第三章交變電流4.電能的輸送學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān)。(科學(xué)思維)2.理解減小電能損失的兩個途徑以及高壓輸電的原理。(科學(xué)思維)3.知道遠(yuǎn)距離輸電的典型電路,并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實際問題。(科學(xué)思維)4.通過對遠(yuǎn)距離輸電的學(xué)習(xí),了解并體會物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的貢獻(xiàn)。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、降低輸電損耗的兩個途徑1.輸送電能的基本要求(1)可靠:保證供電線路

工作,故障少。

(2)保質(zhì):保證電能的質(zhì)量——

和

穩(wěn)定。

(3)經(jīng)濟(jì):輸電線路建造和運(yùn)行的

低、

少。

可靠地

電壓頻率費(fèi)用電能損耗2.降低輸電損耗的兩個途徑(1)輸電線上的功率損失ΔP=

,I為輸電電流,r為輸電線的電阻。

(2)降低輸電損耗的兩個途徑①減小輸電線的電阻:在輸電距離一定的情況下,為了減小

,應(yīng)當(dāng)選用

的金屬材料,還要盡可能增加導(dǎo)線的

。

②減小輸電導(dǎo)線中的電流:為減小輸電

,同時又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高輸電

。

通過提高輸電電壓實現(xiàn)

【要點提示】

分析輸送電流時要注意不管電壓和電阻如何變化,一般輸電功率是一定的。

電阻I2r電阻率小橫截面積電流電壓二、電網(wǎng)供電1.遠(yuǎn)距離輸電基本原理在發(fā)電站內(nèi)用

變壓器

,然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電。到達(dá)數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后,先后經(jīng)“一次高壓變電站”“二次高壓變電站”降到10kV左右,然后,一部分電能送往用電量大的工業(yè)用戶,另一部分經(jīng)低壓變電站的

變壓器降壓后供給其他用戶。

遠(yuǎn)距離輸電的示意圖

升壓升壓到幾百千伏降壓2.通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來,形成全國性或地區(qū)性的

,這就是

。

3.優(yōu)點(1)減少發(fā)電設(shè)施的重復(fù)建設(shè),降低一次能源的

。

(2)可保證發(fā)電和供電的安全可靠,方便調(diào)整

,使電力供應(yīng)更加

、

更高。

【要點提示】

遠(yuǎn)距離輸電設(shè)計的基本思路:遠(yuǎn)距離輸送前先進(jìn)行升壓,到用戶前再進(jìn)行降壓。輸電網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)運(yùn)輸成本供需平衡可靠質(zhì)量情境鏈接我國很多發(fā)電廠建在能源聚集的西部地區(qū),像如圖所示的三峽水電站、達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電站、內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾熱電廠,而用電量大的城市多在東部沿海地區(qū),需要用導(dǎo)線把

和

連起來對電能進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送,在長距離輸送中,導(dǎo)線電阻

(選填“能”或“不能”)忽略,要消耗

。

電源用電設(shè)備不能電能教材拓展閱讀教材第64頁思考與討論,思考如果發(fā)電廠輸出的電壓為U0,用戶得到的電壓為U,輸電線中的電流為I,輸電線電阻為r,寫出它們的關(guān)系。提示

U0=U+Ir。

易錯辨析(1)增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。(

)(2)高壓輸電是通過提高電壓、減小輸電電流來減少輸送電路的發(fā)熱損耗。(

)(3)高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好。(

)(4)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時,用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。(

)(5)遠(yuǎn)距離輸電時,若升壓變壓器匝數(shù)比為1∶n,降壓變壓器匝數(shù)比為n∶1,則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。(

)√√√√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一輸電線上的電壓損失和功率損失導(dǎo)學(xué)探究我國農(nóng)村電網(wǎng)的低壓改造已基本結(jié)束,低壓改造使我國廣大農(nóng)民獲得了實惠。農(nóng)村電網(wǎng)改造前,某些村莊經(jīng)常出現(xiàn)以下現(xiàn)象(離變壓器較遠(yuǎn)的用戶):(1)電燈不亮,達(dá)不到額定功率,換額定功率越大的燈泡越是不亮;(2)日光燈不能啟動;(3)洗衣機(jī)“沒勁”等。尤其是節(jié)假日,這些現(xiàn)象更明顯,這是為什么呢?電網(wǎng)改造施工現(xiàn)場

知識歸納

典例剖析【例題1】

(多選)在遠(yuǎn)距離輸電時,輸送的電功率為P,輸送電壓為U,所用導(dǎo)線的電阻率為ρ,橫截面積為S,總長度為L,輸電線損失的電功率為P',用戶得到的電功率為P用,則下列關(guān)系式正確的是(

)BD方法技巧

輸送的功率(電壓)、損失的功率(電壓)、用戶得到的功率(電壓)分別對應(yīng)于輸電過程的“始”“中”“末”。只有理解好“輸送”“損失”“得到”的含義,才能避免“張冠李戴”。對點演練1.(多選)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A處采用550kV的超高壓向B處輸電,輸電線上損耗的電功率為ΔP,到達(dá)B處時電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下,改用1100kV特高壓輸電,輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣',到達(dá)B處時電壓下降了ΔU'。不考慮其他因素的影響,則(

)AD探究點二高壓輸電線路的分析與計算導(dǎo)學(xué)探究某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖所示,其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注,在這個電路中包括三個回路。(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計)。請思考:(1)用圖中的電壓和電流表示出四個功率和損耗功率,并寫出它們間的關(guān)系。(2)每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系?提示

(1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。知識歸納輸送過程如圖所示,可以劃分為三個回路

(1)分析遠(yuǎn)距離輸電線路的有效方法是理清三個回路,抓住兩個聯(lián)系,掌握一個定律,其關(guān)系如下表所示:對應(yīng)的回路回路Ⅰ回路Ⅱ回路Ⅲ三個回路中電壓、電流及功率間的關(guān)系I1=IU1=UP1=PI2=I線=I3U2=U損+U3P2=P損+P3I4=I用U4=U用P4=P用兩回路間的聯(lián)系回路Ⅰ、Ⅱ間的聯(lián)系:,I1n1=I2n2,P1=P2回路Ⅱ、Ⅲ間的聯(lián)系:,I3n3=I4n4,P3=P4回路中的能量守恒P=P損+P用特別提示

(1)注意區(qū)別:①輸電電壓U與輸電線上降落的電壓ΔU;②輸電功率P與輸電線上損失的功率ΔP。(2)抓住不變量:輸送電功率不變,由P=UI判斷出輸電電流I的變化,從而由ΔU=IR、ΔP=I2R判斷ΔU、ΔP的變化。典例剖析BCD【例題2】

(多選)風(fēng)力發(fā)電將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為10kW①,輸出電壓為250V,用戶得到的電壓為220V②,輸電線的電阻為20Ω,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶10③,輸電線路如圖所示。變壓器視作理想變壓器,則下列說法正確的是(

)

A.用戶得到的電功率為9kWB.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為11∶1C.通過輸電線的電流為4AD.輸電線上損失的功率為320W教你析題

讀取題干獲取信息①升壓變壓器的輸入功率P1和輸入電壓U1②降壓變壓器的輸出電壓U4③升壓變壓器的輸出功率P2和輸出電壓U2教你破題

方法感悟

處理遠(yuǎn)距離輸電的方法技巧(1)畫好一張圖——遠(yuǎn)距離輸電示意圖(2)抓住電兩端——發(fā)電站和用戶(3)分析一條線——輸電線(4)研究兩次變——升壓變壓器升壓和降壓變壓器降壓(5)區(qū)分三個量——輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)對點演練2.(2025浙江湖州高二期末)如圖為某一新能源動力電池充電的供電電路圖。配電設(shè)施的輸出電壓U1=250V,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=1∶8,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4=5∶1。充電樁充電時的額定功率P=20kW,額定電壓U4=380V,變壓器均視為理想變壓器。求:(1)升壓變壓器副線圈兩端電壓U2;(2)通過輸電線上的電流I3;(3)輸電線的總電阻r。答案

(1)2000V

(2)10.5A

(3)9.5Ω

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1231.(輸電線上的功率損失)高壓輸電線因結(jié)冰易造成損毀風(fēng)險,如圖所示?？梢岳秒娏鳠嵝?yīng)消除高壓輸電線上的冰凌,當(dāng)輸送功率和輸電線電阻一定時,要使輸電線上損耗的熱功率增大為原來的4倍,輸電電壓U應(yīng)變?yōu)?

)D解析

根據(jù)Pr=I2r,要使輸電線上損耗的熱功率Pr增大為原來的4倍,則電流變?yōu)镮'=2I,又輸送功率P=UI=U'I'一定,則

,故選D。1232.(輸電線上的功率損失)(多選)(2025福建福州高二期末)大型發(fā)電機(jī)設(shè)計輸出的電壓一般都達(dá)不到遠(yuǎn)距離輸電的要求。因此,在發(fā)電廠(站)內(nèi),要用變壓器升壓,然后向遠(yuǎn)處送電;到達(dá)目的地后,根據(jù)不同的需求,再用降壓變壓器經(jīng)過多次降壓,最后輸送給用戶。從發(fā)電廠(站)到用戶的輸電過程如圖所示。根據(jù)圖上信息,以下說法正確的是(

)123A.發(fā)電站內(nèi),用變壓器升壓然后向遠(yuǎn)處送電,是為了加快輸電的速度B.若不計輸送過程的能量損失,變電站①的變壓比為55∶1C.上述輸送過程,變壓器功不可沒,它也可以改變直流電壓D.在輸送電能總功率不變的情況下,將輸電電壓550kV降為55kV,輸電線上損失的電壓變?yōu)樵瓉淼?0倍答案

BD123

1233.(