资源简介

3.4　电能的传输
学习目标
1.通过任务1及其活动,知道降低输电损耗的两个途径,会利用变压器知识及电路知识进行简单的分析计算。(科学思维)
2.通过任务2及其活动,了解电网供电的优点和意义,了解我国远距离输电概况,激发建设祖国的热情。(科学思维、科学态度和责任)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:某用电器离供电电源的距离为l,线路上的电流为I。若要求线路上的电压损耗不超过U。已知输电导线的电阻率为ρ,那么该输电导线的横截面积的最小值是多少
思考2:高压危险警示标志如图所示。随着电压的增加,用电危险性也会增加,那么,生活中我们为什么还要采用高压输电呢


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)输电线上损耗的电功率,与输电线的电阻成正比,与输电线电流的二次方成正比。 (　　)
(2)由P=可知,输电电压越小,输电线上损耗的电功率越小。 (　　)
(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)在远距离输电时,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。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　电能输送中的电压损失和电能损耗
　　我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区, 而用电量大的城市多在东部沿海地区。从发电厂到用电量大的区域需要远距离输电,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,故障少;保质,就是保证电能的质量——电压和频率稳定;经济,则是指输电线路建造和运行的费用低,电能损耗少。
1.下图是远距离输电电路图,为什么输电有损耗 降低输电损耗有哪些途径
2.在输电电流I一定的情况下,如果线路的电阻r减为原来的一半,线路上损失的功率P损减为原来的几分之一 在线路电阻r一定的情况下,如果输电电流I减为原来的一半,线路上损失的功率P损减为原来的几分之一 哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效

1.输电线路上的电压损失
输电导线有电阻,电流通过输电导线时,会在线路上产生电势降落,致使输电线路末端的电压U3比起始端电压U2要低,这就是输电线路上的电压损失ΔU=①　　。
2.输电线上的功率损失
任何输电线都有电阻,存在功率损失。
(1)设输电电流为I,输电线的电阻为R,则输电线上的功率损失ΔP=②　　。
(2)设输送的电功率为P,输电电压为U,输电线的总长度为L、横截面积为S、电阻率为ρ,则输电电流I=,输电线电阻R=③　　　　。输电线上的功率损失可表示为ΔP=④　　　　　　。
3.减少输电线上功率损失的办法
从大的方面来说,减少输电线上功率损失的办法有两个:
(1)⑤　　。
(2)⑥　　。
应用1　特高压输电各物理量的变化
高压输电线因结冰易造成损毁风险,为避免风险,可以利用电流的热效应消除高压输电线上的冰凌。当输送功率和输电线电阻一定时,要使输电线上损耗的热功率增大为原来的4倍,输电电压U应变为 (　　)
A.4U B.2U C.U D.U
应用2　各功率的表达式
(多选)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'和P用的关系式正确的是 (　　)
A.P'= B.P'=
C.P用=P- D.P用=P1-
如何计算输送电流

归纳总结 1.输电线上的电功率损失计算式: ①P线=I2R线;②P线=IU线;③P线=。
2.输电线上的电压损失: 若用U表示输电线始端电压,U'表示输电线末端电压,则U线=U-U'或U线=IR线。 3.电压损失与输电电压的关系: 如果远距离输电的电功率P不变,输电电压为U,输电导线电阻为R线,则输电导线上发热损失的功率P损=I2R线=。
任务2　远距离输电系统
　　电能输送是一项系统工程。为了确保电能输送的经济、可靠,人们设计建造了电网。远距离输电的基本过程示意图如图所示。
1.远距离输电要经历哪些基本环节


2.下图是一个简化的输电电路图,升压变压器的输入电压U1与输出电压U2有什么关系 降压变压器的输入电压U3与输出电压U4有什么关系 而U2与U3又有什么关系 升压变压器的输入功率P1与输出功率P2有什么关系 降压变压器的输入功率P3与输出功率P4有什么关系 而P2与P3又有什么关系
输送电能的一般过程
发电机组输出的电压经过⑦　　升压到几百千伏,到达远距离的用电区域之后,再经过“一次高压变电站”降到⑧　　 kV左右,在更接近用户的地点再由“二次高压变电站”降到⑨　　 kV左右。然后,一部分电能送往用电量大的工业用户,另一部分经过低压变电站降到　　,送给其他用户。
应用1　高压输电线路的分析与计算
(多选)风力发电的过程是将风的动能转化为电能的过程。某风力发电机的输出功率为10 kW,输出电压为250 V,用户得到的电压是220 V,输电线的电阻为20 Ω,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶10,输电线路示意图如图所示。所有变压器均视作理想变压器。下列说法正确的是 (　　)
A.用户得到的电功率为9 kW
B.降压变压器原、副线圈匝数比为11∶1
C.通过输电线的电流为4 A
D.输电线上损耗的功率为320 W
(1)远距离输电时,输电线上的电流怎么计算
(2)降压变压器原线圈两端的电压怎么计算

应用2　输电电路的动态变化
如图所示,利用理想变压器进行远距离输电,发电厂的输出电压恒定,输电线路的电阻不变,当用电高峰到来时 (　　)
A.输电线上损耗的功率减小
B.电压表的示数减小,电流表的示数增大
C.电压表的示数增大,电流表的示数减小
D.用户功率与发电厂输出功率的比值减小
与的示数变化趋势一样吗 与的示数变化趋势一样吗

【随堂检测·精评价】
1.(任务1)在传输电能总功率不变情况下,从原先150 kV高压输电升级为1350 kV特高压输电,则下列说法正确的是 (　　)
A.若输电线不变,则输电线上损失的电压变为原先的
B.若输电线不变,则输电线上损失的功率变为原先的
C.如果损失功率不变,用相同材料的导线将电能传输到相同地方,所需导线的横截面积是原先的
D.如果损失功率不变,相同材料、粗细的输电线传输距离是原先的9倍
2.(任务1)发电机产生的电压经升压变压器后升高到100 kV,以1×105 kW的功率(始终不变)经输电线远距离送往变电站,输电线上损耗的功率为3000 kW,则输电线的总电阻为 (　　)
A.3 Ω B.6 Ω C.9 Ω D.30 Ω
3.(任务2)远距离输电线路的示意图如图所示。若发电机的输电电压不变,则下列叙述正确的是 (　　)
A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C.当用户用电器的总电阻减小时,输电线上损失的功率增大
D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
4.(任务2)某水电站的输出功率为100 kW,发电机产生的电压为250 V,通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的总电阻为8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220 V。已知输电过程中输电线上损失的功率为5 kW,所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是 (　　)
A.输电线上通过的电流为625 A
B.升压变压器的输出电压为4000 V
C.降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶11
D.升压变压器原、副线圈的匝数比为5∶76
答案与解析
自主预习·悟新知
思考1:因为导线的总长度为2l,所以电压损耗U=IR=Iρ,解得S=。
思考2:根据P=UI可知,功率一定时,电压越高,电流越小;再根据ΔP=I2R可知,在电阻一定时,I越小,电功率损耗越小。
判断　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.因为电流通过输电导线会发热消耗电能,所以输电有损耗,根据P损=I2r可知,要降低输电导线损耗的功率P损,有减小输电电流I和减小导线电阻r两个途径。
2.根据P损=I2r可知,在输电电流I一定的情况下,如果线路的电阻r减为原来的一半,线路上损失的功率P损减为原来的二分之一;在线路电阻r一定的情况下,如果输电电流I减为原来的一半,线路上损失的功率P损减为原来的四分之一。通过比较可以发现,减小输电电流的方法对于降低输电线路的损耗更有效。
知识生成　①U2-U3　②I2R　③ρ　④·ρ　⑤减小输电线的电阻R　⑥减小输电电流I(或提高输电的电压)
应用探究
例1　D　【解析】根据Pr=I2r可知,要使输电线上损耗的热功率Pr增大为原来的4倍,则输电线上的电流应变为原来的两倍,即I'=2I,又输送功率P=UI=U'I',得U'=。
例2　【答案】BD
【提示】输电电流I=。
【解析】输电线电阻R=ρ,输电电流I=,故输电线上损失的功率P'=I2R=·ρ=,用户得到的电功率P用=P-P'=P。
任务2
问题引领
1.见知识生成。
2.根据变压器的特征可知=;=;P1=P2;P3=P4。根据输电电路特征可知U2=U3+ΔU=U3+I线R线;P2=P3+ΔP=P3+R线。
知识生成　⑦升压变压器　⑧100　⑨10　220 V/380 V
应用探究
例3　【答案】BCD
【提示】(1)先由升压变压器的变压规律求出升压变压器副线圈的输出电压,再用输送功率除以输送电压就是输电线上的电流。(2)升压变压器的输出电压减去输电线上损耗的电压就是降压变压器原线圈两端的电压。
【解析】设升压变压器原线圈的电压为U1,副线圈的电压为U2,则根据变压器的规律=,解得U2=2500 V;根据电路知识可得,输电线上的电流I2== A=4 A,输电线上损失的功率ΔP=R=320 W=0.32 kW,用户得到的电功率P'=10 kW-0.32 kW=9.68 kW,A项错误,C、D两项正确。输电线上损失的电压ΔU=I2R=80 V,降压变压器原线圈两端的电压U3=2500 V-80 V=2420 V,根据变压器的规律可得,降压变压器原、副线圈匝数比===,B项正确。
例4　【答案】D
【提示】与的示数变化趋势不一样;与的示数变化趋势一样。
【解析】当用电高峰到来时,用户消耗的功率变大,则电流表的示数变大,输电线上的电流变大,输电线上损耗的功率变大,A项错误;电流表的示数增大,因为发电厂的输出电压恒定,则升压变压器的次级电压不变,即电压表的示数不变,B项错误;输电线上的电压损失变大,故降压变压器的初级电压减小,次级电压也减小,即电压表的示数减小,C项错误;用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例为=1-=1-,因为输电线上的电流增大,则电压损失增大,U1不变,所以用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例减小,D项正确。
随堂检测·精评价
1.C　【解析】功率不变时,将电压升高为原来的9倍,则传输电流变为原来的,若输电线不变,则输电线上损失电压ΔU=Ir,即变为原来的,A项错误;输电线上损失的功率ΔP=I2r,因此输电线损失功率变为原先的,B项错误;如果损失功率不变,即2r=2r',r=ρ,当输电线电阻率不变,传输距离不变时,所需导线的横截面积是原先的,C项正确;如果损失功率不变,相同材料、粗细的输电线传输距离是原先的81倍,D项错误。
2.A　【解析】输电线上的电流I==1000 A,输电线上损耗的功率P损=I2R,解得R=3 Ω。
3.C　【解析】匝数比一定时,变压器的输入功率是由用户消耗的功率决定的,A项错误;输电线中的电流与升压变压器的匝数比、降压变压器的匝数比和负载电阻都有关系,B项错误;用户用电器总电阻减小,根据P=可知,消耗功率增大,输电线中电流增大,线路损失功率增大,C项正确;升压变压器输出电压等于输电线路电阻上的损失电压加上降压变压器的输入电压,D项错误。
4.B　【解析】根据P损=I2r线,得I=25 A,A项错误;变压器不损耗能量,根据P=UI得升压变压器的输出电压U2== V=4000 V,B项正确;降压变压器输入电压U3=U2-U损=U2-Ir线=3800 V,由变压器的规律有=,可得==,C项错误;由变压器的规律有=,得==,即升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶16,D项错误。

展开更多......

收起↑