教科版選修32 第二章 7 電能的輸送 學案.docx

目標定位1.了解遠距離輸電線路的基本構(gòu)成.2.掌握遠距離輸電線上的能量損失與哪些因素有關.3.應用理想變壓器、電路知識對簡單的遠距離輸電線路進行定量計算.一、電能輸送中的電能損耗和電壓損失1.輸電線上的電壓損失(1)輸電線路始端電壓u跟末端電壓u的差值，稱為輸電線上的電壓損失，uuu，如圖1所示，電壓損失還可以表示為uir線r線.圖1(2)減少輸電線上電壓損失的方法：減小輸電線的電阻.提高輸送電壓.2.輸電線上的電能損耗(1)損失功率計算：pi2r線，i為輸電電流，r線為輸電線的總電阻.(2)減小輸電線上功率損失的方法：減小輸電線的電阻r線：由r線得，要減小r線，在l保持不變的情況下，可以減小，增大s.減小輸電電流i：由pui得，在輸送功率一定的情況下，提高輸電電壓，即可減小輸電電流.采用高(填“高”或“低”)壓輸電是減小輸電線上功率損失最有效、最經(jīng)濟的措施.深度思考“提高電壓，減小電流”與歐姆定律矛盾嗎？答案不矛盾.歐姆定律是對純電阻耗能元件而成立的定律，而“提高電壓，減小電流”是從輸送角度，由pui，且p一定的條件下得出的結(jié)論，兩者沒有矛盾.例1中國已投產(chǎn)運行的1000kv特高壓輸電，是目前世界上電壓最高的輸電工程.假設甲、乙兩地原來用500kv的超高壓輸電，在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kv特高壓輸電，不考慮其他因素的影響.則()a.輸電電流變?yōu)樵瓉淼?倍b.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉淼?倍c.輸電線上降落的電壓將變?yōu)樵瓉淼膁.輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼慕馕龈鶕?jù)輸送電功率p輸u輸i輸及p輸不變，可知，輸電電流i輸，當u輸變?yōu)樵瓉淼?倍時，i輸變?yōu)樵瓉淼模x項a錯誤；輸電線上降落的電壓u降i輸r線i輸，所以，當輸電電流變?yōu)樵瓉淼臅r，輸電線上降落的電壓也變?yōu)樵瓉淼?，選項b錯誤，c正確；輸電線上損耗的電功率p損ir線i，所以輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼?，選項d錯誤.答案c(1)注意區(qū)別：輸電電壓u與輸電線上降落的電壓u；輸電功率p與輸電線上損失的功率p.(2)抓住不變量：輸送電功率不變，由pui判斷出輸電電流i的變化，從而由uir、pi2r判斷u、p的變化.例2發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為u1，發(fā)電廠至學校的輸電線總電阻為r線，通過輸電線的電流為i，學校輸入電壓為u2，下列計算輸電線功率損耗的式子中，正確的是()a.b.c.i2r線d.i(u1u2)解析輸電線功率損耗p損i2r線iu線，其中u線u1u2，故b、c、d正確.答案bcdp損i2rui.式中必須注意，u為輸電線路上的電壓損失，而不是輸電線電壓.二、高壓輸電線路的分析與計算1.輸送過程圖(如圖2所示)：圖2(1)功率關系p1p2，p3p4，p2pp3能量守恒(2)電壓、電流關系，理想變壓器2.特別強調(diào)(1)升壓變壓器副線圈的電壓不等于降壓變壓器原線圈的電壓，輸電線上的電壓損失ui線r線，輸電線上的功率損耗pir線.(2)輸電線的電阻計算時，應注意輸電線長度為距離的兩倍.深度思考在電能的輸送過程中，u為輸電電壓，r為輸電線電阻，則輸電線中電流為i，對不對？為什么？答案不對.u為輸電電壓，而不是加在輸電導線上的電壓，即uir，而輸電電流可通過求得.例3一臺發(fā)電機最大輸出功率為4000kw、輸出電壓為4000v，經(jīng)變壓器t1升壓后向遠方輸電.輸電線路總電阻r1k.到目的地經(jīng)變壓器t2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220v,60w).若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器t1和t2的損耗可忽略，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則()a.t1原、副線圈電流分別為103a和20ab.t2原、副線圈電壓分別為1.8105v和220vc.t1和t2的變壓比分別為150和401d.有6104盞燈泡(220v,60w)正常發(fā)光解析遠距離輸電的電路如圖所示，在升壓變壓器原線圈中有pu1i1，故得原線圈中電流為103a，在遠距離輸電線路中由pir線得t1副線圈中電流為20a，故選項a正確；在遠距離輸電線路中由pu2i2和i線i2得u22105v，由ui線r線，uu2u3可得t2原線圈電壓為1.8105v，由于燈泡能正常發(fā)光，故t2副線圈電壓為220v，故選項b正確；由變壓器變壓特點知變壓比與匝數(shù)成正比，故可得t1變壓比為150，而t2的變壓比為900011，故選項c錯誤；正常發(fā)光時每盞燈的功率為60w，由90%pnp額，可得n6104盞，故選項d正確.答案abd遠距離輸電問題的四個關鍵：(1)畫出一個模型遠距離輸電模型圖.(2)抓住輸電的兩端電源和用電器.(3)分析兩條導線輸電導線.(4)研究兩次電壓變換升壓和降壓.例4發(fā)電機兩端的電壓為220v，輸出功率44kw，輸電導線的總電阻為0.2，如果用原、副線圈匝數(shù)比為110的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶.(1)畫出全過程的線路示意圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率.解析(1)線路示意圖如圖所示.(2)由圖可知，升壓變壓器副線圈兩端的輸出電壓u2u12200v.據(jù)理想變壓器p入p出，則升壓變壓器副線圈的輸出電流i2a20a，輸電線上的功率損失和電壓損失分別為p損ir線2020.2w80w.u損i2r線200.2v4v.所以降壓變壓器原線圈的輸入電壓和電流為u3u2u損2200v4v2196v，i3i220a.降壓變壓器副線圈的輸出電壓和電流為u4u32196v219.6v，i4i31020a200a.用戶得到的功率為p4u4i4219.6200w4.392104w.(3)若直接用220v低壓供電，線圈示意圖如圖所示，則輸電電流ia200a.輸電線路上的電壓損失uir線2000.2v40v.所以用戶得到的電壓u2u1u220v40v180v，用戶得到的功率為pu2i180200w3.6104w.答案見解析1(輸電線上的損耗)500千伏超高壓輸電是我國目前正在實施的一項重大工程，我省超高壓輸電工程正在緊張建設之中若輸送功率為3 200萬千瓦，原來采用200千伏輸電，由于輸電線有電阻而損失的電功率為p，則采用500千伏超高壓輸電后，在輸電線上損失的電功率為(設輸電線的電阻未變)()a0.4p b0.16p c2.5p d6.25p答案b解析根據(jù)p損r可知：當輸電電壓由200 kv升高到500 kv時，其線路損耗由p減小到0.16p，選項b正確2.(輸電線上的損耗)圖3為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器t的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在t的原線圈兩端接入一電壓uumsint的交流電源，若輸送電功率為p，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為()圖3a.()b.()c.4()2()2rd.4()2()2r答案c解析原線圈電壓的有效值：u1，根據(jù)可得u2，又因為是理想變壓器，所以t的副線圈的輸出功率等于原線圈的輸入功率p，所以輸電線上的電流i，輸電線上損失的電功率為pi22r4r22，所以c正確，a、b、d錯誤.3(遠距離高壓輸電)(多選)如圖4所示，某小型發(fā)電站發(fā)電機輸出的交流電壓為500 v，輸出的電功率為50 kw，用電阻為3 的輸電線向遠處送電，要求輸電線上損失功率為輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器，到達用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20 v供用戶使用(兩個變壓器均為理想變壓器)，對整個送電過程，下列說法正確的是()圖4a輸電線上的損失功率為300 wb升壓變壓器的匝數(shù)比為1100c輸電線上的電流為10 ad降壓變壓器的輸入電壓為4 970 v答案acd解析p損0.6%p300 w，a正確；i線10 a，c正確；u線i線r線30 v，u25 000 v，u3u2u線4 970 v，d正確；，b錯誤4.(遠距離高壓輸電)某小型水力發(fā)電站的發(fā)電輸出功率為5104w，發(fā)電機的輸出電壓為250v，輸電線總電阻r線5.為了使輸電線上損失的功率為發(fā)電機輸出功率的4%，必須采用遠距離高壓輸電的方法，在發(fā)電機處安裝升壓變壓器，而在用戶處安裝降壓變壓器.設用戶所需電壓為220v，不計變壓器的損失.求：(g取10m/s2)(1)輸電線上的電流；(2)升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；(3)可供多少盞“220v,40w”的白熾燈正常工作？答案(1)20a(2)(3)1200盞解析(1)輸電線中電流：p損ir線，得i220a.(2)由pu2i2，得u2v2.5103v.對升壓變壓器：.對降壓變壓器：u3u2ir線(2500205) v2400v，又u4220v，故.(3)n1200(盞).題組一輸電線路中的損耗問題1.(多選)遠距離輸送交流電都采用高壓輸電.我國正在研究用比330kv高得多的電壓進行輸電.采用高壓輸電的優(yōu)點是()a.可節(jié)省輸電線的材料b.可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率c.可減小輸電線上的能量損失d.可加快輸電的速度答案ac2.以下關于電能輸送的分析，正確的是()a.由公式p知，輸電電壓越高，輸電線上功率損失越少b.由公式p知，輸電導線電阻越大，輸電線上功率損失越少c.由公式pi2r知，輸電電流越大，輸電導線上功率損失越大d.由公式pui知，輸電導線上的功率損失與電流成正比答案c解析輸電線損失的功率pi2r，故c正確；a中的u不能用輸電電壓，因uuu3，u為輸電線損失的電壓，u3為用戶端電壓或降壓變壓器的初級電壓，故a、b、d錯誤.3(多選)一項名為“1 100千伏特高壓隔離開關”的“破冰實驗”在我國大興安嶺漠河縣取得成功，標志著我國特高壓輸電技術已突破低溫環(huán)境制約為消除高壓輸電線上的冰凌，利用電流的熱效應除冰若在正常供電時，輸電線上送電電壓為u，電流為i，熱耗功率為p；除冰時，輸電線上的熱耗功率需變?yōu)?p，則除冰時(認為輸電功率和輸電線電阻不變)()a輸電電流為3i b輸電電流為9ic輸電電壓為3u d輸電電壓為u答案ad解析輸電線上的熱耗功率pi2r線，若熱耗功率變?yōu)?p，則9pi2r線，聯(lián)立得i3i，a對；輸送功率不變，即puiui，得uu，所以d對.4.(多選)在遠距離輸電時，輸送的電功率為p，輸電電壓為u，所用導線的電阻率為，橫截面積為s，總長度為l，輸電線損失的功率為p，用戶得到的功率為p，則下列關系式正確的是()a.pb.pc.ppd.pp答案bd解析輸電線電阻為r線，輸電電流為i，故輸電線上損失的電功率為pi2r線2，用戶得到的電功率為pppp.5.照明供電線路的路端電壓基本上是保持不變的，可是我們在晚上七八點鐘用電高峰時開燈，電燈比深夜時要顯得暗些，這是因為此時()a.總電阻比深夜時大，干路電流小，每盞燈分到的電壓就小b.總電阻比深夜時大，干路電流小，每一支路的電流就小c.總電阻比深夜時小，干路電流大，輸電線上損失的電壓大d.干路電流一定，支路比深夜時多，分去了一部分電壓答案c解析此時用電器多，電阻小(因為用電器都是并聯(lián)的)，而變壓器輸出電壓u不變，由i可知，干路電流大，輸電線上損失電壓大，電燈兩端電壓小，故比深夜暗，故c正確.題組二遠距離輸電問題6.(多選)如圖1所示為遠距離高壓輸電的示意圖.關于遠距離輸電，下列表述正確的是()圖1a.增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失b.高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗c.在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小d.高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好答案abd解析導線橫截面積越大，導線的電阻越小，電能損失就越小，a對；在輸送功率一定的前提下，提高輸送電壓u，由i知，電流i減小，發(fā)熱損耗減小，b對；若輸送電壓一定，由i知，輸送的電功率p越大，i越大，發(fā)熱損耗就越多，c錯；高壓輸電要綜合考慮材料成本、技術、經(jīng)濟性等各種因素，不是電壓越高越好，d對.7.如圖2所示，甲是遠距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機輸出電壓隨時間變化的圖像，則()圖2a.用戶用電器上交流電的頻率是100hzb.發(fā)電機輸出交流電的電壓有效值是500vc.輸電線上的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定d.當用戶用電器的總電阻增大時，輸電線上損失的功率減小答案d解析由ut圖像可知，交流電的周期t0.02s，故頻率f50hz，選項a錯誤；交流電的電壓最大值um500v，故有效值u250v，選項b錯誤；輸電線上的電流由降壓變壓器副線圈上的電阻和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定，選項c錯誤；當用戶用電器的總電阻增大時，副線圈上的電流減小，根據(jù)，原線圈(輸電線)上的電流減小，根據(jù)pir得，輸電線損失的功率減小，選項d正確.8.(多選)在如圖3所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的總電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有()圖3a.升壓變壓器的輸出電壓增大b.降壓變壓器的輸出電壓增大c.輸電線上損耗的功率增大d.輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大答案cd解析升壓變壓器原線圈兩端電壓不變，變壓比不變，故副線圈兩端電壓不變，a錯誤；i，u損ir線，u3u2u損，因p變大，i變大，所以u損變大，所以降壓變壓器原線圈兩端電壓u3變小，故降壓變壓器的輸出電壓減小，b錯誤；p損2r線，因p變大，所以p損變大，c正確；，因p變大，所以變大，d正確.9.遠距離輸電的原理圖如圖4所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為u1、u2，電流分別為i1、i2，輸電線上的電阻為r.變壓器為理想變壓器，則下列關系式中正確的是()圖4a.b.i2c.i1u1ird.i1u1i2u2答案d解析根據(jù)理想變壓器的工作原理得i1u1i2u2、.u2不是加在r兩端的電壓，故i2.而i1u1等于r上消耗的功率ir與下一級變壓器的輸入功率之和.選項d正確.10圖5為模擬遠距離輸電實驗電路圖，兩理想變壓器的匝數(shù)n1n42r，忽略燈絲電阻隨溫度的變化當a、b端接入低壓交流電源時()圖5aa1、a2兩表的示數(shù)相同bl1、l2兩燈泡的亮度相同cr1消耗的功率大于r3消耗的功率dr2兩端的電壓小于r4兩端的電壓答案d解析遠距離輸電過程中，應用高壓輸電能夠減小輸電線上的功率損失，r1上消耗的功率小于r3上消耗的功率，c項錯；而比較兩個不同輸電回路，輸電線電阻相同，