201x-201x學(xué)年高中物理 5.5 電能的輸送（問(wèn)題探究式）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 5 電能的輸送電能的輸送我們的生活離不開(kāi)電能我們的生活離不開(kāi)電能思考：什么地方在生產(chǎn)電能呢？思考：什么地方在生產(chǎn)電能呢？三峽水電站建成后，發(fā)電機(jī)組總功率為三峽水電站建成后，發(fā)電機(jī)組總功率為1820萬(wàn)千瓦，年萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量為億千瓦時(shí)，將緩解我市的用電緊張問(wèn)題。發(fā)電量為億千瓦時(shí)，將緩解我市的用電緊張問(wèn)題。三峽水電站向我市供電，怎樣將電能輸送過(guò)來(lái)呢？三峽水電站向我市供電，怎樣將電能輸送過(guò)來(lái)呢？用輸電導(dǎo)線將發(fā)電機(jī)和用電器連接起來(lái)用輸電導(dǎo)線將發(fā)電機(jī)和用電器連接起來(lái)一、提出問(wèn)題一、提出問(wèn)題發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)我市用戶我市用戶輸電導(dǎo)線輸電導(dǎo)線若教室所有用電器額定總功率為

2、，從三峽到我校的輸電若教室所有用電器額定總功率為，從三峽到我校的輸電線上的總電阻為線上的總電阻為10，發(fā)電機(jī)功率也為，用，發(fā)電機(jī)功率也為，用220v的電壓的電壓輸送，我教室用電器能正常工作嗎？輸送，我教室用電器能正常工作嗎？二、創(chuàng)設(shè)情境二、創(chuàng)設(shè)情境P用用=？U用用=？U發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)用戶用戶P輸輸U(kuò)輸輸RI觀看視頻并思考：為什么要進(jìn)行農(nóng)網(wǎng)改造呢？觀看視頻并思考：為什么要進(jìn)行農(nóng)網(wǎng)改造呢？三、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題三、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 用戶得到的電功率要遠(yuǎn)小于輸送時(shí)用戶得到的電功率要遠(yuǎn)小于輸送時(shí)的電功率，造成了電資源的浪費(fèi)，輸送的電功率，造成了電資源的浪費(fèi)，輸送端用戶用電器不能正常工作。端用戶用電器不能正常工作。輸電線上

3、有電輸電線上有電阻阻四、分析問(wèn)題四、分析問(wèn)題1、電能主要在哪里損失？、電能主要在哪里損失？2、損失的電能如何來(lái)定量的表示？、損失的電能如何來(lái)定量的表示？Q=I2RTU發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)用戶用戶P輸輸U(kuò)輸輸RI = U2/RT= UIT熱能消耗熱能消耗焦耳定律焦耳定律遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國(guó)正在研遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國(guó)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

4、電的速度可加快輸電的速度1 1 把功率為把功率為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(guò)可以通過(guò)提高輸電電壓提高輸電電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)?？偨Y(jié)：總結(jié)：

5、2 2五、探究問(wèn)題的解決方案五、探究問(wèn)題的解決方案目的：減少遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中輸電導(dǎo)線上的電能的目的：減少遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中輸電導(dǎo)線上的電能的損失？損失？ 根據(jù)根據(jù)Q=I2RT，我們要減少，我們要減少Q(mào)。方案一：減少時(shí)間方案一：減少時(shí)間T方案二：減少電阻方案二：減少電阻R方案三：減少輸電電流方案三：減少輸電電流I： 減少導(dǎo)線電阻，由電阻定律：減少導(dǎo)線電阻，由電阻定律：SLR（1 1）減小輸電線的長(zhǎng)度）減小輸電線的長(zhǎng)度L L可行嗎？可行嗎？減小輸電線的長(zhǎng)度減小輸電線的長(zhǎng)度L不可行，因?yàn)橐ＷC輸電不可行，因?yàn)橐ＷC輸電距離。距離。（2 2）減小材料的電阻率）減小材料的電阻率。目前選用。目前選用電阻率較

6、小的銅或鋁作輸電線。用電阻電阻率較小的銅或鋁作輸電線。用電阻率更小的銀可以嗎？率更小的銀可以嗎？成本太高成本太高（3 3）增加輸電線的橫截面積又如何呢？）增加輸電線的橫截面積又如何呢？增加導(dǎo)線的橫截面積，可適當(dāng)增大橫增加導(dǎo)線的橫截面積，可適當(dāng)增大橫截面積。太粗不可能，既不經(jīng)濟(jì)又架截面積。太粗不可能，既不經(jīng)濟(jì)又架設(shè)困難。設(shè)困難。如果電流減少了如果電流減少了 P損損=I2R線線，功率損失大大，功率損失大大減少減少 U損損=IR線線， 電壓損失大大電壓損失大大減少減少方案三：方案三：此方案能大大減少輸電線上的電壓和電功率的此方案能大大減少輸電線上的電壓和電功率的損失，又不造成材料的浪費(fèi)和架線的困難損

7、失，又不造成材料的浪費(fèi)和架線的困難 六、方案的實(shí)施六、方案的實(shí)施1發(fā)電機(jī)輸出功率發(fā)電機(jī)輸出功率P一定，如何減少輸電線上的電流？一定，如何減少輸電線上的電流？發(fā)電機(jī)輸出功率發(fā)電機(jī)輸出功率P一定，要減少電流，根據(jù)一定，要減少電流，根據(jù)I=P/U，就要提高輸電電壓，采用就要提高輸電電壓，采用高壓輸電高壓輸電2如何獲得高壓來(lái)輸電呢？如何獲得高壓來(lái)輸電呢？3.輸送到用戶處時(shí)，如何使用電器正常工作呢？輸送到用戶處時(shí)，如何使用電器正常工作呢？4.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離輸電的整體流程圖？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離輸電的整體流程圖？用升壓變壓器用升壓變壓器n1n2p1p21122UnnUP2=P1用降壓變壓器用降壓變壓器n3n4p3p

8、4用用戶戶433344PPUnnU遠(yuǎn)距離輸電流程簡(jiǎn)圖遠(yuǎn)距離輸電流程簡(jiǎn)圖：P1P2P3P4I1I2I3I4請(qǐng)同學(xué)們?cè)囍治觯赫?qǐng)同學(xué)們?cè)囍治觯海?）各個(gè)功率之間的關(guān)系）各個(gè)功率之間的關(guān)系（2 2）各個(gè)電壓之間的關(guān)系）各個(gè)電壓之間的關(guān)系（3 3）各個(gè)電流之間的關(guān)系）各個(gè)電流之間的關(guān)系是不是輸電電壓越高越好？ 電壓越高，對(duì)輸電線路和變壓電壓越高，對(duì)輸電線路和變壓器的要求越高，建設(shè)費(fèi)用越高。實(shí)際器的要求越高，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)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合適的要求等，要依照不同

9、情況選擇合適的輸電電壓。輸電電壓。 電網(wǎng)供電電網(wǎng)供電低壓輸電線路：低壓輸電線路： 輸電電壓輸電電壓220V-輸電功率輸電功率100kW以下，以下， 距離為幾距離為幾 百米以內(nèi)。百米以內(nèi)。高壓輸電線路：高壓輸電線路： 輸電電壓輸電電壓35kV或或110kV-輸電功率輸電功率100kW以下，以下， 距離為幾十千米到上百千米。距離為幾十千米到上百千米。超高壓輸電線路：超高壓輸電線路： 輸電電壓輸電電壓220kV以上以上-輸電功率輸電功率10萬(wàn)萬(wàn)kW以上，以上， 距距 離為幾百千米。離為幾百千米。電網(wǎng)供電電網(wǎng)供電輸電過(guò)程示意圖電網(wǎng)供電電網(wǎng)供電 采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)：采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)： 可以在能源產(chǎn)地使

10、用大容量發(fā)電可以在能源產(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)電力供需平斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需平衡，保障供電質(zhì)量。衡，保障供電質(zhì)量。電網(wǎng)供電電網(wǎng)供電在如圖所示的遠(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(shuō)法中正確的有發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有

11、()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(jí)電壓變大，所以降壓變壓器初級(jí)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

12、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(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

13、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(guó)正遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電我國(guó)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32014年年2月初低溫雨雪冰凍造成我國(guó)東部部分地區(qū)停電，月初低溫雨雪冰凍造成我國(guó)東

14、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)?/p>

15、若熱耗功率變?yōu)?P，則，則9PI2R線線由由兩式得兩式得I3I，A對(duì)；對(duì)；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(duì)對(duì)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)線的電阻為阻為0.2 ，如果用初、次級(jí)線，如果用初、次級(jí)線圈匝數(shù)之比為圈匝數(shù)之比為1 10的升壓變壓的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級(jí)線圈匝數(shù)比為次級(jí)線圈匝數(shù)比為10 1的降壓的降壓變壓器降壓供給用戶變壓器降壓供給用戶(1)畫(huà)出全過(guò)程的線路示意圖；畫(huà)出全過(guò)程的線路示意圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；求用戶得到的電

16、壓和功率；(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功戶，求用戶得到的電壓和功率率(1)示意圖如圖所示示意圖如圖所示 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)線的電阻為阻為0.2 ，如果用初、次級(jí)線，如果用初、次級(jí)線圈匝數(shù)之比為圈匝數(shù)之比為1 10的升壓變壓的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級(jí)線圈匝數(shù)比為次級(jí)線圈匝數(shù)比為10 1的降壓的降壓變壓器降壓供給用戶變壓器降壓供給用戶(1)畫(huà)出全過(guò)程的線路示意圖；畫(huà)出全過(guò)程的線路示意圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功戶，求用戶得到的電壓和功率率(3)則輸電電流則輸電電流IP/U1200 A.