1、5 电能的输送学习目标素养提炼1.知道电能输送的基本要求及电网供电的优点2.知道远距离输电时输电线的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算.物理观念：输入功率、路损功率、输出功率、发电机回路、输送回路、输出回路科学思维：(1)体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计供电框架图(2)利用输电规律进行远距离输电的定量计算科学探究：探究远距离输电降低输电损耗的两个途径.01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03随堂 演练达标04课后 达标检测一、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
2、电能的质量和稳定3经济：输电线路建造和运行的费用低，电能少二、降低输电损耗的两个途径1输电线上的功率损失：P，I 为输电电流，r 为输电线的电阻电压频率损耗I2r2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，应当选用小的金属材料，还要尽可能增加导线的(2)减小输电线中的：为减小输电，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要输电电压电阻电阻电阻率横截面积电流电流提高思考如图为一高压危险标志，随着电压的增加，用电危险性也会跟着增加，为什么要采用高压输电？提示：输电功率 PUI，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，可减小输电电流，从而减少输电线上的电能损失三、电网供
3、电1远距离输电基本原理在发电站内用升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器将电压降到所需的电压2电网通过的输电线、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升压变压器网状输电网络3电网输电的优点(1)降低一次能源的，获得最大经济效益(2)减小断电的风险，不同地区电力供需的平衡，保障供电的(3)合理电力，使电力的供应更加可靠，质量更高判断辨析(1)一般发电机组输出电压在 10 kV 左右，符合远距离输电的要求()(2)现在世界各国普遍采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式()(3)采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益()运输成本调剂质量调度要点
4、一 输电线上的电压和能量损失探究导入 远距离输电过程中，输电线上不可避免地有电压和能量损失，可通过哪些措施来降低输电线路的损失？提示：输电线路上的损失功率为 PI2r，所以有两个途径可减少电能的损失，一是减少输电线路的电阻；二是减小输电导线中的电流1输电线路上的电压损失(1)电压损失：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比起始端电压低，这就是输电线上的电压损失(2)原因：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，在高中阶段只考虑输电线路中电阻所造成的电压损失(3)减少输电线路电压损失的两种方法：减小输电线路电阻：由 RLS可
5、知，距离一定时，输电导线使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻减小输电电流：由 IPU可知，当输送功率一定时，升高输电电压可以减小输电电流2输电导线上的电功率损失(1)电功率损失原因：任何输电导线都有电阻，因此当电流通过输电导线向远方输送时，输电线因有电阻而发热功率损失的计算aPI2R，I 为输电线路上的电流，R 为线路电阻bPU2R，U 为输电线路上损失的电压，R 为线路电阻cPUI，U 为输电线路上损失的电压，I 为线路中的电流dP(PU)2LS，P 为输送电功率，U 为输电电压，为电阻率，L 为输电线的总长度，S 为横截面积(2)减少功率损失的方法根据公式 P 损I2R 可知，减
6、少输电线路上功率损失的方法主要有两种：减小输电线的电阻 R，根据 RLS判断：减小输电线长度 L，由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小 L 来减小 R；减小电阻率，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；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减小输电电流 I，根据 IPU判断：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，根据 P 损(PU)2R 知，输电线上的功率损耗将降为原来的 1n2.特别提醒(1)输电电压是指加
7、在高压输电线起始端的电压 U，损失电压是指降落在输电线路上的电压 UIR.(2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上消耗的功率(3)无论从减少输电线路上的功率损失，还是减少电压损失来看，都要求提高输电电压，以减小输电电流典例1 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小型发电站，输送的电功率 P500 kW，当使用 U5 kV 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 4 800 kWh.求：(1)输电效率 和输电线的总电阻 r.(2)若想使输电效率提高到 98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？思路点拨 输
8、电线上损失的功率为 P 损I2r，输电功率 PUI，要提高输电效率，就要提高输电电压解析(1)输送功率 P500 kW，一昼夜输送电能 EPt12 000 kWh输电线上损失的电能 E4 800 kWh终点得到的电能EEE7 200 kWh所以输电效率 EE 100%60%输电线上的电流 IPU100 A输电线上损耗的功率 PrEt 200 kW输电线的电阻 rPrI220.(2)Pr(PU)2r要求输电线上损耗的功率 Pr2%P10 kW，输电电压应调节为UrPrP22.4 kV.答案(1)60%20 (2)22.4 kV总结提升(1)计算输电线上损失的功率可以有多种方法：P 损I2R 线U
9、2损R线U 损I.(2)用户得到的功率可以根据用户所用的用电器去求，也可以根据公式 P用P输P 损去求1(多选)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，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降低电压后再输送至各用户设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致()A升压变压器初级线圈中的电流变小B升压变压器次级线圈两端的电压变小C高压输电线路的电压损失变大D降压变压器次级线圈两端的电压变小解析：用电器电功率增加导致输出功率变大，在输出电压一定时，使输出电流变大，由于 UIR，所以输出电流变大导致输电线路的电压损失变大，从而导致降压变
10、压器初级线圈电压变小，次级线圈电压也变小，所以选项 C、D 正确答案：CD2(多选)在远距离输电中，输电导线的总电阻为 R，升压变压器输出的电压为 U1，输出功率为 P，降压变压器得到的电压为 U2，则下面表示导线上的功率损失正确的式子是()A.U21R B(PU1)2RC.U1U22RD.U21R U22R解析：升压变压器的输出电压为 U1，降压变压器的输入电压为 U2，则输电线上的电压损失 UU1U2，升压输电线上损失的功率 P 损UI(U1U2)I，P 损UIU2R U1U22R，因为输电线上的电流为 I，则输电线上损失的功率 P损I2R(PU1)2R，故 B、C 正确，A、D 错误答案
11、：BC要点二 高压输电线路的分析与计算探究导入 高压输电可以减少输电线上的电压和能量损失(1)如何完成高压输电和低压用电？(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？提示：(1)利用升压器提高电压进行远距离输电，到达用户利用降压变压器提供低压用电(2)对于升压变压器：U1U2n1n2，I1I2n2n1，P1P2.对于降压变压器：U3U4n3n4，I3I4n4n3，P3P4.1输送过程图2输电过程电路被划分为三个独立的回路，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3对高压输电中几个电压的理解(1)输
12、送电压：输电线始端电压，如图中的 U2.(2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的 U4.(3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(U 线U2U3I2R 线)，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4减小输电线路上电压损失的方法根据 U 线I 线R 线可知有两种：(1)减小输电线路的电阻(2)减小输电电流即提高输电电压5基本关系式(1)功率关系P1P2，P2P 线P3，P3P4.(2)电压、电流关系U1U2n1n2I2I1，U3U4n3n4I4I3，U2U 线U3，I2I3I 线(3)输电电
13、流：I 线P2U2P3U3U2U3R线.(4)输电导线上损耗的电功率P 线I 线U 线I2线R 线(P2U2)2R 线特别提醒在高压输电线路中升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，但升压变压器的输出电流等于降压变压器的输入电流典例2 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果风车阵中某发电机输出功率为 100 kW，输出电压是 250 V，先后经过一升压变压器和一降压变压器传输后送到用户，设用户得到的电压是 220 V，输电线总电阻为 10.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的 4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比各为多少？(2)用户得到
14、的电功率是多少？解析(1)输电线中损失的功率为：P 损P14%I22R得 I220 A，由 I1P1U1得 I1400 A故升压变压器原、副线圈匝数比为：n1n2I2I1 120输电线上损失的电压为：U 损I2R200 V输送电压为 U2，由n1n2U1U2得 U25 000 V降压变压器原线圈两端的电压为：U3U2U 损4 800 V故降压变压器原、副线圈匝数比为：n3n4U3U4，即n3n424011.(2)用户得到的电功率为：P 用P1P 损，即 P 用96 kW.答案(1)120 24011 (2)96 kW总结提升远距离输电问题的分析思路(1)明确远距离输电的过程，画出输电的过程图(
15、2)清楚远距离输电过程图的三个独立的回路(3)变压器是连接三个回路的关键，明确各个回路的电压、电流间的关系(4)利用输电电压、输电功率或输电线的功率损失与输电线的电阻计算输电电流(5)分清输电电压和输电线上的电压，确定输电功率、输电线损失功率和用户得到的功率(6)根据欧姆定律确定用户回路中各个元件的电压、电流和功率3如图为远距离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()A输电线路上损失的电功率 I1UB输电线上的电压降为 UC理想变压器的输入功率为
16、 I21rD用户端的电压为I1U1I2解析：发电厂的输出电压是 U，末端间的电压为 U1，输电线路上损失的电功率是I1(UU1)，故 A 错误；发电厂的输出电压是 U，所以输电线上的电压不可能降为U，故 B 错误；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，所以输电线损耗的功率是 I21r，故 C 错误；由于输电线与用户间连有一理想变压器，设用户端的电压是 U2，则 U1I1U2I2，得 U2I1U1I2，故 D 正确答案：D4(多选)一台发电机最大输出功率为 4 000 kW，电压为 4 000 V，经变压器 T1升压后向远方输电，输电线路总电阻 R 线1 k，到目的地经变
17、压器 T2 降压，负载为多个正常发光的灯泡(规格为“220 V 60 W”)若在输电线路上损耗的功率为发电机输出功率的 10%，变压器 T1 和 T2 的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()AT1 原、副线圈电流分别为 103 A 和 20 ABT2 原、副线圈电压分别为 1.8105 V 和 220 VCT1 和 T2 的变压比分别为 150 和 401D有 6104 盏灯泡(220 V 60 W)正常发光解析：根据题意画出输电线路示意图如图所示对升压变压器有 P1U1I1，可知 I1103 A，由输电线上损耗的功率 P 损I22R 线400 kW 可知，输电线上电流为 I220 A
18、，A 项正确；T1 的变压比为 n1n2I2I1150，根据 n1n2U1U2，得 U22105 V，输电线上损失电压 U 线I2R线2104 V，则变压器 T2 的输入电压为 U3U2U 线1.8105 V，又灯泡正常发光，可知 T2 的输出电压 U4 为 220 V，B 项正确；T2 的变压比为 n3n4U3U41.8105220，C 项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率 U3I360 Wn，解得 n6104，D 项正确答案：ABD远距离输电在实际中的应用当今社会，人类生产生活所依赖的一切经济活动的场合都与电力的应用息息相关，发电类型逐渐多样化，例如热电站、水电站、核电站、风力发电等把
19、电站产生的电能输送给用户，为了减少在输电线路上的损耗，常常采用高压输电(1)远距离输电基本过程示意图(2)线路设计要求：安全、可靠、高效的输送电能(3)物理规律变压器的规律能量守恒定律.5有一条河流，水的流量为 Q2 m3/s，落差 h5 m，现利用其发电，若发电机的总效率为 50%，输出电压为 240 V，输电线总电阻 R30，水的密度 1.0103kg/m3，允许损失的电功率为发电机输出电功率的 6%.(1)为满足用电的需求，使用户获得 220 V 的电压，分别求输电线路使用的理想升压变压器、降压变压器的原、副线圈的匝数比(2)如果输送的电能供“220 V 100 W”的电灯使用，正常发光
20、的电灯的盏数为多少？解析：(1)远距离输电的示意图如图所示发电机的输出功率 P 总Qgh5104 W设输电线上的电流为 I，则电功率损失 P 损I2R所以输电线中的电流为IP损R P总0.06R51040.0630 A10 A升压变压器原线圈两端的电压U1240 V副线圈的输出电压为U2P总I 510410 V5103 V故升压变压器原、副线圈的匝数比为n1n2U1U2240(5103)6125输电线上的电压损失为UIR1030 V300 V降压变压器原线圈两端的电压为U3U2U5103 V300 V4 700 V降压变压器副线圈的输出电压为 U4220 V故降压变压器原、副线圈的匝数比为n3
21、n4U3U44 70022023511.(2)设正常发光的电灯的盏数为 N，则NP总P损P灯510451040.06100470(盏)答案：(1)升压变压器原、副线圈的匝数比为 6125 降压变压器原、副线圈的匝数比为 23511(2)470 盏1关于电能输送的以下分析，正确的是()A由公式 PU2R 知，输电电压越高，输电线上功率损失越少B由公式 PU2R 知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少C由公式 PI2R 知，输电电流越大，输电线上功率损失越大D由公式 PUI 知，输电导线上的功率损失与电流成正比解析：输电导线上损失的功率 P 损I2RU2R，U 指输电线上损失的电压，而不是输电
22、电压故 C 正确答案：C2通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率 P，原线圈的电压 U 保持不变，输电线路的总电阻为 R.当副线圈与原线圈的匝数比为 k 时，线路损耗的电功率为 P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到 nk，线路损耗的电功率为 P2，则 P1 和P2P1分别为()A.PRkU，1n B(PkU)2R，1nC.PRkU，1n2D(PkU)2R，1n2解析：原线圈的电流为 I1PU，由于 P、U 不变，故 I1 不变，由I1I2n2n1k 得 P1I22R(PkU)2R；由 I1I2n2n1 nk 得 P2I22R(PnkU)2R，则P2P1 1n2，故选项 D正确答案：D3
23、如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则()A用户用电器上交流电的频率是 100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是 500 VC输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小解析：由 u-t 图象可知，交流电的周期 T0.02 s，故频率 f1T50 Hz，选项 A错误；交流电的电压最大值 Um500 V，故有效值 UUm2250 2 V，选项 B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原、副线圈的匝数比决定，选项 C 错误；当用户用电器的总电阻增大时，降压器副线圈上的电流减小，根据
24、I1I2n2n1，原线圈(输电线)上的电流减小，根据 PI21R 得输电线损失的功率减小，选项 D 正确答案：D4如图所示，一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为 500 kW，输出电压为 500 V，升压变压器 B1 原、副线圈的匝数比为 110，两变压器间输电导线的总电阻为 2.降压变压器 B2 的输出电压为220 V，不计变压器的损耗求：(1)输电导线上损失的功率；(2)降压变压器 B2 的原、副线圈的匝数比解析：(1)根据U1U2n1n2得 U2n2n1U15 000 V，则输电导线上的电流 I2 PU2100 A，损失的功率为 PI22R20 kW.(2)输电导线上损失的电压 UI2R200 V，U3U2U4 800 V，所以n3n4U3U424011.答案：(1)20 kW(2)2401104课后 达标检测