高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 远距离输电教学演示ppt课件

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必备知识·自主预习储备
[知识梳理]知识点一　远距离输电中的电功率和电压损耗1．两种损失比较2．降低两种损失的途径——高压输电输送一定功率电能，输电________，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能____，线路上电压的损失也____。
知识点二　高压交流输电1．降低输电损耗的途径(1)减小输电线的____：在输电距离一定的情况下，为减小输电线____，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的________。(2)减小输电线中的____：为了减小输电____，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电____。
2．输电线路远距离输送电网的基本结构：如图所示(输出功率为P，输出电压为U)。3．功率损耗输电导线损失的电功率：由P损＝______，可推得P损＝ _______ 。4．两个关系功率关系：P入＝P线＋P用。电压关系：U2＝U线＋U3。
知识点三　直流输电1．采用高压直流输电的原因当交流输电功率很大时，导线的____、____引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机同步运行，技术上也存在困难。2．高压直流输电系统的组成：主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。3．高压直流输电系统的工作程序：交变电流升压后输送到______，把高压交变电流变换成高压________，经由________线路输送到用电地区后，______将高压________变换成高压交变电流，再经降压变压器降压。
4．高压直流输电系统的优点(1)不存在____和____引起的损耗。(2)节省材料，输电杆塔结构简单，占地面积小。(3)不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。
2．近来进行农村电网改造，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．减小输电距离C．提高输电的电压D．减小输电导线的横截面积C　[为减少远距离输电的损耗，可以提高输电的电压，故C项正确；提高输送功率不能减少远距离输电的损耗，减小输电导线的长度的方法不可取，减小输电导线的横截面积反而会增大损耗，故A、B、D错误。]
关键能力·情境探究达成
考点1　输电线上电压和电功率损失的计算
考点2　高压输电线路的分析与计算
如图所示的输电线路，为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？怎样才能减小导线上损失的电压和损失的功率呢？提示：用电高峰期高压输电线和变压器到家庭的输电线中电流较大，有较大的电压损失，因此加在白炽灯上的电压变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗；为减小导线上损失的电压和功率可减小输电线电阻，提高输电电压。
【典例1】　在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站，输送的电功率P＝500 kW，当使用U＝5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。求：(1)输电效率η和输电线的总电阻r。(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？[思路点拨]　输电线上损失的功率为P损＝I2r，输电功率P＝UI，要提高输电效率，就要提高输电电压。
考点2　高压输电线路的分析与计算1．远距离输电电路图
3．高压输电过程的几个电压的区别(1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。(2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。(3)损失电压①表示形式：输电线始端电压与末端电压的差值，即ΔU＝U2－U3＝I2R线。②形成原因：输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低。
[跟进训练]2．图甲所示为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为50 Ω。降压变压器右侧部分为火灾报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小，电压表V可以显示加在报警器两端的电压(报警器未画出)。未出现火警时，升压变压器的输入功率为660 kW。下列说法正确的是(　　)A．0.01 s时刻，电压表的示数是0 VB．未出现火警时，远距离输电线路损耗的功率为45 kWC．当传感器R2所在处出现火警时，电压表V的示数变大D．当传感器R2所在处出现火警时，输电线上的电流变小
学习效果·随堂评估自测
1．(2022·贵州高二学业考试)为了减少电能在输电线路中的损耗，在输送电功率一定时，远距离输送电能通常采用(　　)A．高电压输电B．低电压输电C．增大输电电流D．增大输电线电阻A　[为了减小输电线的损耗，当输送功率一定时，根据P＝UI知增大输送电压U可以减小流过线路的电流I，则根据线路损耗P损＝I2r可知线路损耗也会减小，A正确，B、C、D错误。]
4．风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；
(2)画出此输电线路的示意图；[解析]　如图所示。[答案]　见解析图　(3)用户得到的电功率是多少。[解析]　用户得到的电功率即降压变压器的输出功率，为P用＝P－P损＝P(1－4%)＝100×96% kW＝96 kW。[答案]　96 kW
回归本节内容，自我完成以下问题：1．画出高压输电线路。提示：
2．变压器存在的关系式是什么？提示：
阅读材料·拓展物理视野
输电技术的发展1882年，爱迪生在美国修建了第一个电力照明系统，用直流电点亮了几千盏电灯。那时，输电距离很近，每隔3 km左右就要建立一个发电厂，否则灯泡因电压过低而不能发光。同一年，一个法国工程师修建了第一条远距离输电电路，将一个水电站发出的电送到57 km之外的慕尼黑，在博览会上用来驱动一台水泵，造了一个人工喷泉。
1886年，发明家威斯汀豪斯利用变压器成功地在6 km的线路上实现了交流输电。1891年，德国建成170 km的15 kV～30 kV的高压输电线路，效率高达70%～80%。1893年，美国修建尼亚加拉水电站时，经过反复论证，决定采用交流供电系统。1909～1912年，美国、德国建造100 kV的高压输电线路，从此高压输电技术迅速普及。
随着电力系统的扩大，交流输电遇到了一些技术困难。例如，用甲、乙两台交流发电机给同一条线路供电，如果某时刻甲达到正的最大值时，乙恰好是负的最大值，它们发的电在电路里恰好互相抵消，不仅电路无法工作，甚至会烧毁设备。要使电路正常工作，给同一条线路供电的所有发电机都必须同步运行，即同时达到正的最大值，同时达到负的最大值。现代的供电系统是把许多电站连成一个电网，要使电网内的许多发电机同步运行，技术上有一定困难。此外，长距离输电时，线路上的电容、电感对交变电流的影响也不能忽略，有时它们引起的电能损耗甚至大于导线电阻引起的电能损耗。
为了减少感抗和容抗，在输电这个环节可以使用直流，但发电机产生的仍是交流，用户使用的也主要是交流。为此，在送电端有专用的“整流”设备将交流变换为直流，在用户端也有专用的“逆变”设备再将直流变换为交流。制造大功率的整流和逆变设备在过去有很大困难，目前已经逐步解决，因此直流输电技术已得到应用。