1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-2 交变电流 第五章 第五节 电能的输送第五章 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 8易错案例剖析 6课堂知识构建 7学习目标定位了解电能的输送过程，知道交变电流便于远距离输送知道输电线上的功率损失和减少功率损失的方法理解为什么远距离输电要用高压课堂情景切入在公路旁、旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去这些高压输电线(如图所示)，有的电压高达100 000V以上，为什么要用高电压输电呢？知识自主梳理1可靠保证供电线路_工作。2保质保证供电质量电
2、压和频率要_。3经济线路建设和运行的费用低成本低，能耗_。输送电能的基本要求正常稳定少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。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_。I2r电阻电阻电阻率小横截面积电流电流电压1远距离输电基本原理在发电站内用_变压器，然后进行远距离输电，在用电区域通过_变压器降到所需的电压。2电网通过网状的输电线、_，将许多电厂和广大用户_，形成的全国性或地区
3、性的输电网络。电网供电升压降压变电站连接起来3电网送电的优点(1)降低一次能源的_，获得最大经济效益。(2)减小_的风险，调剂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_。运输成本断电质量更高重点难点突破一、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要低，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减小输电线路电压损失的两种方法减小输电线路电阻减小输电电流I由PUI可知
4、，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流。由 RlS可知，间距一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻。特别提醒：输电电压是指加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。我国农村电网的低压改造已基本结束，低压改造使我国广大农民获得了实惠。农村电网改造前，某些村庄经常出现以 下 现 象(离 变 压 器 较 远 的 用 户)：导学号 12220277(1)电灯不亮，达不到额定功率，换额定功率越大的灯泡越是不亮；(2)日光灯不能启动；(3)洗衣机没劲等。尤其是节假日，这些现象更明显，这是为什么呢？解析：低压输电线较细，电阻较大，另外当输电功率一定时，由于电压
5、低，故输电电流IP/U较大。因此输电线上的电压损失UIR线较大，致使末端用户得到的电压远低于额定电压(有时才160V)，到了过节的时候，各家用电器增多，线路电流又会增大，导线上分压更多，用户电压更低，这些现象更加明显。经过低压改造后，以上现象不明显了。二、输电导线上的功率损失1功率损失的原因输电导线有电阻，电流通过电阻时，电能必有一部分转化为内能而损失掉。2功率损失大小的计算(1)PI2R，I为输电线路上的电流，R为线路电阻；(2)PU2R，U 为输电线路上损失的电压，R 为线路电阻；(3)PUI，U为输电线路上损失的电压，I为线路上的电流；3减少损耗的方法据P损I2R可知，减小输电线路上功率
6、损失的方法主要有两种：(4)P(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。a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Rb减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料c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线的电阻 R，据 RLSa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根据以上分析知，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。减小输电电流 I，据 IPUb提高输电电压 U：在输送功率 P 一定，输电线电阻 R一定的
7、条件下，输电电压提高到原来的 n 倍，据 P 损PU2R知，输电线上的功率损耗将降为原来的 1n2特别提醒：(1)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。(2)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。(3)发电站的输送功率取决于用户消耗的功率，不是由发电站输出的功率决定用户和线路消耗的功率。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，那为什么还要采用高压输电？导学号 12220278答案：输电功率PUI，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，可减少输电电流，从而减少输电线上的电能损失。三、高压输电线
8、路的分析与计算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(输送回路)中几个电压的理解(1)输送电压：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(UU2U3I2R)，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UIR可知有两种：(1)减小输电线路的电阻。(2)减小输
9、电电流I，即提高输电电压。5基本关系式(1)功率关系P1P2，P3P4，P2P线P3(2)电压、电流关系U2UU3，I2I3I线U1U2n1n2I2I1，U3U4n3n4I4I3(3)输电电流：I 线P2U2P3U3U2U3R线(4)输电导线上损耗的电功率：P 线I 线 UI2线R 线P2U22R 线如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是 导学号 12220279()A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电
10、压越高越好答案：ABD解析：远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗，由 P 失I2R 可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减小输电中的能量损失：一是减少输电线的电阻，由RLS 知，A 正确。二是减小输电电流，B 正确。若输电电压一定，由 PUI 知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗 P 失I2R 越大，C 错误。在影响高压输电的因素中另一个重要因素是电晕放电引起的电能损耗，在输出电压越高时，电晕放电引起的电能损失越大，D 正确。点评：分析此类问题时要弄清输电导线的电阻是输电能耗和电压损失的原因所在，在高压输电中灵活运用焦耳定律、欧姆定律，抓住电功率的决定因素，
11、把握好能耗与损失电压的平方成正比、与输送电压的平方成反比。考点题型设计输电线上的功率与电压损失如图所示为远距离交流输电的简化电路图。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 是 I2。则导学号 12220280()A用户端的电压为I1U1/I2B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为IrD输电线路上损失的电功率为I1U解析：本题考查远距离输电，解题关键是弄清远距离输电的原理和方法。根据变压器的原理，有U2U1n2n1I2I1n1n2答案
12、：A所以用户端电压 U2I1I2U1，A 正确；输电线上的电压降，UI；rUU1，B 错误；理想变压器的输入功率 P1U1I1，C 错误；输电线上损失功率 P 损I21rI1(UU1)，D 错误。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，下列说法中正确的是(不考虑电抗产生的损失)导学号 12220281()A功率损失是原来的1nB功率损失是原来的 1n2C电压损失是原来的1nD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，则输电电流 IPU，线路的功率损失 P 损I2rP2rU2，可知 P
13、损 1U2，当输电电压 U 升高为原来的 n 倍时，功率损失变为原来的 1n2，故 B 正确；线路上的电压损失 U 损IrPrU，可知 U 损1U，当输电电压升高为原来的 n 倍时，电压损失变为原来的1n，故 C 正确。远距离输电线路的分析应用有一台内阻为 1 的发电机，供给一个学校照明用电，如图，升压变压器匝数比为，降压变压器匝数比，输电线总电阻 R 4。全校共 22 个班，每班有“220V,40W”灯 6 盏，若 保 证 全 部 电 灯 正 常 发 光，则：导学号 12220282(1)发电机输出功率多大？(2)发电机电动势多大？(3)输电的效率是多少？解析：发电机的电动势E，一部分降在电
14、源内阻上，即I1r，另一部分为发电机的路端电压U1，升压变压器副线圈电压U2的另一部分降在输电线上，即I2R，其余的就是降压变压器原线圈U2；而U3应为灯的额定电压U额，具体计算由用户向前递推即可(1)对降压变压器：U2I2U3I3nP灯22640W5 280W而 U241U3880V，I2 nP灯U25 280880 A6A对升压变压器：U1I1U2I2I22RU2I2624W5 280W5 424WP 出5 424W(2)U2U2I2R880V64V904VU114U214904V226V又 U1I1U2I2 I1U2I2U1 4I224AEU1I1r(226241)V250V(3)P有用
15、P出 100%5 2805 424100%97%答案：(1)5 424W(2)250V(3)97%(山东师大附中 20142015 学高二检测)如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压 U1、输电线的电阻和理想变压器匝数均不变，且 n1n2n4n3。当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是 导学号 12220283()A用户的电压U4增加B恒有U1U2U4U3C输电线上损耗的功率减小D发电机的输出功率不变答案：B解析：当用户消耗的功率增大时，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，可知输电线上的电功率损耗增大、电压损耗增大，又因发电机的输出电压U1不变，则U2不变，可知降压变压器的输入
16、电压减小，所以用户得到的电压U4减小，故AC错误。因为原、副线圈的电压比等于匝数之比，则U1U2n1n2，U3U4n3n4，因为n1n2n4n3，所以U1U2U4U3，故B正确。发电机的输出功率等于用户消耗的功率加上输电线上损耗的功率，故D错误。开放探究供电线路一般是固定的，而用电设备往往要在离供电线路较远的地方工作，在麦收季节，电工将一电动机在变压器房接入电路时能正常工作，但将电动机抬到打谷场上带动脱粒机工作时，启动相当困难，将电动机拆下，用电压表测量两根输电线间的电压时示数正常，你能分析其中的原因吗？导学号 12220284解析：从变压器房到打谷场的导线是有电阻的，启动电动机时，电流较大，
17、输电导线分得的电压也大，电动机实际得到的电压较低，所以启动相当困难，用电压表测量两根电线间电压时，由于电压表内阻很大，线路中电流很小可视为零，输电线路损失电压也为零，因此电压表示数正常。点评：本题创新之处在于理论联系实际，将刚刚学过的输电的理论知识应用到实际生活中去，解决实际问题。解决本题必须分析电动机两端电压不足的原因，从输电线上损失的电压，电动机两端得到的电压展开分析，即可解决问题。寒冷的冬季，低温雨雪冰冻天气容易让高压输电线因结冰而损毁。2015 年 1 月 30 日早晨，湖南 29 县市出现电线结冰，积冰直径最大达 90mm(如图)，为清除高压输电线上的结冰，一项名为“1 100 千伏
18、特高压隔离开关”的“破冰实验”在我国大兴安岭漠河县取得成功，标志着我国特高压输电技术已突破低温环境制约。为消除高压输电线上的冰，假设利用电流的热效应除冰。若在正常供电时，高压线上输电电压为 U，电流为 I，热消耗功率为 P 损；除冰时，输电线上的热功率需要变为9P损，则 除 冰 时(认 为 输 电 功 率 和 输 电 线 电 阻 不变)导学号 12220285()A输电电流为3I B输电电流为9I答案：ADC输电电压为 3UD输电电压为13U解析：输电线上的功率损失为 P 损I2R 线(PU)2R 线，由该式可知要使 P 损增大到原来的 9 倍，输电电流应变为原来的 3倍或输电电压应变为原来的
19、13，故 A、D 正确。易错案例剖析易错点：在远距离输电问题中，对输送电压、损失电压的关系理解不好案例：某发电站用 11kV 交变电压输电，输电线的电阻为R，现若用变压器将电压升高到 220kV 送电，输送功率不变，下面说法正确的是 导学号 12220286()A因 IUR，所以输电线上的电流增为原来的 20 倍B因 IPU，所以输电线上的电流减为原来的 120C因 PU2R，所以输电线上损失的功率为原来的 400 倍D若要使输电线上损失的功率不变，可将输电线的电阻增为原来的 20 倍易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因A、C此处的电压U是输送电压，与输电线电阻R不对应，将输送电压误认为是电压损失D在PI2R中，忽略了平方关系正确答案：B正确解答：电压提高了 20 倍，由公式 IPU可知，电流将是原来的 120，选项 A 错误，B 正确。再由 P 损(PU)2R，输电导线不变时，损失的功率减小为原来的 1400，选项 C 错误；在功率损失不变的情况下，输送电压的平方与导线电阻成反比，从而得出电阻增为原来的 400 倍，选项 D 错误。课堂知识构建课 时 作 业（点此链接）