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教科版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的传输备课ppt课件
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这是一份教科版 (2019)选择性必修 第二册4 电能的传输备课ppt课件，共36页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、电能输送中的电压损失和电能损耗1.电能输送的原因能源资源与 分布的不均衡。 2.输送电路中的电压损失与功率损耗(1)设输电电流为I,输电线电阻为r,则损失的电压U损=I·r,损耗的电功率P损=I2r。(2)减小损耗的方法。①减小输电线的 ,即在输电线长度L和材料一定的情况下,增大导线横截面积S。 ②减小 ,由P=UI知,可以通过 来减小I。
二、远距离输电系统1.基本环节 输送功率一定发电厂(站)➡升压变压器➡高压输电线路➡降压变压器➡用户2.电路原理图
三、直流输电(1)直流输电的优点:不存在 和 引起的电能损失。 (2)直流输电的基本过程:
情境链接为了减少输电线上的电功率损失,通常需要提高输电电压和减小输电导线的电阻。但有同学从下列论证中得出了相反结论:“设输电电压为U,输电导线电阻为R,功率损失P= 。因此,要降低损失的功率,就应降低输电电压和增加输电线的电阻。”请问:这位同学的论证过程错在哪里?
提示 公式P= 中电压是输电线电阻两端的电压,并非是输电电压,根据P送=IU,P损=I2R可知,降低损失功率应提高电压或减小输电线电阻。
教材拓展阅读教材P78“发展空间”——《无线充电》。回答:无线充电的原理是利用近场感应来实现的,通常无线充电有哪些形式?
提示 电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。
易错辨析(1)仅仅从减少能量损耗的角度看,在输送功率一定的情况下,输电电压越高,损耗的能量越少。( )(2)在输送功率和输电电压一定,使用同种材料的导线时,越粗的导线损失的电压越小。( )(3)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( )(4)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。( )(5)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大。( )
探究点一 输电线上的电压和能量损失
中国发布“双碳战略”,计划到2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体,特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若保持输送电能总功率、输电距离不变的情况下,从原来的150 kV高压输电升级为1 350 kV的特高压输电,若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的多少?
提示 由公式P=UI可知,在输电功率不变的情况下,电压升高为原来的9倍,则输送电流变为原来的 。
1.输电线上的电压损失ΔU输电线上的电压损失ΔU是输电线路始端电压U与输电线路末端电压U'的差值,ΔU=U-U'=IR线= R线。2.输电线上的功率损失ΔP(1)原因:输电线有电阻R线,电流I流过输电线时,电流的热效应引起电功率的损失。(2)计算式:①ΔP=I2R线;②ΔP=ΔUI;
3.减少电压损失和功率损失的方法(1)减小输电线的电阻R线:根据R线= 知,可减小电阻率ρ,目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料;也可增大导线的横截面积S,但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。(2)减小输电电流I:根据 可知,在输送功率P与输电线电阻R线一定的条件下,输电电压提高到原来的n倍,输送电流可减为原来的 ,输电线上的功率损失将降为原来的 。
特别提示 计算功率损失和电压损失的三点提醒(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U,损失电压是指在输电线路上损失的电压ΔU=I输R线。(2)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损失的功率。
【例1】 (多选)(2023河南高二期末)如图甲所示,我国西部山区建有许多水电站,极大改善了当地居民的生产、生活。某水电站远距离输电的原理图如图乙所示,T1为升压变压器,其原、副线圈匝数比为k1,输电线总电阻为R,T2为降压变压器,其原、副线圈匝数比为k2,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电机输出的电压恒为U,若由于用户端用户数量变化,使得输电线输送电流增加ΔI,则下列说法正确的是( )
A.输电线损失的功率增加(ΔI)2RB.用户端电压减少了 ΔI·RC.发电机输送功率增加k1UΔID.用户端电压减少量与用户端电流增加量的比值不随ΔI的变化而变化
对点演练1(2023浙江温州高二期末)如图所示,高压输电线是远距离传输电能的重要组成部分,下列关于高压输电线的说法正确的是( )A.输电线应选用电阻率大的金属材料B.高压输电线比普通导线粗,目的是增大导线电阻C.输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击D.在输送功率一定时,输电线上损失的功率跟输送电压的平方成正比
解析 输电线应选用电阻率小的金属材料制作,故A错误;高压输电线比普通导线粗,目的是减小导线电阻,故B错误;输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击,故C正确;在输送功率一定时,电流 ,输电线上损失的功率 ,输电线上损失的功率跟输送电压的平方成反比,故D错误。
探究点二 高压输电线路的分析与计算
某发电站向远处送电的示意图如图所示。
发电站一端和用户一端的变压器作用各是什么?
提示 发电站一端的变压器是升压变压器,把电压升高用于远距离输电;用户一端的变压器是降压变压器,把电压降低供用户使用。
远距离输电过程如图所示,可以划分为三个回路
(1)分析远距离输电线路的有效方法是厘清三个回路,抓住两个联系,掌握一个定律,其关系如下表所示:
特别提示 (1)注意区别:①输电电压U与输电线上损失的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损耗的功率ΔP。(2)抓住不变量:输送电功率不变,由P=UI判断出输电电流I的变化,从而由ΔU=IR、ΔP=I2R判断ΔU、ΔP的变化。
【例2】 (2023陕西榆林高二开学考试)某电站的电能输送示意图如图所示,升压变压器与降压变压器间输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=m,降压变压器原、副线圈匝数之比n3∶n4=k,变压器均为理想变压器。如果发电机的输出电压为U1,用户输入端电压为U2,用户消耗电功率为P。下列说法正确的是( )
A.通过升压变压器原线圈的电流为B.电路的输电效率为 ×100%C.输电线上损失的电压为U1-U2D.输电线上消耗的电功率为
对点演练2(2023河南郑州高二期末)随着经济发展,居民用电需求大幅增加,当电力供应紧张时,有关部门就会对部分用户进行拉闸限电。远距离输电的原理图如图所示,假设发电厂输出电压恒定不变,输电线的电阻为R,两个变压器均为理想变压器。在某次拉闸限电后(假设所有用电器可视为纯电阻)电网中数据发生变化,下列说法正确的是( )
A.升压变压器的输出电流I2增加B.降压变压器的输出电压U4增加C.输电线上损失的功率增加D.发电厂输出的总功率增加
解析 令用户电阻为R,输电线电阻为r,将降压变压器与用户作为整体,令整体的等效电阻为R0,拉闸限电时,减少了并联用户数,则用户电阻R增大,即降压变压器与用户作为整体的等效电阻R0增大,根据 ,由于发电厂输出电压U1恒定不变,则升压变压器的输出电压U2不变,可知升压变压器的输出电流I2减小了,A错误;根据U2=I2r+U3, ,结合上述,升压变压器的输出电流I2减小了,输出电压U2不变,则降压变压器的输入电压U3增大,则降压变压器的输出电压U4增加,B正确;输电线上损失的功率 ,根据上述,升压变压器的输出电流I2减小了,则输电线上损失的功率减小,C错误;发电厂输出的总功率P=U1I1=U2I2,结合上述,升压变压器的输出电流I2减小了,输出电压U2不变,则发电厂输出的总功率减小,D错误。
1.(输电线上的功率损失)远距离输电,输电功率一定。当输电电压为U0时,输电线上的电流为I0,损失的电功率为P0。当输电电压提高为2U0时,则( )A.由 得,输电线上的电流变为2I0B.由 得,输电线上的电流变为C.由 得,输电线上损失的电功率为4P0D.由P=IU得,输电线上损失的电功率为2P0
2.(高压输电线路的分析与计算)(多选)(2023辽宁葫芦岛第一高级中学高二期末)某水电站远距离输电的原理图如图所示。升压变压器的原、副线圈匝数比为n∶1,输电线总电阻为R,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂输出的电压恒为U,若由于用户端负载变化,使发电厂输出功率增加了ΔP,下述正确的是( )A.电压表V1的示数不变,电压表V2的示数减小B.电流表A1、A2的示数均增大C.输电线上损失的电压增加了D.输电线上损失的功率增加了
解析 根据题意,据公式P=UI可知,由于发电厂输出的电压恒为U,发电厂输出功率增加了ΔP,则发电厂的输出电流增加了 ,升压变压器原线圈中电流变大,由于升压变压器和降压变压器线圈匝数比不变,则由电流与匝数的关系可知,电流表A1、A2的示数均增大,B正确;由于发电厂输出的电压恒为U,则电压表V1的示数不变,由于输电线上电流变大,则输电线上损失的电压变大,则降压变压器原线圈两端电压变小,副线圈两端电压也变小,则电压表V2的示数减小,A正确;由电流与匝数的关系 可知,输电线上电流增加了ΔI1=nΔI= ,则输电线上损失的电压增加了ΔU=ΔI1R= ,C正确;由公式P=I2R可得,输电线上损失的功率增加了
3.(高压输电线路的动态分析)白鹤滩水电站如图甲所示,是我国实施“西电东送”的大国重器,其发电量位居全世界第二,仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图乙所示,如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器,发电机输出电压恒定,R表示输电线电阻,则当用户功率增大时( )
A.A2示数增大,A1示数减小B.V1、V2示数都减小C.输电线上的功率损失增大D.V1、A1示数的乘积等于V2、A2示数的乘积
解析 当用户功率增大时,降压变压器输出电流会变大,A2示数增大;此时发电机输出功率增大,线路中电流增大,A1示数增大,A错误。发电厂输出的电压恒定,则电压表V1的示数不变,由于输电线上电流变大,则输电线上损失的电压变大,则降压变压器原线圈两端电压变小,输出电压也就会减小,即电压表V2的示数减小,B错误。由于A1示数I1增大,则根据P损= 可知输电线上损失的功率P损增大,C正确。根据输电线上有功率损失,可知V1、A1示数乘积U1I1=P1大于V2、A2示数乘积U2I2=P2,D错误。
4.(输电线上的电压损失和功率损失)三峡电站某机组输出的电功率为5×105 kW。(1)若输出的电压为2×105 V,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 Ω,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?(3)若将电压升高至5×105 V,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的几分之几?
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、电能输送中的电压损失和电能损耗1.电能输送的原因能源资源与 分布的不均衡。 2.输送电路中的电压损失与功率损耗(1)设输电电流为I,输电线电阻为r,则损失的电压U损=I·r,损耗的电功率P损=I2r。(2)减小损耗的方法。①减小输电线的 ,即在输电线长度L和材料一定的情况下,增大导线横截面积S。 ②减小 ,由P=UI知,可以通过 来减小I。
二、远距离输电系统1.基本环节 输送功率一定发电厂(站)➡升压变压器➡高压输电线路➡降压变压器➡用户2.电路原理图
三、直流输电(1)直流输电的优点:不存在 和 引起的电能损失。 (2)直流输电的基本过程:
情境链接为了减少输电线上的电功率损失,通常需要提高输电电压和减小输电导线的电阻。但有同学从下列论证中得出了相反结论:“设输电电压为U,输电导线电阻为R,功率损失P= 。因此,要降低损失的功率,就应降低输电电压和增加输电线的电阻。”请问:这位同学的论证过程错在哪里?
提示 公式P= 中电压是输电线电阻两端的电压,并非是输电电压,根据P送=IU,P损=I2R可知,降低损失功率应提高电压或减小输电线电阻。
教材拓展阅读教材P78“发展空间”——《无线充电》。回答:无线充电的原理是利用近场感应来实现的,通常无线充电有哪些形式?
提示 电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。
易错辨析(1)仅仅从减少能量损耗的角度看,在输送功率一定的情况下,输电电压越高,损耗的能量越少。( )(2)在输送功率和输电电压一定,使用同种材料的导线时,越粗的导线损失的电压越小。( )(3)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。( )(4)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。( )(5)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大。( )
探究点一 输电线上的电压和能量损失
中国发布“双碳战略”,计划到2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体,特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若保持输送电能总功率、输电距离不变的情况下,从原来的150 kV高压输电升级为1 350 kV的特高压输电,若输电线不变,则输电线中的电流变为原来的多少?
提示 由公式P=UI可知,在输电功率不变的情况下,电压升高为原来的9倍,则输送电流变为原来的 。
1.输电线上的电压损失ΔU输电线上的电压损失ΔU是输电线路始端电压U与输电线路末端电压U'的差值,ΔU=U-U'=IR线= R线。2.输电线上的功率损失ΔP(1)原因:输电线有电阻R线,电流I流过输电线时,电流的热效应引起电功率的损失。(2)计算式:①ΔP=I2R线;②ΔP=ΔUI;
3.减少电压损失和功率损失的方法(1)减小输电线的电阻R线:根据R线= 知,可减小电阻率ρ,目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料;也可增大导线的横截面积S,但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。(2)减小输电电流I:根据 可知,在输送功率P与输电线电阻R线一定的条件下,输电电压提高到原来的n倍,输送电流可减为原来的 ,输电线上的功率损失将降为原来的 。
特别提示 计算功率损失和电压损失的三点提醒(1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U,损失电压是指在输电线路上损失的电压ΔU=I输R线。(2)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损失的功率。
【例1】 (多选)(2023河南高二期末)如图甲所示,我国西部山区建有许多水电站,极大改善了当地居民的生产、生活。某水电站远距离输电的原理图如图乙所示,T1为升压变压器,其原、副线圈匝数比为k1,输电线总电阻为R,T2为降压变压器,其原、副线圈匝数比为k2,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电机输出的电压恒为U,若由于用户端用户数量变化,使得输电线输送电流增加ΔI,则下列说法正确的是( )
A.输电线损失的功率增加(ΔI)2RB.用户端电压减少了 ΔI·RC.发电机输送功率增加k1UΔID.用户端电压减少量与用户端电流增加量的比值不随ΔI的变化而变化
对点演练1(2023浙江温州高二期末)如图所示,高压输电线是远距离传输电能的重要组成部分,下列关于高压输电线的说法正确的是( )A.输电线应选用电阻率大的金属材料B.高压输电线比普通导线粗,目的是增大导线电阻C.输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击D.在输送功率一定时,输电线上损失的功率跟输送电压的平方成正比
解析 输电线应选用电阻率小的金属材料制作,故A错误;高压输电线比普通导线粗,目的是减小导线电阻,故B错误;输电线上方还有两条导线,其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击,故C正确;在输送功率一定时,电流 ,输电线上损失的功率 ,输电线上损失的功率跟输送电压的平方成反比,故D错误。
探究点二 高压输电线路的分析与计算
某发电站向远处送电的示意图如图所示。
发电站一端和用户一端的变压器作用各是什么?
提示 发电站一端的变压器是升压变压器,把电压升高用于远距离输电;用户一端的变压器是降压变压器,把电压降低供用户使用。
远距离输电过程如图所示,可以划分为三个回路
(1)分析远距离输电线路的有效方法是厘清三个回路,抓住两个联系,掌握一个定律,其关系如下表所示:
特别提示 (1)注意区别:①输电电压U与输电线上损失的电压ΔU;②输电功率P与输电线上损耗的功率ΔP。(2)抓住不变量:输送电功率不变,由P=UI判断出输电电流I的变化,从而由ΔU=IR、ΔP=I2R判断ΔU、ΔP的变化。
【例2】 (2023陕西榆林高二开学考试)某电站的电能输送示意图如图所示,升压变压器与降压变压器间输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=m,降压变压器原、副线圈匝数之比n3∶n4=k,变压器均为理想变压器。如果发电机的输出电压为U1,用户输入端电压为U2,用户消耗电功率为P。下列说法正确的是( )
A.通过升压变压器原线圈的电流为B.电路的输电效率为 ×100%C.输电线上损失的电压为U1-U2D.输电线上消耗的电功率为
对点演练2(2023河南郑州高二期末)随着经济发展,居民用电需求大幅增加,当电力供应紧张时,有关部门就会对部分用户进行拉闸限电。远距离输电的原理图如图所示,假设发电厂输出电压恒定不变,输电线的电阻为R,两个变压器均为理想变压器。在某次拉闸限电后(假设所有用电器可视为纯电阻)电网中数据发生变化,下列说法正确的是( )
A.升压变压器的输出电流I2增加B.降压变压器的输出电压U4增加C.输电线上损失的功率增加D.发电厂输出的总功率增加
解析 令用户电阻为R,输电线电阻为r,将降压变压器与用户作为整体,令整体的等效电阻为R0,拉闸限电时,减少了并联用户数,则用户电阻R增大,即降压变压器与用户作为整体的等效电阻R0增大,根据 ,由于发电厂输出电压U1恒定不变,则升压变压器的输出电压U2不变,可知升压变压器的输出电流I2减小了,A错误;根据U2=I2r+U3, ,结合上述,升压变压器的输出电流I2减小了,输出电压U2不变,则降压变压器的输入电压U3增大,则降压变压器的输出电压U4增加,B正确;输电线上损失的功率 ,根据上述,升压变压器的输出电流I2减小了,则输电线上损失的功率减小,C错误;发电厂输出的总功率P=U1I1=U2I2,结合上述,升压变压器的输出电流I2减小了,输出电压U2不变,则发电厂输出的总功率减小,D错误。
1.(输电线上的功率损失)远距离输电,输电功率一定。当输电电压为U0时,输电线上的电流为I0,损失的电功率为P0。当输电电压提高为2U0时,则( )A.由 得,输电线上的电流变为2I0B.由 得,输电线上的电流变为C.由 得,输电线上损失的电功率为4P0D.由P=IU得,输电线上损失的电功率为2P0
2.(高压输电线路的分析与计算)(多选)(2023辽宁葫芦岛第一高级中学高二期末)某水电站远距离输电的原理图如图所示。升压变压器的原、副线圈匝数比为n∶1,输电线总电阻为R,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂输出的电压恒为U,若由于用户端负载变化,使发电厂输出功率增加了ΔP,下述正确的是( )A.电压表V1的示数不变,电压表V2的示数减小B.电流表A1、A2的示数均增大C.输电线上损失的电压增加了D.输电线上损失的功率增加了
解析 根据题意,据公式P=UI可知,由于发电厂输出的电压恒为U,发电厂输出功率增加了ΔP,则发电厂的输出电流增加了 ,升压变压器原线圈中电流变大,由于升压变压器和降压变压器线圈匝数比不变,则由电流与匝数的关系可知,电流表A1、A2的示数均增大,B正确;由于发电厂输出的电压恒为U,则电压表V1的示数不变,由于输电线上电流变大,则输电线上损失的电压变大,则降压变压器原线圈两端电压变小,副线圈两端电压也变小,则电压表V2的示数减小,A正确;由电流与匝数的关系 可知,输电线上电流增加了ΔI1=nΔI= ,则输电线上损失的电压增加了ΔU=ΔI1R= ,C正确;由公式P=I2R可得,输电线上损失的功率增加了
3.(高压输电线路的动态分析)白鹤滩水电站如图甲所示,是我国实施“西电东送”的大国重器,其发电量位居全世界第二,仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图乙所示,如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器,发电机输出电压恒定,R表示输电线电阻,则当用户功率增大时( )
A.A2示数增大,A1示数减小B.V1、V2示数都减小C.输电线上的功率损失增大D.V1、A1示数的乘积等于V2、A2示数的乘积
解析 当用户功率增大时,降压变压器输出电流会变大,A2示数增大;此时发电机输出功率增大,线路中电流增大,A1示数增大,A错误。发电厂输出的电压恒定,则电压表V1的示数不变,由于输电线上电流变大,则输电线上损失的电压变大,则降压变压器原线圈两端电压变小,输出电压也就会减小,即电压表V2的示数减小,B错误。由于A1示数I1增大,则根据P损= 可知输电线上损失的功率P损增大,C正确。根据输电线上有功率损失,可知V1、A1示数乘积U1I1=P1大于V2、A2示数乘积U2I2=P2,D错误。
4.(输电线上的电压损失和功率损失)三峡电站某机组输出的电功率为5×105 kW。(1)若输出的电压为2×105 V,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 Ω,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几?(3)若将电压升高至5×105 V,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的几分之几?
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