【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第3章第4節(jié)電能的遠(yuǎn)距離輸送課件

第3章第4節(jié)電能的遠(yuǎn)距離輸送學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道采用高壓輸電的原因,理解降低輸電損耗的兩個(gè)途徑及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。(物理觀念)2.了解從變電站到用戶的輸電過(guò)程。知道高壓輸電原理。(科學(xué)思維)3.了解高壓交流和高壓直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)及兩種系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系。(科學(xué)思維)4.了解電能的應(yīng)用與社會(huì)發(fā)展。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、采用高壓輸電的原因1.電功率損失:表達(dá)式P=

;減小方法:(1)減小輸電線電阻,可采用

小的材料做導(dǎo)線,還可增大導(dǎo)線的

;(2)減小輸電電流。

2.高壓輸電:輸送電功率不變的前提下提高輸電電壓,會(huì)減小

,從而減小導(dǎo)線上的電功率損失。

想一想輸電電壓與輸電線路上損失的電壓有何不同?I2R電阻率

橫截面積電流提示

輸電線路上損失的電壓是指降落在輸電線電阻上的電壓;輸電電壓是輸電線路兩端的總電壓,它等于降落在輸電線電阻上的電壓與輸電線末端的電壓之和。二、高壓交流輸電與直流輸電1.直流輸電的優(yōu)點(diǎn):不會(huì)受到

和

的影響。

2.直流輸電的基本過(guò)程:在發(fā)電站區(qū)域經(jīng)變壓器升壓,由整流器將

變換成

,用高壓直流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,在用電區(qū)域?qū)⒏邏褐绷麟娏髯優(yōu)楦邏航蛔冸娏?經(jīng)降壓變壓器降壓。

想一想由歐姆定律

可知,導(dǎo)體兩端加的電壓越大,導(dǎo)體中流過(guò)的電流越大,可在高壓輸電過(guò)程中,卻有“提高電壓,降低電流”的結(jié)論,這二者間是不是有矛盾?電感電容高壓交變電流高壓直流電流提示

不矛盾。歐姆定律是對(duì)純電阻耗能元件而成立的定律,而“提高電壓,降低電流”是從輸送角度,由P=IU,且在P一定的條件下得出的結(jié)論,兩者沒(méi)有聯(lián)系。三、電能的利用與社會(huì)發(fā)展1.蒸汽機(jī)的廣泛使用使社會(huì)

得以飛躍發(fā)展,引發(fā)了

工業(yè)革命,人類社會(huì)進(jìn)入蒸汽機(jī)時(shí)代。

2.發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)在工業(yè)上的運(yùn)用,克服了

在使用過(guò)程中的不少難題,體現(xiàn)許多優(yōu)越性。由于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的發(fā)明和使用,電力的應(yīng)用日益廣泛。電力成為工廠機(jī)器的主要?jiǎng)恿?電力也被廣泛地應(yīng)用于生活領(lǐng)域。

3.電能是

次能源。日常生活中使用的電能,主要來(lái)自

能量的轉(zhuǎn)換,包括熱能(火力發(fā)電)、水能(水力發(fā)電)、原子能(核電)、風(fēng)能(風(fēng)力發(fā)電)等。

生產(chǎn)力第一次蒸汽機(jī)二其他形式想一想利用超導(dǎo)線輸電可以很大程度地減少輸電損耗,從輸送電能的要求分析,我國(guó)現(xiàn)在為什么不大規(guī)模使用超導(dǎo)線輸電?提示

利用超導(dǎo)線輸電,材料比較貴,不經(jīng)濟(jì),技術(shù)要求也比較高,所以現(xiàn)在我國(guó)不能大規(guī)模使用。易錯(cuò)辨析

判一判(1)遠(yuǎn)距離輸送交變電流時(shí),導(dǎo)線的電阻是影響電壓損失的因素之一。(

)(2)輸電電壓越高越好。(

)(3)在電能的輸送過(guò)程中,U為輸電電壓,r為輸電線電阻,則輸電線中電流為(4)家庭用電常用銅導(dǎo)線,是為了減小輸電導(dǎo)線的電阻,從而減小電能損失。(

)√×提示

輸送電壓越高,會(huì)增加絕緣難度,提高架線費(fèi)用,還容易引起輸電線路向大氣放電,增加能量損失。因此,并不是輸送電壓越高越好?！撂崾?/p>

U為輸電電壓,而不是加在輸電導(dǎo)線上的電壓,即U≠Ir,而輸電電流可通過(guò)P=UI求得。√即學(xué)即用

練一練(多選)遠(yuǎn)距離輸送交變電流都采用高壓輸電,下列關(guān)于高壓輸電的說(shuō)法正確的是(

)A.采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省輸電線材料B.采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是可減小輸電線上的能量損失C.采用高壓輸電的原因是用電器是串聯(lián)的,用電器數(shù)量增多總電壓變大D.采用高壓輸電的原因是對(duì)個(gè)別偷電行為進(jìn)行威懾AB解析

高壓輸電的目的是減小輸電導(dǎo)線上的電流,從而可以減小導(dǎo)線的橫截面積,節(jié)約輸電線材料,同時(shí)減小輸電線路上的功率損失和電壓損失,故選項(xiàng)A、B正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一采用高壓輸電的原因情境探究世界首個(gè)特高壓多端混合直流輸電工程——昆柳龍直流工程,昆北—龍門極2高低端換流器成功解鎖,系統(tǒng)電壓第一次躍升至800

kV,輸送功率穩(wěn)增到800

MW,標(biāo)志著昆柳龍直流工程開啟800

kV運(yùn)行模式,特高壓進(jìn)入柔性直流新時(shí)代。遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中,輸電線上不可避免地有電壓和能量損失。(1)輸電線上的電壓和能量損失是如何引起的?(2)如何減小輸電線上的電壓和能量損失?要點(diǎn)提示

(1)因輸電線有電阻,當(dāng)電流流過(guò)輸電線時(shí),不可避免地要產(chǎn)生電壓損失和能量損失。(2)由ΔU=IR和ΔP=I2R可知,減小輸電線上的電壓和能量損失的措施可從減小輸電線電阻R、減小輸電線上電流(即采用高壓輸電)兩方面考慮。知識(shí)歸納1.輸電線上的電壓損失(1)電壓損失:輸電導(dǎo)線有電阻,電流通過(guò)輸電導(dǎo)線時(shí),會(huì)在線路上產(chǎn)生電勢(shì)降落,致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低,這就是輸電線上的電壓損失。(2)減少輸電線路電壓損失的兩種方法:①減小輸電線路電阻:由

可知,距離一定時(shí),使用電阻率小的材料、增大導(dǎo)線橫截面積可減小電阻。②減小輸電電流:由

可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),升高電壓可以減小電流。2.輸電線上的電功率損失(1)電功率損失:①原因:任何輸電導(dǎo)線都有電阻,因此當(dāng)電流通過(guò)輸電導(dǎo)線向遠(yuǎn)方輸送時(shí),輸電線因有電阻而發(fā)熱。②功率損失的計(jì)算:ΔP=I2R,I為輸電線路上的電流,R為線路電阻。閃光語(yǔ)錄

現(xiàn)代遠(yuǎn)距離輸電都采用高壓輸電。實(shí)際輸送電能時(shí),要綜合考慮輸送功率、距離、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等選擇合適的電壓。應(yīng)用體驗(yàn)B規(guī)律方法

輸電線上電功率的損失(1)由P=I2r可知,輸電線上電功率的損失,與輸電線的電阻成正比,與輸電電流的二次方成正比。(2)由P=I2r可知,減小輸電損失可通過(guò)減小輸電線的電阻和降低輸電電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。(3)輸電電壓越小,輸電電流就越大,降落在輸電線上的電壓也就越大,輸電線上的損失就越大。針對(duì)訓(xùn)練1遠(yuǎn)距離輸電時(shí),在輸送功率不變的條件下(

)A.只有增大導(dǎo)線的電阻,才能減小輸電電流,提高輸電效率B.提高輸電電壓,能減小輸電電流,提高輸電效率C.提高輸電電壓,勢(shì)必增大輸電導(dǎo)線上能量的損耗D.提高輸電電壓,勢(shì)必增大輸電導(dǎo)線上的電流B探究二高壓交流輸電與直流輸電情境探究進(jìn)行電網(wǎng)改造,主要是改造那些線路損耗大,線路絕緣差的線路。

(1)為了減少遠(yuǎn)距離輸電線路上的電能損耗而降低電費(fèi)價(jià)格,采用切實(shí)可行的措施有哪些?(2)為什么要電網(wǎng)供電?(3)電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電時(shí),是不是輸送電壓越高越好?要點(diǎn)提示

(1)應(yīng)用電阻率小的材料做輸電線,提高輸電電壓等。(2)電網(wǎng)供電可降低一次能源的運(yùn)輸成本,合理地調(diào)度電力,減小斷電的風(fēng)險(xiǎn),調(diào)節(jié)不同地區(qū)的供需平衡,保障供電的質(zhì)量。(3)不是。電壓越高,對(duì)輸電線路絕緣性能和變壓器的要求就越高,線路修建費(fèi)用會(huì)增多。知識(shí)歸納1.遠(yuǎn)距離輸電的幾個(gè)基本關(guān)系式

輸電線長(zhǎng)度等于距離的2倍

2.兩個(gè)聯(lián)系(1)線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是:(2)線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是:3.計(jì)算輸電線上功率損失的兩種方法計(jì)算輸電線上損失的功率時(shí),要注意區(qū)分兩個(gè)電壓:輸電電壓(輸電線始端的電壓)U和輸電線上的損失電壓ΔU。輸電電壓不是輸電線上的損失電壓

4.高壓直流輸電(1)組成部分:主要由整流站、直流線路和逆變站三部分組成。(2)原理圖如圖所示。

閃光語(yǔ)錄

高壓直流輸電主要用途:主要用于遠(yuǎn)距離大功率輸電、聯(lián)系不同頻率或相同頻率但非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)等。應(yīng)用體驗(yàn)典例2

如圖所示,學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī),內(nèi)阻為r=1Ω,升壓變壓器匝數(shù)比為n1∶n2=1∶4,降壓變壓器的匝數(shù)比為n3∶n4=4∶1,輸電線總電阻為R線=4Ω,全校有22間教室,每間教室安裝“220V

40W”的電燈6盞,要求所有的電燈都正常發(fā)光,求:(1)輸電線上損耗的電功率P損;(2)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E。解析

(1)所有電燈正常發(fā)光時(shí)消耗的功率為P燈=40×22×6

W=5

280

W=P4由于燈正常發(fā)光時(shí),降壓變壓器副線圈兩端電壓U4=220

V,所以降壓變壓器原線圈兩端電壓(2)輸電線上損失的電壓U損=I線R線=6×4

V=24

V升壓變壓器副線圈兩端電壓U2=U3+U損=(880+24)V=904

V發(fā)電機(jī)內(nèi)阻上的電壓Ur=I1r=24

V發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=U1+Ur=226

V+24

V=250

V答案

(1)144W

(2)250V規(guī)律方法

解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的步驟(1)首先畫出遠(yuǎn)距離輸電的電路圖,并將已知量和待求量寫在電路圖中的相應(yīng)位置。(2)以變壓器為界將整個(gè)輸電電路劃分為幾個(gè)獨(dú)立的回路,每個(gè)回路都可以用歐姆定律、串并聯(lián)電路的特點(diǎn)和電功、電功率的公式等進(jìn)行計(jì)算,聯(lián)系各回路的橋梁是原、副線圈的電壓和電流與匝數(shù)的關(guān)系及輸入功率和輸出功率的關(guān)系。針對(duì)訓(xùn)練2如圖所示,發(fā)電站通過(guò)升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶(升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器),已知發(fā)電機(jī)的輸出功率是100kW,輸出電壓是250V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1∶25。(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流。(2)若輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的4%,求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。因?yàn)棣=U2-U3=I2R線,所以U3=U2-I2R線=6

000

V。

答案

(1)6250V

16A(2)15.625Ω

6000V學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖所示,若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變,則下列敘述正確的是(

)A.升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無(wú)關(guān)B.輸電線中的電流只由升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定C.當(dāng)用戶用電器的總電阻減少時(shí),輸電線上損失的功率增大D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓C1234解析

變壓器的輸入功率、輸入電流的大小是由次級(jí)負(fù)載消耗的功率大小決定的,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;用戶用電器總電阻減少,根據(jù)

,消耗功率增大,輸電線中電流增大,線路損失功率增大,C項(xiàng)正確;升壓變壓器的輸出電壓等于輸電線路電阻上損失的電壓加上降壓變壓器的輸入電壓,D項(xiàng)錯(cuò)誤。12342.(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(guó)已成功掌握并實(shí)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(shí)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(shí)電壓下降了ΔU'。不考慮其他因素的影響,則(

)AD123412343.(多選)(2023山東濟(jì)寧一中期末)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2=1∶5,每根輸電線的電阻r=1Ω,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為n3∶n4=10∶1,在T1的原