输送电功率P不变的情况下 必须提高输送 才能减小电流I 输送一定功率的电能 输送电压越高 输电线中电流越小 导线因发热而损耗的电能就越 输送线路中电压的损失也就越 电阻 减小 电压U 少 小 思考感悟 二 高压交流输电1 在发电站内要使用 将电压提升 然后向远处送电 到达目的地后 根据不同的需求再用 经2 3次降压 才输送给用户 2 现代供电系统把许多发电站连为一体 构成庞大的交流输电网 这就要求电网中的每台发电机发出的交流电并网时必须做到同步 即交变电流的 必须相同 并联输电线中的交变电流的 必须相同 升压变压器 降压变压器 频率 相位 三 高压直流输电1 高压直流输电系统主要由 直流线路和 三部分构成 实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流 发电环节和用电环节仍是交流 输电过程中只用两根导线 2 在电能的传输方面 高压直流输电比高压交流输电有许多优越性 第一 使用的输电线材料方面直流比交流可以节省 电杆塔结构也比交流电简单且省地 第二 稳定的直流输电不存在 引起的损耗 第三 不需考虑电网中的各台交流发电机的 运行问题 虽然优点多多 但在换流设备的制造 价格等方面还存在问题 整流站 逆变站 1 3 感抗和容抗 同步 核心要点突破 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年台州高二检测 在远距离输电过程中 为减少输电线路上的电能损失 可采用的最佳方法是 A 使输电线粗一些B 减短输电线长度C 减少通电时间D 采用高压输电解析 选D 减小输电线的长度不可行 因为要保证输电距离 采用直径更大的导线 可适当增大横截面积 太粗不可能 既不经济又架设困难 减少用电时间也不可以 要保障工农业生产及居民正常生活用电 提高输电电压 减小输电线上的电流是减少电能损失的最佳方法 选D 二 含变压器在内的高压输电线路的分析与计算1 输电过程如图4 3 1所示 电路被划分为三个独立的回路 在每个回路中 变压器的原线圈是回路的用电器 而相应的副线圈是下一个回路的电源 每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律 串 并联电路规律 而变压器的电压 电流 功率关系是联系不同回路的桥梁 图4 3 1 特别提醒 1 用户消耗的功率决定输送功率 即用户和线路总共消耗多少功率 发电站就输送多少功率 这是能量守恒定律和变压器原理的体现 2 抓住输电的两头 电源和用电器 分析一条线 输电线 研究两次电压变换 升压变压器和降压变压器 3 注意输送电压 功率 损失电压 功率 用户电压 功率 三者区别和数量关系 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图4 3 2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 图4 3 2 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 课堂互动讲练 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 2 4 10 8 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 2 输电线路上的电压损失U损 I 2r 125 12 8 2V 3 2kV 答案 1 80kV 2 3 2kV 方法总结 远距离输电中 必须区分输电电压及输电导线上的损失电压 输电导线损失功率就是由于其电阻R发热损失的功率 计算时要紧扣P损 I2R去思考 发电机的端电压220V 输出电功率44kW 输电导线的电阻为0 2 如果用初 次级匝数之比为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 画出全过程的输电线路示意图 2 求用户得到的电压和功率 思路点拨 远距离输电问题 先画出示意图 抓住功率 电压 电流 电阻之间的关系 列出相应方程 然后求解 自主解答 1 输电线路示意图如图4 3 3所示 图4 3 3 答案 见自主解答 变式训练如图4 3 4所示 某小型水电站发电机的输出功率为10kW 输出电压为400V 为了减小向用户供电过程中产生的电能损失 使用2kV高压输电 最后用户得到220V电压 9 5kW的电功率 求 图4 3 4 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全