201x-201x學(xué)年高中物理 5.5 電能的輸送（講授式）同課異構(gòu) 新人教版選修

1、第五章第五章 交變電流交變電流 學(xué)案學(xué)案5 電能的輸送電能的輸送 為了合理的利用能源為了合理的利用能源, ,發(fā)電站要建在靠近能源的發(fā)電站要建在靠近能源的地方地方. . 為了合理的利用能源為了合理的利用能源, ,發(fā)電站要建在靠近能源的發(fā)電站要建在靠近能源的地方地方. . 為了合理的利用能源為了合理的利用能源, ,發(fā)電站要建在靠近能源的發(fā)電站要建在靠近能源的地方地方. .用電的地方卻很多用電的地方卻很多, ,例如例如: : 有的地方離發(fā)電站很遠(yuǎn)有的地方離發(fā)電站很遠(yuǎn), ,因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方, ,這這就涉及電能的輸送問題即就涉及電能的輸送問題即: : 觀看視頻并思考：為什

2、么要高壓輸電觀看視頻并思考：為什么要高壓輸電呢？呢？1 1電能輸送的優(yōu)點(diǎn)：電能輸送的優(yōu)點(diǎn)：2 2輸送電能的基本要求：輸送電能的基本要求：可靠：可靠：是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。“方便和節(jié)約方便和節(jié)約”保質(zhì)：保質(zhì)：就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定。就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)：經(jīng)濟(jì)：是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小。是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小。可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)一、電能的輸送一、電能的輸送怎樣才能將電能由發(fā)電廠輸送到用戶呢？怎樣才能將電能由發(fā)電廠輸送到用戶呢？ 思考：思考：r輸電

3、線輸電線輸電線輸電線電電 源源用用 戶戶U送送電源向外輸電時(shí)，其兩端的電壓即為輸送電壓電源向外輸電時(shí)，其兩端的電壓即為輸送電壓 。輸送電壓：輸送電壓：電源對外發(fā)出的功率即輸送功率。電源對外發(fā)出的功率即輸送功率。 輸送功率：輸送功率：二、輸電的模型二、輸電的模型遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？ 思考：思考：在輸電線上有功率損失。在輸電線上有功率損失。 1、輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達(dá)式、輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達(dá)式是什么？是什么？討論與交流：討論與交流：輸電線有電輸電線有電阻阻若輸電電流為若輸電電流為I，輸電線的電阻為，輸電線

4、的電阻為r，則功率損失為，則功率損失為P=I2r若輸送的功率為若輸送的功率為P，輸電電壓為，輸電電壓為U，電線的總長度為，電線的總長度為L，橫，橫截面積為截面積為S，電阻率為，電阻率為 ，則功率損失可表示為：則功率損失可表示為：.)(2SLUPP 三、降低能耗的兩個(gè)途徑三、降低能耗的兩個(gè)途徑 3、若采用減小導(dǎo)線電阻的方法，在輸電線長度一、若采用減小導(dǎo)線電阻的方法，在輸電線長度一定的情況下，應(yīng)采用什么措施？定的情況下，應(yīng)采用什么措施？ 2、降低輸電損耗的途徑是什么？、降低輸電損耗的途徑是什么？ 由由P=I2r可知：可知：可減少功率損失?？蓽p少功率損失。減少減少輸電線的電阻輸電線的電阻減少減少輸電

5、線的電流輸電線的電流（3）減少材料的電阻率）減少材料的電阻率（1）減少輸電線的長度）減少輸電線的長度L（2）增加導(dǎo)線的橫截面積）增加導(dǎo)線的橫截面積S由由 可知：可知：SLR三、降低能耗的兩個(gè)途徑三、降低能耗的兩個(gè)途徑 4、若采用減小導(dǎo)線中電流的方法，又應(yīng)采用什、若采用減小導(dǎo)線中電流的方法，又應(yīng)采用什么措施？么措施？ 討論與交流：討論與交流：減小輸送功率減小輸送功率P由由 P=IU 可知：可知：提高輸電電壓提高輸電電壓U可減小輸電電流?？蓽p小輸電電流。 由于電站的裝機(jī)容量一定，因此電站向外輸送的電功率是由于電站的裝機(jī)容量一定，因此電站向外輸送的電功率是一定的，即在實(shí)際中不能以用戶少用或不用電來減

6、少輸電線一定的，即在實(shí)際中不能以用戶少用或不用電來減少輸電線上的功率損失。上的功率損失。想一想：想一想：能否通過減小輸送功率來減小輸電電流？能否通過減小輸送功率來減小輸電電流？三、降低能耗的兩個(gè)途徑三、降低能耗的兩個(gè)途徑遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國正在研遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國正在研究用比究用比330 kV高得多的電壓進(jìn)行輸電采用高壓高得多的電壓進(jìn)行輸電采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A可節(jié)省輸電線的材料可節(jié)省輸電線的材料B可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C可減小輸電線上的能量損失可減小輸電線上的能量損失D可加快輸電的速度可加快輸電的速度1 1 把功率為

7、把功率為22KW22KW的電能用總電阻為的電能用總電阻為22的導(dǎo)線的導(dǎo)線輸送到遠(yuǎn)方的用戶，用輸送到遠(yuǎn)方的用戶，用220V220V的電壓輸電，導(dǎo)線損的電壓輸電，導(dǎo)線損失的功率為多少？若改用失的功率為多少？若改用22KV22KV的電壓輸電，導(dǎo)線的電壓輸電，導(dǎo)線損失的功率又為多少？損失的功率又為多少？22KV22KV輸電，損失的功率為輸電，損失的功率為 220V220V輸電，損失的功率為輸電，損失的功率為 W4104 W4 RUPP 2)(RUPP 2)( 減小輸送電流的減小輸送電流的方法方法可以通過可以通過提高輸電電壓提高輸電電壓來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。總結(jié)：總結(jié)：2 2遠(yuǎn)距離輸電過程示意圖遠(yuǎn)距離輸電過程

8、示意圖四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電 1 1、在高壓輸電三個(gè)回路中，各部分的功率、電、在高壓輸電三個(gè)回路中，各部分的功率、電壓和電流關(guān)系如何？壓和電流關(guān)系如何？1 14 42 22 23 3UUUURI IF F用用線線 rI I1 1I I3 3I I4 4n n1 1n n2 2n n3 3n n4 4P1P2P3P4功率關(guān)系：功率關(guān)系：電壓關(guān)系：電壓關(guān)系：電流關(guān)系：電流關(guān)系：2121nnUU 1221nnII 4343nnUU 3443nnII 32II 32UUU 21PP 32PPP 43PP 四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電 2、在高壓輸電模型中，設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為、在高壓輸電模型中，設(shè)發(fā)電機(jī)

9、的輸出功率為P，輸送電壓為輸送電壓為U1，輸電線的電阻，輸電線的電阻r，升壓變壓器的原副，升壓變壓器的原副線圈匝數(shù)分別為線圈匝數(shù)分別為n1，n2，降壓變壓器原副線圈分別為，降壓變壓器原副線圈分別為n3，n4，你能算出線路中損失的功率和電壓嗎？用戶，你能算出線路中損失的功率和電壓嗎？用戶得到的功率和電壓分別是多少？得到的功率和電壓分別是多少？14223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電在發(fā)電機(jī)與升壓變壓器原線圈組成的回在發(fā)電機(jī)與升壓變壓器原線圈組成的回路中路中 11UPI 由由 1221nnII 1212UPnnI RUPnn2121

10、)( RIP22 輸電線上輸電線上 RUPnnPPPP2121)( 用用戶戶用戶得到的功用戶得到的功率率 RUnPnRIU1212 RUnPnnUnUUU12111223 )(121112343344RUnPnnUnnnnUnU 損失的電損失的電壓壓 四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電 1 1、根據(jù)上述結(jié)果高壓輸電能否真的有效降、根據(jù)上述結(jié)果高壓輸電能否真的有效降低能量損耗及電壓損耗？低能量損耗及電壓損耗？ 2 2、是不是輸電電壓越高越好？為什么？、是不是輸電電壓越高越好？為什么？ 討論與交流：討論與交流： 1、由、由 及及 可知：電壓可知：電壓越高，功率和電壓損失確實(shí)越小，可以

11、有效降低能耗和電壓越高，功率和電壓損失確實(shí)越小，可以有效降低能耗和電壓損耗。損耗。RUPnnP2121)( RUnPnU121 2 2、不是。電壓越高，對輸電線路和變壓器的要求越高，、不是。電壓越高，對輸電線路和變壓器的要求越高，建設(shè)費(fèi)用越高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮，如輸送功率的建設(shè)費(fèi)用越高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮，如輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，要依照不同情況選擇大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，要依照不同情況選擇合適的輸電電壓。合適的輸電電壓。 閱讀與思考：閱讀與思考：1 1、常用的輸電模式有幾種？各是什么？、常用的輸電模式有幾種？各是什么？2 2、我國遠(yuǎn)距離輸電

12、采用的電壓有哪幾種？、我國遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有哪幾種？低壓輸電：低壓輸電：輸電功率為輸電功率為100 kW100 kW以下，距離為幾百米以內(nèi)，以下，距離為幾百米以內(nèi)， 一般采用一般采用220 V220 V的電壓輸電。的電壓輸電。高壓輸電：高壓輸電：輸電功率為幾千千瓦到幾萬千瓦，距離為幾十千輸電功率為幾千千瓦到幾萬千瓦，距離為幾十千米到幾米到幾 百千米，一般采用百千米，一般采用35 kV35 kV或或110 kV110 kV的電壓輸電。的電壓輸電。超高壓輸電：超高壓輸電：輸電功率為輸電功率為1010萬千瓦以上，距離為幾百千米，萬千瓦以上，距離為幾百千米， 必須采用必須采用220 kV220 k

13、V或更高的電壓輸電?；蚋叩碾妷狠旊?。 有有110 kV110 kV、220 kV220 kV、330 kV330 kV，輸電干線采用，輸電干線采用500 kV500 kV超超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到750 kV750 kV。四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)是什么？采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)是什么？ 閱讀與思考：閱讀與思考： 可以在能源產(chǎn)地使用大容量發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的可以在能源產(chǎn)地使用大容量發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的輸送成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，電網(wǎng)可以減少斷電輸送成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，電網(wǎng)可以減少斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需平衡，保障

14、供電質(zhì)量。的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需平衡，保障供電質(zhì)量。四、電網(wǎng)供電四、電網(wǎng)供電遠(yuǎn)距離輸電示意圖在如圖所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均在如圖所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有()A升壓變壓器的輸出電壓增大升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大輸電線上損

15、耗的功率占總功率的比例增大升壓變壓器原線圈電壓不變，變壓比不變，故副線圈電壓不變，升壓變壓器原線圈電壓不變，變壓比不變，故副線圈電壓不變，A錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；IP/U，U損損IR線線，U3U2U損損，因，因P變大，變大，I變大，所以變大，所以U損損變大，所以降壓變壓器初級電壓變大，所以降壓變壓器初級電壓U3變小，變小，B錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；P損損(P/U)2R線線，因，因P變大，所以變大，所以P損損變大，變大，C正確；正確；3某小型實(shí)驗(yàn)水電站輸出功率是某小型實(shí)驗(yàn)水電站輸出功率是20 kW，輸電線路總電阻是，輸電線路總電阻是6 .(1)若采用若采用380 V輸電，求輸電線路損耗的功率輸電，求輸電線路損耗的功率

16、(2)若改用若改用5 000 V高壓輸電，用戶端利用高壓輸電，用戶端利用n1 n222 1的變壓器降的變壓器降壓，求用戶得到的電壓壓，求用戶得到的電壓(1)輸電線上的電流為輸電線上的電流為IP/U52.63 A輸電線路損耗的功率為輸電線路損耗的功率為P線線I2R16.62 kW(2)改用高壓輸電后，輸電線上的電流變?yōu)楦挠酶邏狠旊姾?，輸電線上的電流變?yōu)镮P/U4 A用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓U1UIR4 976 V根據(jù)根據(jù)U1/U2n1/ n2用戶得到的電壓為用戶得到的電壓為U2n2U1/n1226.18 V4 41遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國正遠(yuǎn)距離輸送

17、交流電都采用高壓輸電我國正在研究用比在研究用比330 kV高得多的電壓進(jìn)行輸電采用高得多的電壓進(jìn)行輸電采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A可節(jié)省輸電線的材料可節(jié)省輸電線的材料B可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C可減小輸電線上的能量損失可減小輸電線上的能量損失D可加快輸電的速度可加快輸電的速度2.超導(dǎo)是當(dāng)今高科技研究的熱點(diǎn)，超導(dǎo)是當(dāng)今高科技研究的熱點(diǎn)，利用超導(dǎo)材料可實(shí)現(xiàn)無損耗輸利用超導(dǎo)材料可實(shí)現(xiàn)無損耗輸電現(xiàn)有一直流電路，輸電總電阻電現(xiàn)有一直流電路，輸電總電阻為為0.4 ，它提供給用電器的電功率，它提供給用電器的電功率為為40 kW，電壓為，電壓為800 V若用臨界若用臨

18、界溫度以下的超導(dǎo)電纜代替原來的輸溫度以下的超導(dǎo)電纜代替原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為壓不變，那么節(jié)約的電功率為()A1 kW B1.6103 kWC1.6 kW D10 kW節(jié)約的電功率即為普通電路節(jié)約的電功率即為普通電路輸電時(shí)損耗的電功率輸電時(shí)損耗的電功率IP/U40103/800 A50 AP線線I2R5020.4 W1 000 W32014年年2月初低溫雨雪冰凍造成我國東部部分地區(qū)停電，月初低溫雨雪冰凍造成我國東部部分地區(qū)停電，為消除高壓輸電線上的凌冰，有人設(shè)計(jì)了這樣的融冰思路：為消除高壓輸電線上的凌冰，有人設(shè)計(jì)了這樣的融冰

19、思路：利用電流的熱效應(yīng)除冰若在正常供電時(shí)，高壓線上送電電利用電流的熱效應(yīng)除冰若在正常供電時(shí)，高壓線上送電電壓為壓為U，電流為，電流為I，熱耗功率為，熱耗功率為P；除冰時(shí)，輸電線上的熱耗；除冰時(shí)，輸電線上的熱耗功率需變?yōu)楣β市枳優(yōu)?P，則除冰時(shí)，則除冰時(shí)(認(rèn)為輸電功率和輸電線電阻不認(rèn)為輸電功率和輸電線電阻不變變)()A輸電電流為輸電電流為3IB輸電電流為輸電電流為9IC輸電電壓為輸電電壓為3U D輸電電壓為輸電電壓為U/3高壓線上的熱耗功率高壓線上的熱耗功率PI2R線線若熱耗功率變?yōu)槿魺岷墓β首優(yōu)?P，則，則9PI2R線線由由兩式得兩式得I3I，A對；對；輸送功率不變，即輸送功率不變，即PUIUI，得，得UU/3，所以，所以D對對4.發(fā)電機(jī)的端電壓為發(fā)電機(jī)的端電壓為220 V，輸，輸出功率出功率44 kW，輸電導(dǎo)線的電，輸電導(dǎo)線的電阻為阻