高中物理4 电能的输送学案及答案

电能的输送学案

【学习目标】

1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程

2．知道降低输电损耗的两个途径

3．了解电网供电的优点和意义

【重点难点】

找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。

 [预习案]1先通读教材，完成助读，熟记并理解基本知识，再完成检测；2独立完成，用时20分钟

一、教材助读

 1、输送电能的基本要求是什么？

输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。

2、远距离大功率输电面临的困难是什么？

在输电线上有功率损失。

3、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？

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。

设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r.

根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。

4、如何减小输电线的电阻呢？

根据电阻定律可知r=ρ，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：

①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.

②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.

③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。

5、电功率损失和电压损失

⑴功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。出现功率损失。△P=           。

⑵、电压损失：远距离输送电能，线路中电阻R上消耗部分电压。△U=          。

6、减少功率损失和电压损失的方法：

⑴、                  ⑵、                 

7、高压输电网络及各物理量间关系：

⑴、远距离输电线路图：

⑵、常用分析公式：

①、输电电流：I2=            

②、输电导线损失的电功率：

   P损=             

③、输电导线损失的电压： U损=             

二、预习自测

1．输电线上的功率损失P＝________，降低输电损耗的两个途径为：

____________________，____________________.

2．远距离输电基本原理：在发电站内用________变压器______电压，然后进行远距离输电，在用电区域通过______变压器______所需的电压．

3．下列关于电能输送的说法中正确的是(　　)

A．输送电能的基本要求是可靠、保质、经济

B．减小输电导线上功率损失的惟一办法是采用高压输电

C．减小输电导线上电压损失的惟一方法是增大输电线的横截面积

D．实际输电时，要综合考虑各种因素，如输电功率大小、距离远近、技术和经济条件等

4．如图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(　　)

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，不一定是电压越高越好

 [探究案] ---- 合作学习：讨论、展示、点评、大胆质疑、共同探究（分组实验）

探究点一  降低输电损耗的两个途径

问题1  如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材64页“思考与讨论”中的问题。

问题2以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。

探究点二  电网供电

问题3大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？请据我国远距离高压输电情况画一画远距离高压输电的原理图，并写出该电路中的电压损失及功率损失？

问题4是不是输电电压越高越好？为什么？

针对训练：

1、在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损失的电功率：（   ）

A．随输电线电阻的增大而增大

B．和输送电压的平方成正比

C．和输电线上电压降落的平方成正比

D．和输电线中电流强度的平方成正比

2、输电线的电阻共计r，输送的电功率为p，输电电压为U，则用户能得到的电功率是（   ）

A. P          B.P－(P/U)r          C.I2R         D. (P/U)r

3、用6600V和220V两种电压输电，若输送的功率和输电线的电阻相同，则低压输电线与高压输电线上损失功率之比是（   ）

A. 1：900                    B. 900：1

 C. 1：30                     D. 30：1                 

4、一个小水电站输出电功率为20kw，输电线总电阻为0.5Ω，如果先用400V的电压送电，后改用2000V电压输电，则输电电压提高后输电线上损失的电功率的变化情况是:（   ）

A、减少50W   B、减少1200W  C、减少7.68W     D增加7.68W

[归纳总结]

[反馈测评]

1．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线电阻为R，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线损耗的式子中，正确的是(　　)

A.                  B.

C．I2R                 D．I(U1－U2)

2．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是(　　)

A．输电线上的电流I＝

B．输电线上的电流I＝

C．输电线上损失的功率P＝()2R

D．输电线上损失的功率P＝

3．一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＝1 kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V，60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则(　　)

A．T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A

B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V

C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1

D．有6×104盏灯泡(220 V,60 W)正常发光

4．某小型水电站的电能输送示意图如图所示，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(　　)

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

5．发电机的端电压220 V，输出电功率44 kW，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为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送到用户，求用户得到的电压和功率．

6．在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为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，则下列关系式正确的是(　　)

A．P′＝                B．P′＝

C．P用＝P－             D．P用＝P(1－)

                                  参考答案

一、教材助读

1、输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。

2、在输电线上有功率损失。

3、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。

设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r.

根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。

4、根据电阻定律可知r=ρ，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：

①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.

②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.

③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。

二、预习自测

1．I2r　减小输电导线的电阻　减小输电导线中的电流

2．升压　升高　降压　降到

3．AD   4．ABD　

问题

1. 在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。

2. 采用高压输电。在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的。在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的。

3. 在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压.我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。

设发电机的输出功率为P，则功率损失为

ΔP=I22R

用户得到的功率为P用=P-ΔP.

输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU.

4. 不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。

二．针对训练

1.ACD   2. B   3. B  4. A

三、反馈测评

1．BCD　[输电线的损耗P损＝I2R线＝＝IU线

其中U线＝U1－U2，故B、C、D正确．]

点评　计算功率损失常用公式P损＝IR线和P损＝，特别在利用P损＝时要注意U线是R线上的电压．

2．BC　[输电线上的电流I线＝＝故A错误，B正确；输电线上的功率损失P＝IR＝()2R＝，故C正确，D错误．]

点评　由功率损失P＝()2R线知：当输送功率P输一定时减少输电线上功率损失的方法为提高输电电压或减小输电导线的电阻．

3．ABD　[输电线上消耗的功率P线＝IR＝400 kW，则I2＝＝20 A，又P1＝U1I1，则I1＝＝103 A，故A正确；T1的变压比＝＝，又P＝U1I1＝U2I2，得U2＝2×105 V，输电线上损失电压U线＝I2R＝2×104 V，则T2原线圈的输入电压U3＝U2－U线＝1.8×105 V，又灯泡正常发光，T2的副线圈的电压为220 V，B正确；T2的变压比＝＝，C错误；根据U3I2＝60n，解得n＝6×104，D正确．]

点评　远距离输电线路图如下

各物理量有下列关系

①电压关系：U发＝U1，＝，U2＝U3＋U损，＝，U4＝U用；

②电流关系：n1I1＝n2I2，I2＝I线＝I3，n3I3＝n4I4；[来源:Zxxk.Com]

③功率关系：P发＝P1＝P2，P2＝P3＋P损，P3＝P4＝P用，

P损＝I2R线，P损＝2R线，P损＝IU损．

4．AD　[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．P出－P损＝P入，故D正确.＝，＝，因为U1＝200 V<U4＝220 V，U2>U3＝U2－U线，故>，选项A正确．]

点评　在理解电压关系时，可把输电线路理解为三个闭合回路．如图

第一个回路发电机是电源，升压变压器的原线圈是用电器，若输电线电阻忽略则有U发＝U1；第二个回路升压变压器副线圈是电源，降压变压器的原线圈为用电器，则有U2＝U线＋U3；第三个回路降压变压器副线圈为电源，用户为用电器，若输电线电阻忽略则有U4＝U用．

5．(1)见解析　(2)219.6 V　4.392×104 W

(3)180 V　3.6×104 W

解析　(1)示意图如下图所示

(2)升压变压器次级的输出电压

U2＝U1＝×220 V＝2 200 V

据升压变压器输出电功率等于输入电功率知，升压变压器次级输出电流

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

加到降压变压器初级上的输入电流和电压为

I3＝I2＝20 A

U3＝U2－UR＝2 200 V－4 V＝2 196 V

降压变压器次级的输出电压和电流为

U4＝·U3＝×2 196 V＝219.6 V[来源:Zxxk.Com]

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，电路如下图所示，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[来源:学+科+网]

用户得到的功率为P4′＝IU4′＝200×180 W＝3.6×104 W

方法总结　(1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图，并画出示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上．

(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系．

6．BD　[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＝

用户得到的电功率为P用＝P－P′＝P.故B、D正确．]

方法总结　在远距离输电问题中，也要时刻注意能量守恒这一线索，即发电机的总功率应等于线路上损失的热功率和用户得到的功率之和(在不考虑变压器自身的能量损失的条件