湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 5.5 电能的输送 导学案

湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 5.5 电能的输送 导学案

‎ 5.5 电能的输送 导学案 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1．知道什么是输电导线上的功率损失和如何减少功率损失．‎ ‎2．知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失．‎ ‎3．理解为什么远距离输电要用高压．‎ ‎【学习重点和难点】‎ 重点：理解减少电能损失的两条途径。 难点：远距离输电回路的分析。‎ ‎【自主学习】‎ 一、降低输电损耗的两个途径 ‎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．降低输电损耗的两个途径 ‎(1)输电线上的功率损失：ΔP＝ ，I为输电电流，r为输电线的电阻．‎ ‎(2)降低输电损耗的两个途径 ‎①减小输电线的 ：在输电距离一定的情况下，为了减小 ，应当选用 的金属材料，还要尽可能增加导线的 ．‎ ‎②减小输电导线中的 ：为减小输电 ，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电 ．‎ 二、电网供电 ‎1．远距离输电基本原理：远距离输电的基本电路，如图所示．‎ 在发电站内用 变压器 ，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器降压降到所需的电压．‎ ‎2‎ ‎．电网：通过输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成的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)减少 的风险，调济不同地区电力供需的平衡，保障供电的 ．‎ ‎(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．‎ ‎【精讲点拨】‎ 一、输电电压与损失电压、输送功率与损失功率概念分析 远距离输电原理示意图及输电过程(如上图所示)‎ ‎1．输电(送)电压是指加在高压输电线始端的电压，即升压变压器的输出电压U2.‎ ‎2．损失电压是指降落在输电线路上的电压，即ΔU=U线=I线R线．‎ 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落，致使输电线路末端的电压U3比起始端电压要低，这就是输电线路上的电压损失ΔU＝U2－U3.对于交流输电线路来说，造成电压损失的原因既有电阻又有感抗和容抗．其中电阻造成的电压损失ΔU=U线=I线R线．高中阶段在计算中只考虑输电线路电阻所造成的电压损失．‎ 例、随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U1，输电导线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是(　　)‎ A．输电线上损耗的功率为 B．输电线上损耗的功率为 C．若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电 D．采用更高的电压输电会降低输电的效率 二、如何分析远距离输电回路 ‎1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图所示，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．‎ ‎2．电路被划分为几个独立的回路，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．‎ ‎(1)第一个回路： I1＝I机 ， U1＝U机 ， P1＝P机 ， P1＝U1I1‎ ‎(2)第二个回路：①电流关系：I2＝I线＝I3 ②电压关系：U2＝ΔU＋U3 ③功率关系：P2＝ΔP＋P3‎ P3＝U3I3 ， P2＝U2I2‎ ‎(3)第三个回路：I4＝I用， U4＝U用， P4＝P用， P4＝U4I4‎ ‎(4)第一个回路与第二个回路之间 ＝　P1＝P2　＝ ‎(5)第二个回路与第三个回路之间 ＝　P3＝P4　＝ 例、如图所示，学校有一台应急备用发电机，内阻为r＝1Ω，升压变压器匝数比为n1∶n2＝1∶4，降压变压器的匝数比为n3∶n4＝4∶1，输电线总电阻为R线＝4Ω，全校有22间教室，每间教室安装“220 V,40 W”的电灯6盏，要求所有的电灯都正常发光，求：(1)输电线上损耗的电功率P损多大？‎ ‎(2)发电机的电动势E多大？‎ ‎【典例剖析】‎ 例1、某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是6 Ω.‎ ‎(1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率和用户得到的电压．‎ ‎(2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降压，求用户得到的电压．‎ ‎【跟踪发散】 (2020·福建理综)中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为(　　)‎ A．　　　　　 B． C．2P D．4P 例2、一座小型水电站，水以‎3 m/s的速度流入水轮机，而以‎1 m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低‎1.6 m，水的流量为‎1 m3‎/s，如果水流损失的机械能有75%供给发电机．求：(g取‎10 m/s2)‎ ‎(1)若发电机效率为80%，则发电机的输出功率为多大；‎ ‎(2)若发电机的输出电压为240 V，输电线的总电阻 Ω，允许损失的电功率为输出功率的5%，用户所需电压为220 V，则在送电过程中所用的升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少．‎ ‎【跟踪发散】某发电站的输出功率为104 kW，输出电压为4 kV，通过理想变压器升压后向‎80 km远处用户供电．已知输电线的电阻率ρ＝2.4×10－8 Ω·m，导线横截面积为1.5×10－‎4 m2‎，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．‎ ‎【达标检测】‎ ‎1．下列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采用高压输电 C．减小输电导线上电压损失的唯一方法是增大输电线的横截面积 D．实际输电时，要综合考虑各种因素，如输电功率大小、距离远近、技术和经济条件等 ‎2．远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是(　　)‎ A．输电线上的电压损失跟输电电压成正比 B．输电线上的功率损失跟输电电压成正比 C．输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比 D．输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比 ‎3．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I＝ B．输电线上的电流I＝ C．输电线上损失的功率P＝()2R D．输电线上损失的功率P＝ ‎4．在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，输电导线电阻率为ρ，截面面积为S，导线的总长度为L.输电线上损耗的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则P′和P用的关系式正确的是(　　)‎ A．P′＝　　　　B．P′＝ C．P用＝P－ D．P用＝P ‎5．(2020·浙江理综)某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给‎500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV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2.0×‎‎105 A B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW D．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻 ‎6．某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电．已知输电线的总电阻为R，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，降压变压器副线圈两端交变电压u＝220 sin 100 πt V，降压变压器的副线圈与阻值R0＝11 Ω的电阻组成闭合电路．若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．通过R0电流的有效值是‎20 A B．降压变压器T2原、副线圈的电压比为4∶1‎ C．升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压 D．升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率 ‎7．如下图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(　　)‎ A．升压变压器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少时，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 ‎8．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升压变压器升压，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，经降低变压器降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 ‎9．(2020·江苏单科)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有(　　)‎ A．升压变压器的输出电压增大 B．降压变压器的输出电压增大 C．输电线上损耗的功率增大 D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 ‎10.如右图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中电流表的示数为‎1 A，下列说法正确的是(　　)‎ A．变压器输出端所接电压表的示数为20 V B．变压器的输出功率为200 W C．变压器输出端的交流电的频率为50 Hz D．穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 Wb/s ‎11．(2020·全国Ⅱ)图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)．下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是(　　)‎ ‎12．某变电站用220 V的电压送电，导线损失的功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少？‎ ‎13、发电机的输出端电压为220V，输出功率为44 kW，输电线总电阻为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的降压变压器降压后给用户供电．(1)求用户得到的电压和功率；‎ ‎(2)若不用升压和降压而直接向用户供电，求用户得到的电压和功率．‎