新教材2025版高中物理第三章交流電4.電能的傳輸學(xué)生用書教科版選擇性必修第二冊

4.電能的傳輸課標(biāo)要求1．理解遠(yuǎn)距離輸電時確定電能損耗的因素，理解高壓輸電的緣由．2．知道遠(yuǎn)距離輸電線路的基本構(gòu)成，會對簡潔的遠(yuǎn)距離輸電線路進(jìn)行計算．3．知道交變電流從發(fā)電站到用戶的輸電過程，了解直流輸電．思維導(dǎo)圖必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、電能輸送中的電壓損失和電能損耗1．電能輸送的緣由能源資源與________分布的不均衡．2．輸送電路中的電壓損失與功率損耗(1)設(shè)輸電電流為I，輸電線電阻為r，則損失的電壓U損＝I·r，損耗的電功率P損＝________．(2)減小損耗的方法①減小輸電線的________，即在輸電線長度L和材料肯定的狀況下，增大導(dǎo)線橫截面積S來實現(xiàn)．②減小________，由P＝UI知，可以通過提高_(dá)_______來減小I.二、遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)1．基本環(huán)節(jié)發(fā)電廠?升壓變壓器?高壓輸電線?降壓變壓器?用戶2．電路原理圖(如圖)三、直流輸電1．直流輸電的優(yōu)點：不存在________和________引起的電壓及電能損失．2．直流輸電的基本過程：在發(fā)電站區(qū)域經(jīng)變壓器升壓，由整流設(shè)備將________變成________，用高壓直流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，在用戶區(qū)域由________將直流電變?yōu)闇贤姡?jīng)變壓器降壓送給用戶．3．直流輸電示意圖[導(dǎo)學(xué)1]減小輸電線電阻有助于減小電壓損失和電能損耗，但效果不顯著，且成本增加太大；高壓輸電效果明顯，投入成本小，是實際生產(chǎn)中主要采納的方法．[導(dǎo)學(xué)2]遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)原理圖中物理量間的關(guān)系：(1)電壓關(guān)系：U1U2＝n1n2、U2＝U3＋(2)電流關(guān)系：I1I2＝n2n1、I2＝I(3)功率關(guān)系：P1＝P2、P2＝P3＋ΔP、P3＝P4.關(guān)鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一輸電線的電壓和功率損失導(dǎo)學(xué)探究(1)輸電線上功率損失的緣由是什么？(2)降低輸電損耗的途徑有哪些？歸納總結(jié)1.輸電線上的電功率損失(1)緣由：輸電導(dǎo)線有電阻R線，電流流過輸電線時，電流的熱效應(yīng)引起電功率的損失．(2)計算式：①P線＝I2R線；②P線＝IU線；③P線＝U線2．輸電線上的電壓損失若用U表示輸電線始端電壓，U′表示輸電線末端電壓，則U線＝U－U′或U線＝IR線．3．功率損失與輸電電壓的關(guān)系假如遠(yuǎn)距離輸電的電功率P不變，輸電電壓為U，輸電導(dǎo)線電阻為R線，則輸電導(dǎo)線上發(fā)熱損失的功率P損＝I2R線＝PU2R線，因此輸電電壓若提高到nU，則P損將減為原來的典例示范例1中國已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電，是目前世界上電壓最高的輸電工程．假設(shè)甲、乙兩地原來用500kV的超高壓輸電，在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，不考慮其他因素的影響．則()A．輸電電流變?yōu)樵瓉淼?倍B．輸電線上著陸的電壓將變?yōu)樵瓉淼?倍C．輸電線上著陸的電壓將變?yōu)樵瓉淼?D．輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼?素養(yǎng)訓(xùn)練1遠(yuǎn)距離輸電，輸電功率肯定，當(dāng)輸電電壓為U0時，輸電線上的電流為I0，損失的電功率為P0.則當(dāng)輸電電壓提高為2U0時()A．由I＝UR得，輸電線上的電流變?yōu)?IB．由I＝PU得，輸電線上的電流變?yōu)镃．由P＝U2R得，輸電線上損失的電功率為4D．由P＝IU得，輸電線上損失的電功率為2P0素養(yǎng)訓(xùn)練2某變電站用220V的電壓輸電，導(dǎo)線上損失的功率為輸送功率的20%.若要使導(dǎo)線上損失的功率降為輸送功率的5%，則輸電電壓應(yīng)為多少？思維方法計算輸電線上功率損失的兩種方法計算輸電線上損失的功率時，要留意區(qū)分兩個電壓：輸電電壓(輸電線始端的電壓)U和輸電線上的損失電壓ΔU.(1)P損＝ΔUI＝ΔU2R(2)P損＝PU2R線，探究點二遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)學(xué)探究某發(fā)電站向遠(yuǎn)處輸電的示意圖如圖所示，其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注，在這個電路中包括三個回路．(1)結(jié)合閉合電路的學(xué)問，分別分析三個回路中各物理量之間的關(guān)系(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽視不計)．(2)若兩個變壓器均為志向變壓器，則每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？歸納總結(jié)1.遠(yuǎn)距離輸電的幾個基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P1＝P2，P2＝P損＋P3，P3＝P4.(2)電壓關(guān)系：U1U2＝n1n2，U2＝U線＋U(3)電流關(guān)系：I1I2＝n2n1，I2＝I線＝I(4)輸電電流：I線＝P2U2＝P3U(5)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率P損＝P2－P3＝I線2R線＝(6)輸電導(dǎo)線上的電壓損失U線＝I線R線＝U2－U3.2．兩個聯(lián)系(1)線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個量間的關(guān)系是：U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，(2)線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個量間的關(guān)系是：U3U4＝n3n4，I3n3＝I4n4，典例示范例2發(fā)電機(jī)兩端的電壓為220V，輸出功率為44kW，輸電導(dǎo)線的總電阻為0.2Ω，假如用原、副線圈匝數(shù)比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供應(yīng)用戶，兩個變壓器均為志向變壓器．(1)畫出全過程的線路示意圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過變壓而干脆送給用戶，求用戶得到的電壓和功率．素養(yǎng)訓(xùn)練3(多選)如圖所示，某小型發(fā)電站發(fā)電機(jī)輸出的溝通電壓為500V，輸出的電功率為50kW，用總電阻為3Ω的輸電線向遠(yuǎn)處送電，要求輸電線上損失功率為輸電功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器，到達(dá)用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20V供用戶運(yùn)用(兩個變壓器均為志向變壓器)．對整個送電過程，下列說法正確的是()A．輸電線上的損失功率為300WB．升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶100C．降壓變壓器的輸入電壓為4970VD．降壓變壓器的匝數(shù)比為100∶1素養(yǎng)訓(xùn)練4輸送4.0×106W的電能，若發(fā)電機(jī)輸出電壓為2000V，選用變壓器升壓后應(yīng)用橫截面積為4.25cm2的銅導(dǎo)線，把電能送到400km遠(yuǎn)處，線路損耗的功率為5.0×105W．若已知銅的電阻率ρ＝1.7×10－8Ω·m，求：(1)應(yīng)選用升壓變壓器的匝數(shù)比；(2)在用戶方運(yùn)用降壓變壓器，其原線圈兩端的電壓為多大．思維方法處理遠(yuǎn)距離輸電的方法技巧(1)畫好一張圖——遠(yuǎn)距離輸電示意圖(2)抓住電兩端——發(fā)電站和用戶(3)分析一條線——輸電線(4)探討兩次變——升壓變壓器升壓和降壓變壓器降壓(5)區(qū)分三個量——輸送電壓(功率)、損失電壓(功率)、用戶電壓(功率)隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．關(guān)于電能輸送的以下分析，正確的是()A．由公式P＝U2RB．由公式P＝U2C．由公式P＝I2R知，輸電電流越大，輸電導(dǎo)線上功率損耗越大D．由公式P＝UI知，輸電導(dǎo)線上的功率損失與電流成正比2．將電能從發(fā)電站送到用戶，在輸電線上會損失一部分功率，采納特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低．我國已勝利駕馭并實際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)．設(shè)某電廠經(jīng)升壓后輸電電壓為U，輸電電流為I，輸電線的電阻為r，不考慮其他因素的影響，下列說法正確的是()A．輸電線上損耗的功率為UIB．輸電線上損耗的功率為UC．輸電線上損失的電壓為UD．輸電線上損失的電壓為Ir3．(多選)在遠(yuǎn)距離輸電時，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，全部輸電導(dǎo)線的電阻率均為ρ，橫截面積均為S，兩地的距離為L，輸電線上損耗的電功率為P1，用戶得到的電功率為P2.下列關(guān)于P1和P2的表達(dá)式中正確的是()A．P2＝P(1－2PρLU2S)B．PC．P1＝2P2ρLU4．(多選)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1和輸電線的總電阻r、志向變壓器匝數(shù)均不變，且n1∶n2＝n4∶n3.當(dāng)用戶用電器的總功率增大時()A．U1∶U2＝U4∶U3B．用戶的電壓U4增加C．輸電線上的損失功率增大D．輸電線上損耗的功率占總輸送功率的比例增大5．一小型發(fā)電站通過升壓、降壓變壓器把電能輸給用戶，已知發(fā)電機(jī)的輸出功率為500kW，升壓變壓器原線圈兩端的電壓為500V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶5，兩變壓器間輸電線的總電阻為1.5Ω，降壓變壓器的輸出電壓為220V，不計變壓器能量損耗，求：(1)升壓變壓器副線圈兩端的電壓；(2)輸電導(dǎo)線上的功率損失及用戶得到的功率；(3)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比．4．電能的傳輸必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．電力負(fù)荷2．(1)I2r(2)①電阻②輸電電流I輸電電壓U三、1．電感電容2．溝通電直流電逆變器關(guān)鍵實力·合作探究探究點一【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)由于輸電線有電阻，當(dāng)有電流流過輸電線時，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了．這是輸電線上功率損失的主要緣由．(2)依據(jù)功率損失的表達(dá)式ΔP＝I2r可知，要削減輸電線上的功率損失，有兩種方法：其一是減小輸電線的電阻；其二是減小輸電電流．【典例示范】例1解析：依據(jù)輸送電功率P輸＝U輸I輸及P輸不變，可知，輸電電流I輸＝P輸U(kuò)輸∝1U輸，當(dāng)U輸變?yōu)樵瓉淼?倍時，I輸變?yōu)樵瓉淼?2，A錯誤；輸電線上著陸的電壓U降＝I輸R線∝I輸，所以，當(dāng)輸電電流變?yōu)樵瓉淼?2時，輸電線上著陸的電壓也變?yōu)樵瓉淼?2，B錯誤，C正確；輸電線上損耗的電功率P損答案：C素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：設(shè)輸電線的電阻為R，當(dāng)輸電線上的電流為I0時，損失的電功率為P0＝I02R.當(dāng)輸電電壓提高為2U0時，由I＝PU可知輸電線上的電流變?yōu)镮02，輸電線上損失的電功率為P損＝答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：設(shè)輸送功率為P，輸電電壓U1＝220V時，損失功率ΔP1＝20%P又因為ΔP1＝I12R線，I1解得ΔP1＝P2U現(xiàn)要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝P2U因此可得ΔP1ΔP所以U2＝2U1＝440V.答案：440V探究點二【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)第一個回路：P1＝U1I1其次個回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R線＋P3，I2＝第三個回路：P4＝U4I4(2)U1U2＝n1n2、I1I2＝n2n1、P1＝P2；U3【典例示范】例2解析：(1)線路示意圖如圖所示：(2)由圖可知，升壓變壓器副線圈兩端的輸出電壓U2＝n2n1U1＝2200V．依據(jù)志向變壓器P入＝P出，則升壓變壓器副線圈的輸出電流I2＝PP損＝I22R線＝20U損＝I2R線＝20×0.2V＝4V.所以降壓變壓器原線圈的輸入電壓和電流分別為U3＝U2－U損＝2200V－4V＝2196V，I3＝I2＝20A.降壓變壓器副線圈的輸出電壓和電流分別為U4＝n4n3U3I4＝n3n4用戶得到的功率為P4＝U4I4＝219.6×200W＝4.392×104W.(3)若干脆給用戶供電，線路示意圖如圖所示則輸電電流I′＝PU1＝輸電線路上的電壓損失ΔU′＝I′R線＝200×0.2V＝40V.所以用戶得到的電壓U′2＝U1－ΔU′＝220V－40V＝180V.用戶得到的功率為P′＝U′2I′＝180×200W＝3.6×104W.答案：(1)見解析圖(2)219.6V4.392×104W(3)180V3.6×104W素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：輸電線上的損失功率為P損＝P×0.6%＝50kW×0.6%＝300W，A正確；輸電線上的電流為I2＝P損R＝3003A＝10A，升壓變壓器副線圈兩端的電壓為U2＝PI2＝50×10310V＝5×103V，由U1U2＝n1n2得，n1n2＝110答案：AC素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：(1)由P＝I2R得I＝PR，式中P為線路損耗功率，R兩條導(dǎo)線總電阻R＝ρL'S＝ρ則R＝1.7×10－8×4×105所以I＝PR因為P輸入＝P輸出，所以在升壓變壓器副線圈兩端的電壓為U2＝P2I＝3.2×10故n1n2＝U(2)設(shè)U′2為降壓變壓器原線圈兩端的電壓，則U′2＝U2－IR＝2.8×104V.答案：(1)1∶16(2)2.8×104V隨堂演練·自主檢測1．解析：輸電線上損耗的功率P損＝I2R線＝U損2R線答案：C2．解析：輸電線上損耗的功率為P損＝I2r，A、B錯誤；輸電線上損失的電壓為U損＝Ir，C錯誤，D正確．答案：D3．解析：輸電線上的電流I＝PU，輸電導(dǎo)線的電阻R＝2ρLS，輸電線上損耗的電功率為P1＝I2R＝2P2ρLU2S，用戶得到的電功率為P答案：AC4．解析：依據(jù)U1U2＝n1n2，U3U4＝n3n4以及n1∶n2＝n4∶n3，可知U1∶U2＝U4∶U3，故A正確；當(dāng)用戶用電器的總功率增大時，輸送功率變大，輸電線上的電流增大，依據(jù)P損＝I2r可知，輸電線上的損失功率增大，依