秋粵教版高中物理選修32第二章交變電流第七節(jié)電能輸送預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案

秋粵教版高中物理選修32第二章交變電流第七節(jié)電能輸送預(yù)習(xí)導(dǎo)教課方案秋粵教版高中物理選修32第二章交變電流第七節(jié)電能輸送預(yù)習(xí)導(dǎo)教課方案PAGEPAGE6秋粵教版高中物理選修32第二章交變電流第七節(jié)電能輸送預(yù)習(xí)導(dǎo)教課方案PAGE第七節(jié)電能的輸送

【思想激活】

在我國(guó)城鎮(zhèn)和農(nóng)村電網(wǎng)的低壓改造已基本結(jié)束，由于低壓改造使我國(guó)廣闊城鄉(xiāng)住戶獲

得了優(yōu)惠。農(nóng)村電網(wǎng)改造前，某些農(nóng)村經(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〕日光燈不能夠啟動(dòng)；〔3〕洗

衣機(jī)沒(méi)勁等。特別是過(guò)節(jié)時(shí)現(xiàn)象更顯然，這是為什么呢？

提示：低壓輸電線較細(xì)，電阻較大，導(dǎo)線的電壓降較大，致使用戶結(jié)尾電壓遠(yuǎn)低于額

定電壓〔有時(shí)甚至不高于160V〕。到了過(guò)節(jié)的時(shí)候，各家用電器增添，所適用電器都是并聯(lián)連接，總電阻會(huì)更小，線路電流更大，輸電導(dǎo)線上分得的電壓變多，致使用戶電壓變低，就會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)低太改造后，換上了合格的輸電導(dǎo)線，以上現(xiàn)象就不顯然了。

【自主整理】

為什么要采用高壓輸電

1〕電功率虧折：輸電導(dǎo)線上有電阻，當(dāng)電暢達(dá)逾期，由于電流的熱效應(yīng)會(huì)引起電功率的虧折。能夠考慮經(jīng)過(guò)減小輸電導(dǎo)線的電阻或減小輸送電流來(lái)減少電功率的虧折。

2〕電壓虧折：導(dǎo)線上的電阻，電流流過(guò)電阻會(huì)帶來(lái)電壓的虧折。對(duì)交流電路，由于

電流的變化，輸電導(dǎo)線上的自感作用會(huì)阻攔電流的變化，產(chǎn)生感抗。在空中架設(shè)的輸電導(dǎo)線

與大地之間產(chǎn)生一個(gè)電容器，地下電纜或海底電纜與大地或海水之也會(huì)產(chǎn)生電容器，交流電

通逾期會(huì)產(chǎn)生容抗。感抗和容抗〔也叫電抗〕也會(huì)造成電壓虧折。

3〕高壓輸電：減小電阻就要增粗導(dǎo)線，增粗導(dǎo)線有帶來(lái)兩個(gè)不利，其一，耗資更多的金屬資料；其二，會(huì)使電抗更大，造成更大的電壓虧折。惟有采用小電流輸電才會(huì)防備上述問(wèn)題，在保證輸送功率不變的情況下，減小電流必定靠提升電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

【妙手筆錄】

怎樣掌握遠(yuǎn)間隔輸電的基本網(wǎng)絡(luò)和功能關(guān)系？

分析：〔1〕遠(yuǎn)間隔輸送電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)：如圖2-7-1所示

圖2-7-1

〔2〕輸電導(dǎo)線虧折的電功率：由P損=I線2R線可推得P損=(P)2R線U〔3〕兩個(gè)基本公式：電壓關(guān)系U升=U線+U降=IR線+U降

能量關(guān)系P出=P線+P降或IU升=I2R線+IU降。

總之，遠(yuǎn)間隔送電的電路屬于非純電阻電路、電功和電勢(shì)不相當(dāng)，電功率P=UI，電勢(shì)

功率P線=I2rP2·r，在送電過(guò)程中，不變的是輸送的總功率P，輸電電流IP，絕U2U對(duì)不能夠由I=U/R來(lái)求電流，這是由于輸電線路其實(shí)不是純電阻電路，且電壓U沒(méi)有全部降在輸電線路的電阻R上。“提升電壓，變低電流”可否與歐姆定律相矛盾？

分析：不矛盾。歐姆定律是對(duì)純電阻耗能元件成立的定律，而“提升電壓，變低電流”

是從輸送角度，由P=IU，且P一一的條件下得出的結(jié)論，兩者沒(méi)有聯(lián)系。

高壓輸電可否是電壓越高越好？

分析：輸電線上的電壓虧折，不惟有導(dǎo)線電阻引起的電壓虧折，而且有電抗引起的電

壓虧折，電抗造成的電壓虧折隨電壓的增大而增大，因此高壓輸電其實(shí)不是電壓越高越好。

其余，電壓越高，對(duì)線路和變壓器的技術(shù)要求就越高，線路的修筑開(kāi)支就會(huì)增添，因此實(shí)質(zhì)輸電時(shí)，綜合考慮各樣因素，依照不同樣樣的情況，選擇適合的輸電電壓。

【名師解惑】

遠(yuǎn)間隔輸電問(wèn)題的解法

在中學(xué)物理中遠(yuǎn)間隔輸電問(wèn)題，由于涉及的物理量多、物理知識(shí)多、綜合性強(qiáng)而成為

學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了連忙而正確地分析解答此類(lèi)問(wèn)題，應(yīng)依照以下解法進(jìn)行。

形式是：先畫(huà)出輸電線路簡(jiǎn)圖，標(biāo)出涉及的物理量〔如圖2-7-2所示〕。注意搞清楚在發(fā)電廠和用戶之間的一升一降變壓器，把整個(gè)輸電線路分成三個(gè)相互絕緣而又經(jīng)過(guò)能量相互慎密聯(lián)系的電路，再綜合運(yùn)用下面三方面知識(shí)求解。

圖2-7-2〔1〕能量守恒：P源出=11=22=熱損+用戶+P線損=22=2線/RUIUIPPIRUP用戶=UI=UI4432〔2〕電路知識(shí)：==+U=IREIr+UUIRU線112232〔3〕變壓器知識(shí)〔理想〕：U1n1I2U3n3I4U2n2I1U4n4I2注意：高壓輸電電壓指圖中U2，輸電線上虧折的電壓指導(dǎo)線電阻R上的電壓降：U線=I2R高壓輸電是怎樣減小線路中功率虧折的？

分析：線路中的電阻是要耗資電能的，電阻越大，流過(guò)的電流越大，線路中耗資就越多，依照功率公式P損=I2R可知，減小線路上的功率虧折的形式有兩個(gè)路子：第一、減小輸電導(dǎo)線上的電阻R，據(jù)電阻定律R=ρl知，在實(shí)質(zhì)輸電線路中，輸電導(dǎo)線s

的長(zhǎng)度不能夠減小，能夠用電阻率ρ小的資料，像用銅和鋁等，金、銀屬名貴金屬，做輸電

導(dǎo)線就不事實(shí)了，但在大范圍集成電路里是要用這種金屬導(dǎo)體的，最后一點(diǎn)是增大導(dǎo)體的橫

截面積，這又給電路的鋪設(shè)帶來(lái)了困難，同時(shí)也會(huì)開(kāi)支大量的金屬資料。第二、減小輸電電流I，依照公式I=P知，要減小電流，減小輸送功率是過(guò)失的選擇，U你的目標(biāo)就是輸送電能，再就是在提升電壓上做文章，在輸送功率必定、輸電線電阻必定的

條件下，輸電電壓提升到原來(lái)的n倍，依照公式P損=〔P〕2R知。輸電線上的功率虧折將U1降為原來(lái)是.

研究結(jié)論：采用高電壓輸電是減小輸電線上功率耗資最有效、最經(jīng)濟(jì)的舉措.

提升電壓，就變低了電流，與歐姆定律相矛盾？

分析：不矛盾。歐姆定律是對(duì)純電阻耗能元件成立的定律，而“提升電壓，變低電流”是從輸送角度，由P=IU，且P一一的條件下得出的結(jié)論，兩者沒(méi)有聯(lián)系?！局v練互動(dòng)】例1.某變電站用220V的電壓輸電，輸電線上的功率虧折是輸送功率的20%，若要使功率虧折降為輸送功率的5%，則變電站的輸電電壓應(yīng)為多少？分析：設(shè)輸送功率為P送電電壓U1=220V，虧折P1=20%P又P1=I21R線，而I1PU1則PP2R21U1線現(xiàn)要求P250%P，同理P2P2R線U22由①②式得：20%U225%U12因此2=21=440VUU答案：440V【講練互動(dòng)】1.有一臺(tái)內(nèi)阻為1的發(fā)電機(jī)，供給一個(gè)學(xué)校照明用電，如圖2-7-3所示，升壓變壓器匝數(shù)比為1：4，降壓變壓器匝數(shù)比為4：1，輸電線的總電阻=4，全校共有22個(gè)班，每R班有“220V40W”的電燈6盞，若保證電燈全部正常發(fā)光，求：圖

2-7-3

〔1〕發(fā)電機(jī)輸出功率多大？

〔2〕發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)多大？

〔3〕輸電效率是多少？

〔4〕若使用燈數(shù)減半正常發(fā)光，則發(fā)電機(jī)輸出功率可否減半？

分析：題中未加特別說(shuō)明，電壓器即理想變壓器，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)

內(nèi)阻上，另一部分為發(fā)電機(jī)的路端電壓，由此張開(kāi)分析

E，一部分降到電源

〔1〕對(duì)降壓變壓器

U2

I2

U3I3

nP燈

226

40W

5280W

而U214U3880V，因此I2nP燈5280A=6AU2880對(duì)升壓變壓器U1I1U2I2I22RU2I26245280W5424W因此P出=5424W。〔2〕由于U2U2I2R88064V904V，因此U11U21904V226V44又由于U1I1U2I2,I1U2I24I224A。U1EU1I1r226241V250V〔3〕ηP適用％5280％％P出100545410097〔4〕電燈減少一半時(shí)，n′P燈=2640W因此P出'n'P燈I2'2R2640W327W2676W發(fā)電機(jī)的輸出功率減少一半還要多。

答案：〔1〕5424W

2〕250V

3〕97%

4〕2676W

例2.一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓為250V，輸出功率為100kW，向遠(yuǎn)處輸電所用輸電線的總電阻為8Ω，要使輸電線上的功率虧折不高出輸送功率的5%，用戶正好獲取220V的電壓，則供電處的升壓變壓器和用戶處的降壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？分析：升壓變壓器原線圈兩端電壓1=250V，經(jīng)過(guò)的電流P100103UI1A=100A。U1250輸電線的功率虧折P=5%P=5%×100×103W=5×103W。輸電線上電流〔經(jīng)過(guò)升壓高壓器副線圈，降壓變壓器原線圈的電流〕IP5103RA=25A。降壓變壓器次級(jí)電漢〔用8戶電流〕I4PP1001035103A4750A。U422011升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1I2251，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n2I140016

n3I44750/11190。n4I32511答案：11901611輸電導(dǎo)線上功率虧折=2，電壓虧折=，提升輸電電壓是減小功率虧折和電壓PIRUIR虧折的有效路子。

【變式訓(xùn)練】

發(fā)電機(jī)輸出功率為100kW，輸出電壓是250V，用戶需要的電壓是220V，輸電線電阻

為10，若輸電線中因發(fā)熱而虧折的功率為輸送功率的4%，試求：在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器中原、副線圈的匝數(shù)比。分析：輸電線因發(fā)熱耗資的功率為：PP4%1004%kW4kW,由2得，PI2R輸電電流即升壓變壓器副線圈中的電流為I2P4103A20A，升壓變壓器原R10線圈中的輸入電流為：I1P100103A400A因此升壓變壓器中原、副線圈的匝數(shù)U1250n1I1201，升壓變壓器副線圈兩端的電壓為：之比為I2n240020U2n2U125020V5000V,輸電線路上的虧折的電壓為：UI2R200V。降n1壓變壓器原線圈兩端的電壓為：50002004800.因此，降壓變壓U3U2UVVV器原、副線圈的匝數(shù)比為：n3U34800240.n4U422011答案：1：20240：11【體驗(yàn)研究】家庭電路的引線均有必定電阻〔約幾歐〕，因此當(dāng)家中大功率用電器如空調(diào)、電爐工作時(shí)，家中原來(lái)開(kāi)著的燈會(huì)變暗，下面經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試，能夠估計(jì)出家庭電路引線部分的電阻，如圖2-7-4所示，用r表示家庭電路引線部分的總電阻，V為兩表筆插入插座的交流電壓表，M為一個(gè)額定功率P的空調(diào)〔P較大〕測(cè)試時(shí)，先斷開(kāi)全部家庭電路，測(cè)得電壓為U，再閉合開(kāi)關(guān)S，測(cè)得電壓為U。12

圖2-7