魯科版選修32 電能的遠距離傳輸 第1課時 教案.docVIP

4.3電能的遠距離傳輸教學目標 1知道“便于遠距離輸送”是電能的優(yōu)點之一知道輸電的過程了解遠距離輸電的原理。2知道什么是輸電導線上的功率和電壓損失和如何減少功率和電壓損失。3理解各個物理量的概念及相互關(guān)系。重點難點 重點：理論分析如何減少輸電過程的電能損失、遠距離輸電的原理難點：遠距離輸電原理圖的理解設(shè)計思想 遠距離輸電的過程中，電能損失到底多少？如何減少這種損失？為什么要采用高壓輸電的方法？對于這些問題的回答，學生單憑已有的理論知識和生活經(jīng)驗，往往會覺得無從下手。如果在教學過程中輔以具體生動的演示實驗，邊觀察、邊提問、邊啟發(fā)，并通過一些具體的案例分析增強學生的感性認識，不但能夠降低學生的思維難度，還能調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，分析解決問題的能力。教學資源 ppt課件教學設(shè)計【課堂引入】人們常把各種形式的能（如水流能、燃料化學能、核能）先轉(zhuǎn)化為電能再進行傳輸，這是因為電能可以通過電網(wǎng)來傳輸，那么電能在由電廠傳輸給用戶過程中要考慮什么問題？這節(jié)課我們就來學習遠距離輸電的知識。（ppt投影“西電東送”圖片）【課堂學習】學習活動1：電能輸送中的電壓損失和電能損失用戶發(fā)電站u、pir/2upr/2問題：你能設(shè)計從發(fā)電站到用戶的輸電線路嗎？（投影學生設(shè)計方案，設(shè)出物理量，建立模型）問題1：遠距離輸電過程中，為什么有電能損耗？試求按設(shè)計電路輸電，損失的電壓和功率。例1、發(fā)電站輸電功率為10kw，采用400v的電壓輸電，線路總電阻為10，求：（1）輸電導線中的電流是多少a？線路損失的電壓是多少v？用戶得到的電壓是多少v？（2）輸電線上損失的電功率是多少？用戶得到的功率是多少？設(shè)發(fā)電站輸送電壓為u、輸送功率為p，線路總電阻為r，用戶得到的電壓為u，得到的功率為p。求線路上損失的電壓為u損，損失的功率為p損。（1）p=ui，i=p/u=10000/400=25a； u損=ir=2510=250v；uu-u損400-250=150v（2）p損i2r=25210=6250w；pp-p損10000-6250=3750w問題2：采用哪些措施可以減少輸電線上的電能損耗？；措施：減小輸電線電阻r（有限）；減小輸電電流i由知：提高輸送電壓u學習活動2：遠距離輸電系統(tǒng)問題：根據(jù)以上討論，你能進一步完善你的輸電系統(tǒng)嗎？eu4n4n3n2n1u3u2u1sr用戶（投影交流供電系統(tǒng)示意圖和模式圖）問題1:例2、將發(fā)電站發(fā)出的400v電壓通過升壓變壓器，采用10kv電壓輸送10kw的電功率，線路總電阻為10。（1）升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少？（2）輸電導線中的電流是多少？線路損失的電壓是多少？（3）若降壓變壓器的匝數(shù)比為45:1，用戶得到的電壓是多少v？輸電線損失的電功率是多少？用戶得到的功率有多少？解析：（1）由得（2），,（3）,，,問題2:請比較兩種輸電方法的輸電效率。結(jié)論：高壓輸電提高輸電效率【課堂總結(jié)】1遠距離輸電的處理思路對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機升壓變壓器遠距離輸電線降壓變壓器用電器”，或按從“用電器”倒推到“發(fā)電機”的順序一步一步進行分析2遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(1)功率關(guān)系：p1p2，p3p4，p2p損p3.(2)電壓、電流關(guān)系：，u2uu3，i2i3i線(3)輸電電流：i線.(4)輸電線上損耗的電功率：p損i線uir線()2r線當輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的.【板書設(shè)計】【課堂反饋】1高壓輸電電壓為u，輸電線電阻為r，則下列說法正確的是()a若發(fā)電機輸出功率不變，使輸出電壓變大，則輸電線損失功率變小b輸電線上損失的功率為p，故導線電阻越大，損失的功率越小c通過輸電線的電流為i，故輸電電壓越高，電流越大，損失的功率越大d以上說法都不對解析：pi2r2r，p與u2成反比，故a正確；b、c混淆了輸送電壓u和損失電壓u，故b、c錯誤答案：a2遠距離輸送一定功率的交流電，若輸電線電阻一定，下列說法正確的是()a輸電線上的電壓損失跟輸電電壓成正比b輸電線上的功率損失跟輸電電壓成正比c輸電線上的功率損失跟輸電電壓的平方成反比d輸電線上的功率損失跟輸電線上的電壓損失的平方成正比解析：此題容易犯的錯誤是將輸電電壓與損失電壓相混，由p而選b.正確的思路是由i線可知pr線，c對ur線，a錯p，d對答案：cd3水電站向小山村輸電，輸送電功率為50 kw，若以1 100 v送電，則線路損失為10 kw，若以3 300 v送電，則線路損失可降為()a3.3 kwb1.1 kwc30 kw d11 kw解析：由pui，pi2r可得：pr，所以當輸送電壓增大為原來的3倍時，線路損失變?yōu)樵瓉淼?，即p1.1 kw.答案：b4.某交流發(fā)電機輸出功率為5105 w，輸出電壓為u1.0103 v，假如輸電線的總電阻r10 ，在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5%，用戶使用電壓u用380 v。(1)畫出輸電線路的示意圖(下圖)。(標明各部分的符號)(2)所用升壓和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是多少？(使用的變壓器是理想變壓器)解：(1)引導學生畫出電路。(2)引導學生寫出各部分關(guān)系式uu1n1n2 i2i1n1n2u2u用n1n2 i3i2n1n2u1u損u2pp損p用戶p損iri1500 ap損5%p5%5105 w2.5104 wp損iri250 ai3所以，。5風力發(fā)電作為新型環(huán)保新能源，近幾年來得到了快速發(fā)展，如下圖所示風車陣中發(fā)電機輸出功率為100kw，輸出電壓是250v，用戶需要的電壓是220v，輸電線電阻為10.若輸電線因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：(1)在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(2)用戶得到的電功率是多少答案：(1)1:20240:11(2)96kw解析：(1)輸電線損失的功率p損p4%100kw4%4kw.輸電線電流i2a20a.升壓變電器輸出電壓u2v5103v.升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比：.電壓損失u損i2r線2010v200v.降壓變壓器原線圈端電壓u3u2u損4800v.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比.(2)用戶得到的電功率即降壓變壓器的輸出功率為p用pp損p(14%)10096%kw96kw.【課后測評】1遠距離輸送交流電都采用高壓輸電，我國正在研究用比330 kv高很多的電壓進行輸電采用高壓輸電的優(yōu)點是()a可節(jié)省輸電線的銅材料b可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率c可減少輸電線上的能量損失d可加快輸電的速度解析：本題考查輸電過程由于遠距離輸電，往往輸送電功率一定，根據(jù)pui，輸送電壓u越高，則輸送電流i越小，根據(jù)p線i2r，當要求在輸電線損耗一定的情況下，輸電線電阻可略大，導線可做得細一些或選擇電阻率略大的材料(非銅材料)；若輸電線確定，即r確定，則可減小線路上的能量損耗，故a、c兩項正確而交流電的頻率是一定的，不需調(diào)節(jié)，輸電的速度就是電磁波的傳播速度，也一定，故b、d兩項錯誤答案：ac2如下圖為遠距離輸電線路的示意圖：若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是()a升壓變壓器原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無關(guān)b輸電線中的電流只由升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定c當用戶用電器的總電阻減少時，輸電線上損失的功率增大d升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓解析：變壓器輸入功率、輸入電流的大小是由次級負載消耗的功率大小決定的，選項a、b錯誤用戶的總電阻減小，據(jù)p，消耗的功率增大，輸電線電流增大，線路損失功率增大，c項正確，升壓變壓器的輸出電壓等于輸電線路電阻上損失電壓加上降壓變壓器輸入電壓，d項錯誤答案：c3在如圖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()a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解析：升壓變壓器的輸出電壓由電源電壓及匝數(shù)比決定，輸出功率變大時升壓變壓器的輸出電壓不變，a項錯誤由i可知當輸出功率增大時輸出電流增大由u損ir及p損i2r可知u損及p損均增大故c項正確當u損增大時降壓變壓器的輸出電壓減小，b選項錯誤由p損r可知r.當輸出功率增大時輸電線損耗比例增大，d項正確答案：cd4某小型水電站的電能輸送示意圖如下圖所示，發(fā)電機的輸出電壓為220 v，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2.降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220 v的用電器正常工作，則()a.b.c升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓d升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率解析：根據(jù)理想變壓器的電壓關(guān)系可知，由于輸電線上存在電壓損失，所以u2u3，則，a正確，b、c錯誤；在遠距離傳輸過程中，輸電線上存在功率損失，故d正確答案：ad5一臺發(fā)電機最大輸出功率為4 000 kw，電壓為4 000 v，經(jīng)變壓器t1升壓后向遠方輸電輸電線路總電阻r1 k.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(220 v，60 w)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()at1原、副線圈電流分別為103 a和20 abt2原、副線圈電壓分別為1.8105 v和220 vct1和t2的變壓比分別為150和401d有6104盞燈泡(220 v、60 w)正常發(fā)光解析：t1原線圈的電流為i1 a1103 a，輸電線上損失的功率為p損i22r10%p1，所以i2 a20 a，選項a對；t1的變壓比為；t1上副線圈的電壓為u250u12105 v，t2上原線圈的電壓為u3u2i2r2105 v20103 v1.8105 v，選項b對；t2上原、副線圈的變壓比為，選項c錯；能正常發(fā)光的燈泡的盞數(shù)為：n6104(盞)，選項d對答案：abd6有一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1001，原線圈上所加電壓為23 kv，副線圈通過總電阻為2 的供電導線向用戶供電，用戶用電器得到的電壓是220 v，求供電導線上損耗的功率解析：設(shè)原線圈上所加電壓為u1，匝數(shù)為n1，副線圈上兩端電壓為u2，匝數(shù)為n2，有副線圈兩端通過導線向用戶供電，設(shè)用戶電壓為u3，導線上的電壓為u4，有u2u3u4導線上損失功率為p由式得p2/r w50 w.答案：50 w7某村在距村莊較遠的地方修建了一座小型水電站，發(fā)電機輸出功率為9 kw，輸出電壓為500 v，輸電線的總電阻為10 ，允許線路損耗的功率為輸出功率的4%，求：(1)村民和村辦小企業(yè)需要220 v電壓時，求所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各為多少；(不計變壓器的損耗)(2)若不用變壓器而由發(fā)電機直接輸送，村民和村辦小企業(yè)得到的電壓和功率各是多少解析(1)建立如圖所示的遠距離輸電模型，要求變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，先要知道原、副線圈兩端的電壓之比本題可以線路上損耗的功率為突破口，先求出輸電線上的電流i線，再根據(jù)輸出功率求出u2，然后再求出u3.由線路損耗的功率p損ir線和p損4%p出可得i線 a6 a又因為p輸出u2i線，所以u2 v