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文档介绍
【物理】2019届一轮复习教科版电能的输送学案
2019届一轮复习教科版 电能的输送 学案 [学习目标定位] 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题. 1.电阻定律:在温度不变时,同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比,导体电阻与构成它的材料有关,即R=ρ. 2.电功率P=UI,热功率P=I2R. 3.理想变压器原、副线圈的三个关系: P原=P副,=,=. 一、电能输送中的电压损失和电能损耗 1.如图1所示,U损=Ir,P损=I2r. 图1 2.无论是为减小电压损失还是减小能量损耗,都要求使用高电压送电. 二、远距离输电系统 远距离输电的基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区域通过降压变压器降到所需的电压. 三、直流输电 当交流输电功率很大时,电感、电容引起的电压及电能损失很大,所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电.现代的直流输电,只是在高压输电这个环节中使用直流. 解决学生疑难点 一、电能输送中的电压损失和电能损耗 [问题设计] 如图2所示,假定输电线路中的电流是I,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,输送功率为P,发电厂输出的电压为U.那么: 图2 (1)远距离大功率输电面临的困难是什么? (2)输电线上功率损失的原因是什么?功率损失的表达式是什么?降低输电损耗的两个途径是什么? (3)为什么远距离输电必须用高压呢? 答案 (1)在输电线上有功率损失. (2)由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为电热而损失掉了.这是输电线上功率损失的主要原因. 功率损失表达式:ΔP=I2r,所以降低输电损耗的两个途径为:①减小输电线的电阻r;②减小输电电流I. (3)因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI得,要减小输电电流I,必须提高输出电压U. [要点提炼] 输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为R,电流为I) 1.电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值.ΔU=U-U′=IR. 2.功率损失 (1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP=I2R. (2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为ΔP=,ΔP=ΔU·I. 3.减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R=ρ可知,距离l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. (2)减小输电电流I 由P=UI可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流. 二、远距离输电电路中的各种关系 [问题设计] 某发电站向远处送电的示意图如图3所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路. 图3 (1)结合闭合电路的知识,分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计). (2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系? 答案 (1)第一个回路:P1=U1I1 第二个回路:U2=ΔU+U3,P2=ΔP+P3=IR+P3 第三个回路:P4=U4I4 (2)若两个变压器为理想变压器,则有:=、=、P1=P2;=、=、P3=P4. [要点提炼] 远距离输电问题的分析 1.解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,参考图3,并将已知量和待求量写在电路图的相应位置. 2.分析三个回路,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. 3.综合运用下面三方面的知识求解 (1)能量守恒: P=U1I1=U2I2=P用户+ΔP ΔP=IR P用户=U3I3=U4I4. (2)电路知识:U2=ΔU+U3 ΔU=I2R (3)变压器知识:== ==. 其中ΔP=I2R,ΔU=I2R往往是解题的切入点. 一、输电线上功率损失的计算 例1 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦. (1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少? (2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的比例是多少? (3)若将电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的比例是多少? 解析 (1)由P=UI得I===2 500 A (2)输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=2 5002×2×10 W=1.25×108 W 损失功率与输出功率之比为== (3)将电压升高至50万伏时,I′===1 000 A 输电线上损失的功率ΔP′=I′2·2r=1 0002×2×10 W=2×107 W 损失功率与输出功率之比为== 答案 (1)2 500 A (2)1.25×108 W (3)1 000 A 2×107 W 二、远距离输电问题 例2 发电机的输出电压为220 V,输出功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω,如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户,则: (1)画出全过程的线路示意图; (2)求用户得到的电压和功率; (3)若不经过变压而直接将电送到用户,求用户得到的电压和功率. 解析 (1)示意图如图所示 (2)升压变压器的输出电压U2=U1=×220 V=2 200 V 根据升压变压器输出功率等于输入功率知,升压变压器输出电流为I2== A=20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=20×0.2 V=4 V PR=IR=202×0.2 W=80 W 降压变压器上的输入电流和输入电压分别为I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V 降压变压器上的输出电压和输出电流分别为 U4=U3=×2 196 V=219.6 V I4=I3=10×20 A=200 A 用户得到的功率为 P4=I4U4=200×219.6 W=4.392×104 W (3)若不采用高压输电,用220 V低压直接供电时,电路如图所示,则输电电流I== A=200 A,输电线路上的电压损失 UR′=IR=200×0.2 V=40 V 所以用户得到的电压为 U4′=U1-UR′=220 V-40 V=180 V 用户得到的功率为P4′=IU4′=200×180 W=3.6×104 W 答案 (1)见解析图 (2)219.6 V 4.392×104 W (3)180 V 3.6×104 W 1.(输电线上功率损失的计算)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 答案 A 解析 在超高压输电中,设输送电功率为P′,输电电压为U,输电线电阻为R ,则输电线上损耗的电功率为P=2R,当输电电压升为原来的2倍时,输电线损耗的电功率变为原来的,故选A. 2.(输电线上功率损失的计算)在远距离输电时,输送的电功率为P,输送电压为U,所用导线的电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为L,输电线损失的电功率为P′,用户得到的电功率为P用,则P′、P用的关系式正确的是 ( ) A.P′= B.P′= C.P用=P- D.P用=P(1-) 答案 BD 解析 输电线电阻R=ρ, 输电电流I=, 故输电线上损失的电功率为: P′=I2R=()2ρ= 用户得到的功率为: P用=P-P′=P(1-). 故选B、D. 3.(远距离输电问题)在如图4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( ) 图4 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 答案 CD 解析 发电厂的输出电压不变,升压变压器的输入电压不变,输出电压不变,选项A错误;随着发电厂输出功率的增大,输电线中电流增大,输电线上损失的电压(ΔU=IR)增大,降压变压器的输入电压减小,降压变压器的输出电压减小,选项B错误;随着发电厂输出功率的增大,输电线中电流增大,输电线上损耗的功率(ΔP=I2R) 增大,选项C正确;输电线上损耗的电功率ΔP=I2R=2R,输电线上损耗的功率占总功率的比例=P输,选项D正确. 4.(远距离输电问题)某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW,输出电压为250 V,现准备向远处输电.所用输电线的总电阻为8 Ω,要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%.用户获得220 V电压,求应选用匝数比分别为多大的升压变压器和降压变压器? 答案 1∶16 190∶11 解析 依题意作出输电示意图如图所示,升压变压器原线圈的电流为 I1== A=400 A.当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时,输电线中的电流为I2,则IR线=5%P. 所以I2= = A=25 A 升压变压器T1的匝数比为:===. 则U3=U2-R线·I2=3 800 所以===. 题组一 减小输电损失的途径 1.中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高,农民负担过重,其客观原因是电网陈旧老化.近来,农村进行电网改造,为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有( ) A.提高输送功率 B.增大输送电流 C.提高输电电压 D.减小输电导线的横截面积 答案 C 解析 电费高低与线路损耗有关,损耗越大,电费越高,减少损耗的途径:一、减小输电导线中的电流,即可提高输电电压;二、减小输电线的电阻,即增大导线的横截面积,故C正确. 2.如图1所示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( ) 图1 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少电路的发热损耗的 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,不一定是电压越高越好 答案 ABD 解析 依据输电原理,电路中的功率损耗ΔP=I2R线,而R线=ρl/S,增大输电导线的横截面积,可减小输电线的电阻,则能够减小输电过程中的电能损失,选项A正确;由P输=UI知,在输送功率P输一定的情况下,输送电压U越大,则输电电流I越小,则电路中的功率损耗越小,选项B正确;若输电电压一定,输送功率P输越大,则电流I越大,电路中损耗的电功率越大,选项C错误;因为输电电压越高,对于安全和技术的要求也越高,因此并不是输电电压越高越好,高压输电必须综合考虑各种因素,选项D正确.所以该题正确选项为A、B、D. 题组二 输电线上功率损失的计算 3.输电线路的总电阻为R,发电站输出功率为P,输电电压为U,则用户得到的功率为( ) A.P B.P-()2·R C.P- D.()2·R 答案 B 解析 用户得到功率P得=P-I2R=P-()2·R,所以B正确. 4.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至用户的输电导线的总电阻为R,通过输电导线的电流为I,输电线末端的电压为U2,下面选项表示输电导线上损耗的功率的是 ( ) A. B. C.I2R D.I(U1-U2) 答案 BCD 解析 输电线上功率损耗ΔP=I2R==I·ΔU,而ΔU=U1-U2,故B、C、D正确. 5.输电导线的总电阻为R,输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电,则两次输电线上损失的功率之比为( ) A.U1∶U2 B.U∶U C.U∶U D.U2∶U1 答案 C 解析 由P=UI得输电线中的电流I=.输电线上损失的功率P损=I2R=()2R=,即在输送功率和输电线电阻不变的情况下,损失的功率与输电电压的平方成反比.所以两次输电线上损失的功率之比P损1∶P损2=U∶U,选项C正确. 6.某发电厂原来用11 kV的交变电压输电,后来改用升压变压器将电压升到220 kV输电,输送的电功率都是P.若输电线路的电阻为R,则下列说法中正确的是( ) A.根据公式I=,提高电压后输电线上的电流降为原来的 B.根据公式I=,提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍 C.根据公式P损=I2R=R,提高电压后输电线上的功率损失减为原来的 D.根据公式P损=,提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍 答案 AC 解析 输电线上电流为I=,也可以用I=来表示,其中ΔU为输电线电阻R两端的电压,而不是输送电压,故A正确,B错误;输电线上的功率损失为P损=I2R=R,C正确;如果用P损=,则U应为R两端的电压ΔU,故D错误. 题组三 远距离输电问题 7.某小型水电站的电能输送示意图如图2所示,发电机的输出电压为200 V,输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则( ) 图2 A.> B.< C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 答案 AD 解析 由于输电线上的功率损耗,故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,故选项D正确.=,=,因为U1=200 V查看更多