2019-2020学年物理人教版选修3-2(浙江新高考专用)讲义:第五章 交变电流 5 Word版含答案.pdf
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1、5 电能的输送 电能的输送 知识内容选考要求课时要求 电能的输送c 1.了解输电导线电能损失的主要原因,知道减少电能损失的两 条途径. 2.理解采用高压输电的原因,认识高压输电的局限性. 3.认识电网的重要作用,认识电网安全对社会的重要性. 4.会求解输电导线上的功率损失等问题. 一、降低输电损耗的两个途径 1.输送电能的基本要求 (1)可靠:保证供电线路可靠地工作,少有故障. (2)保质:保证电能的质量电压和频率稳定. (3)经济:输电线路建造和运行的费用低,电能损耗少. 2.输电线上的功率损失:PI2r,I 为输电电流,r 为输电线的电阻. 3.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电
2、阻:在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应当选用电阻率小的金属 材料,还要尽可能增加导线的横截面积. (2)减小输电线中的电流:为减小输电电流,同时又要保证向用户提供一定的电功率,就要提 高输电电压. 二、电网供电 1.远距离输电的基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区 域通过降压变压器降到所需的电压. 2.电网:通过网状的输电线、变电站,将许多电厂和广大用户连接起来,形成全国性或地区 性的输电网络. 3.电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本,获得最大的经济效益. (2)减小断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡,保障供电的质量. (3)合理调度电力,使电
3、力的供应更加可靠,质量更高. 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,输电电压越小,输电线上电功率的损失就越小.( ) U2 r (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.( ) 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 一、降低输电损耗的两个途径
4、如图所示,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? (2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗? (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 (1)UUUU rUIr. P U (2)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)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 r, 所以
5、降低功率损耗的两个途径为 : 减小输电线的电阻 r; P2 U2 减小输电电流 I,即提高输送电压 U. 1.输电线上的电压损失:如图 1 所示,UUUIr r. P U 图 1 2.输电线上的功率损失 (1)PI2r,其中 I 为输电线上的电流,r 为输电线的电阻. (2)PUI 或 P,其中 U 为输电线上的电压损失. U2 r 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 L S 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,
6、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 P U 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. 1 n 1 n2 例 1 (2017湖州市高二检测)某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压 变压器用电, 若发电厂输出电压为 U1, 输电线总电阻为 R, 在某一时段用户需求的电功率为 P0, 用户的用电器正常工作的电压为 U2.在满足用户正常用电的情况下, 下列说法正确的是( ) A.输电线上损耗的功率为P 02R U22 B.输电线上损耗的功率为P 02R U12 C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输
7、电 D.采用更高的电压输电会降低输电的效率 答案 C 解析 设发电厂输出功率为 P,则输电线上损耗的功率 PPP0,PI2R,A、B P2R U12 项错误 ; 采用更高的电压输电, 可以减小输电线上的电流, 故可以减少输电线上损耗的功率, C 项正确;采用更高的电压输电,输电线上损耗的功率减少,则发电厂输出的总功率减少,故 可提高输电的效率,D 项错误. 例 2 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? (2)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? (3)若将电压升高至
8、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 (1)2 500 A (2)1.25108 W 1 4 (3)1 000 A 2107 W 1 25 解析 (1)由 PUI 得 I A2 500 A P U 5 108 2 105 (2)输电线上损失的功率 PI22r2 5002210 W1.25108 W 损失功率与输出功率之比为 P P 1.25 108 W 5 108 W 1 4 (3)将电压升高至 50 万伏时,I A1 000 A P U 5 108 5 105 输电线上损失的功率 PI22r1 0002210 W2107 W 损失功率
9、与输出功率之比为. P P 2 107 W 5 108 W 1 25 二、远距离高压输电电路中的各种关系 某发电站向远处送电的示意图如图所示,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. (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). (2)若两个变压器均为理想变压器,则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系? 答案 (1)第一个回路:P1U1I1 第二个回路:U2UU3,P2PP3I22RP3 第三个回路:P4U4I4 (2)、 、P1P2;、 、P3P4. U1 U2 n1 n2 I1
10、 I2 n2 n1 U3 U4 n3 n4 I3 I4 n4 n3 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 2 所示) 图 2 回路 1:P1U1I1 回路 2:U2UU3,P2PP3I22R线P3, I2I3 回路 3:P4U4I4 2.抓住两个联系 (1)理想升压变压器联系回路 1 和回路 2 即, ,P1P2. U1 U2 n1 n2 I1 I2 n2 n1 (2)理想降压变压器联系回路 2 和回路 3 即, ,P3P4. U3 U4 n3 n4 I3 I4 n4 n3 3.掌握一个定律 根据能量守恒定律得 P2
11、PP3. 例3 如图3所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是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( ) 图 3 A.用户端的电压为I 1U1 I2 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 A 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 ; I1U1 I2 输电线上的电压降 UI1rUU1,选项 B 错误;理想变压器的输入功率 P1I1
12、UI r 2 1 I1U1,选项 C 错误;输电线路上损失的电功率 PI12rI1(UU1),选项 D 错误. 针对训练 如图 4 所示是远距离输电的示意图,下列说法正确的是( ) 图 4 A.a 是升压变压器,b 是降压变压器 B.a 是降压变压器,b 是升压变压器 C.a 的输出电压等于 b 的输入电压 D.a 的输出电压等于输电线上损耗的电压 答案 A 解析 远距离输电先升压,后降压,选项 A 正确,B 错误;由于输电线上有电压损耗,故 a 的输出电压等于 b 的输入电压与输电线上损耗的电压之和,选项 C、D 错误. 1.(输电线上功率损失的计算)(2017诸暨市校级期中)用高压输电技术
13、远距离输电, 如果发电厂 输出功率为 P,输电电压为 U,输电线的总电阻为 R,则输电线上损失的功率为( ) A. B. P U PR U C. D. P2R U2 U2 R2 答案 C 解析 因为输送功率为 P,输电电压为 U,所以输电电流为 I ,根据公式 PI2R 得输电 P U 线上损失的功率为 PI2R,故 C 正确,A、B、D 错误. P2R U2 2.(输电线上功率损失的计算)(多选)某发电厂原来用电压为 U1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
14、I可知,提高电压后输电线上的电流降为原来的 P U2 1 50 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 U2 R线 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 1 2 500 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 U22 R线 答案 AC 解析 由可知,U250U1,输送功率不变,由公式 I可知,输电线中的电流降为 U1 U2 n1 n2 P U2 原来的,选项 A 正确,B 错误;由 PI2R线可知,输电线上的功率损耗减为原来的, 1 50 1 2 500 选项 C 正确,D 错误. 3.(远距离输电线路
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