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1、7 电能的输送,第二章 交变电流,学习目标 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. 4.了解直流输电.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、电能输送中的电压损失和电能损耗 1.电压损失：输电线始端电压U与末端电压U的差值，U Ir. 2.功率损失：输电线路的功率损失，P ，r为输电线电阻. 3.减小电压、功率损失的方法： (1)减小电阻：由r 可知，输电距离、一定时，使用电阻率 的材料，导线

2、横截面积可减小电阻. (2)提高输送电压：由PUI可知，当输送功率一定时， 电压可以减小电流，即采用 输电.,UU,I2r,小,增大,升高,高压,二、远距离输电系统 目前世界各国都采用电网供电，在发电站内用升压变压器升压，然后再进行 输电，在用电区通过 降到所需电压. 三、直流输电 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；同一电网的发电机同步运行，技术上存在困难，所以有些大功率输电线路采用直流输电.,高压,降压变压器,电感,电容,即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比.( ) (2)由P 可知，输电电压

3、越小，输电线上的电功率损失就越小.( ) (3)使用变压器进行远距离输电，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1n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等.( ),答案,2.输电线的总电阻为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 .,答案,U22U12,重点探究,答案 UUUU r.,导学探究 如图1所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，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).那么： (1)用户两端的电压是多大？,一、电能

4、输送中的电压损失和电能损耗,图1,答案,(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？,答案 不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和.,(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？降低功率损耗有哪些途径？,答案,答案 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：PI2r ，所以降低功率损耗的两个途径为： 减小输电线的电阻r；减小输电电流I，即提高输送电压U.,知识深化 1.输电线上的电压损失：UUUIr 2.输电线上的功率损失： (1)PI2r，其中I为输电

5、线上的电流. (2)PUI或P ，其中U为输电线上的电压损失.,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，根据r ，可减小电阻率，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I ，在输送功率P一定，输电线电阻r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 ，输电线上的功率损耗将降为原来的,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？,答案,解析,答案 2 500 A,(2)在(1)情况下

6、，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？它占输出功率的几分之几？,答案,解析,答案 1.25108 W,解析 输电线上损失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W,(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？它占输出功率的几分之几？,答案,解析,答案 1 000 A 2107 W,输电线上损失的功率PI22r1 0002210 W2107 W,例2 (多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是,答案,解析,

7、解析 输电线功率损耗P损I2R线 IU线，其中U线U1U2，故B、C、D正确.,(P损I2r UI.式中必须注意，U为输电线上的电压损失，而不是输电电压.,导学探究 某发电站向远处送电的示意图如图2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.,二、远距离高压输电电路中的各种关系,答案,图2,(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).,答案 第一个回路：P1U1I1 第二个回路：U2UU3，P2PP3I线2RP3 第三个回路：P4U4I4,(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电

8、压、功率有什么关系？,答案,知识深化 解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律. (1)画图、理清三个回路(如图3所示),图3,(2)抓住两个联系 理想升压变压器联系回路1和回路2,理想降压变压器联系回路2和回路3,(3)掌握一个定律 根据能量守恒定律得P2PP3.,答案 6 250 V 16 A,例3 如图4所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)，若发电机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为125.,答案,解析,图4,(1)求升压变压器的

9、输出电压和输电导线中的电流；,解析 P损I22R线，P损0.04P1所以R线 15.625 因为UU2U3I2R线 所以U3U2I2R线6 000 V.,答案 15.625 6 000 V,(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压.,答案,解析,达标检测,1.(输电线上功率损失的计算)夏天由于用电器的增多，每年夏天都会出现“用电荒”，只好拉闸限电.若某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的2倍，输电线电阻不变，下列说法正确的是 A.若输送电压不变，则用电高峰时输电电流为正常供电时的2倍 B.若输送电压不变，则用电高峰时输电线上

10、损失的功率为正常供电时的2倍 C.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电电流为正常供电时的4倍 D.若用电高峰时的输送电压变为正常供电的2倍，则此时输电线损失的功率为正常供电时的4倍,答案,解析,1,2,3,4,5,解析 高压输电时PUI，I是输送电路上的电流.用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常时的2倍，A正确； 输电线上损失的功率PI2R线，则输电线上损耗功率变为正常时的4倍，B错误； 用电高峰时，若输送电压加倍，则I不变，与正常时相同，C错误； 由PI2R线，知输电线损失的功率不变，D错误.,1,2,3,4,5,2.(输电线上功率损失的计算)(多选)某发电厂原来用电压为U

11、1的交流电输电，后改用变压比为150的升压变压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变.若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是 A.由公式I 可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的B.由公式I 可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C.由公式PI2R线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的D.由公式P 可知，提高电压后输电线上的功率损耗增为原来的2 500倍,答案,解析,1,2,3,4,5,由PI2R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的 ，选项C正确，D错误.,1,2,3,4,5,3.(远距离高压输电的分析与计算)如图5所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输

12、出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I2.则 A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为I12r D.输电线路上损失的电功率为I1U,答案,解析,图5,1,2,3,4,5,解析 根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U2 ，选项A正确； 输电线上的电压降UI1rUU1，选项B错误； 变压器的输入功率P1I1UI12rI1U1，选项C错误； 输电线路上损失的电功率PI12rI1(UU1)，选项D错误.,1,2,3,4,5,4.(远距离高

13、压输电的分析与计算)(多选)如图6所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的总电阻r、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总电阻减小时 A.U1U2U4U3 B.用户的电压U4增加 C.输电线上的损失功率增大 D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率,答案,解析,图6,1,2,3,4,5,解析 根据 以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故A正确. 用户用电器总电阻减小，则降压变压器副线圈电流增大，所以输电线上的电流增大，根据P损I2r知，输电线上损耗的功率增大，根据UIr知，输电线上的电压损失变大，发电机的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，降压变压器

14、的输入电压变小，用户的电压U4减小，故B错误，C正确. 用户消耗的功率等于发电机的输出功率与输电线上损失的功率之差，故D错误.,1,2,3,4,5,5.(远距离高压输电的分析与计算)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，路端电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为15，两变压器间输电线的总电阻为1.5 ，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器能量损耗，求： (1)升压变压器的副线圈两端电压；,答案,解析,1,2,3,4,5,答案 2 500 V,1,2,3,4,5,解析 输电线路原理图如图所示,升压变压器的副线圈两端电压U2 2 500 V.,(2)输电导线上的功率损失；,答案,解析,1,2,3,4,5,答案 60 kW,输电导线上的功率损失P损I22r线60 kW,(3)降压变压器原、副线圈的匝数比；,答案,解析,1,2,3,4,5,答案 101,解析 输电导线上的电压UI2r线300 V 降压变压器原线圈的电压U3U2U2 200 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为 101,(4)用户得到的功率.,答案 440 kW,解析 用户得到的功率P用P1P损440 kW,