高中物理 2.7遠距離輸電課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,一、從發(fā)電站到用戶的輸電線路 1.大型發(fā)電機發(fā)出十幾千伏的電壓,在發(fā)電站區(qū)域通過變壓器升高到幾十萬伏,然后進行遠距離輸電,當電能被輸送到用電區(qū)域后,再根據(jù)不同的用電需求,用變壓器將電壓降低,這就是遠距離輸電. 2.實驗表明:在輸電導線的電阻不變的前提下,提高輸電的電壓,減小輸電電流,可以達到減少輸電過程中的功率損耗、更有效地輸送電能的目的.,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,我國城鎮(zhèn)和農(nóng)村電網(wǎng)的低壓改造已基本結(jié)束,低壓改造使我國廣大城鄉(xiāng)居民獲得了實惠.農(nóng)村電網(wǎng)改造前,某些村莊經(jīng)常出現(xiàn)以下現(xiàn)象(離變壓器較遠的用戶):(1)電燈不亮,達不到額定功率,換額定功率越大的燈泡越是不亮;(2)日光燈不能啟動;(3)洗衣機轉(zhuǎn) 動力度小等.尤其是過節(jié)時現(xiàn)象更明顯,這是為什么呢?,目標導航,預習導引,一,二,答案：因為電能在輸送中存在電壓損失和電能損失. 低壓輸電線較細,電阻較大,導線的電壓降較大,致使用戶末端電壓遠低于額定電壓(有時甚至不高于160 V).到了過節(jié)的時候,各家用電器增多,所有用電器都并聯(lián),總電阻會更小,線路電流更大,輸電導線上分得的電壓變多,致使用戶電壓降低,就會出現(xiàn)上述現(xiàn)象.經(jīng)過低壓改造后,換上了合格的輸電導線,以上現(xiàn)象就不明顯了.,目標導航,預習導引,一,二,二、為什么要采用高壓輸電 1.電功率損失:輸電導線上有電阻,當電流通過時,由于電流的熱效應會引起電功率的損失.可以考慮通過減小輸電導線的電阻或減小輸送電流來減少電功率的損失. 2.高壓輸電:減小電阻要增粗導線,增粗導線又帶來兩個不利:其一,耗費更多的金屬材料;其二:會使導線太重,給架線帶來很大困難.只有采用小電流輸電才會避免上述問題,在保證輸送功率不變的情況下,減小電流必須靠提升電壓來實現(xiàn). 現(xiàn)在大功率輸電采用直流輸電好還是交流輸電好? 答案：直流輸電,直流輸電比交流輸電損耗少.,,,,,,,,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,一、輸電線上的電壓損失和功率損失 1.輸電線路中的幾個概念 (1)輸電電壓:是指加在輸電線始端的電壓,如圖中的U. 注意,輸電電壓是發(fā)電廠輸出端電壓U,而不是用戶端得到的電壓U. (2)損失電壓:是指輸電線路始端電壓U與末端電壓U的差值,即損失在輸電線路上的電壓.,由公式可知,輸電電流I越大,則損失的電壓U損越大.,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,(3)輸送功率:是指輸電線始端輸入的功率,如圖中的P,P=IU. (4)損失功率:是指由于輸電線發(fā)熱而消耗的功率,即輸送功率與用戶實際得到功率的差值. 由P損=I2R線知,I越大,P損越大. 2.減小功率損失的方法 根據(jù)公式P損=I2R可知,減小輸電線路上功率損失的方法有兩種: (1)減小電阻:據(jù) 判斷,a.減小輸電線的長度L:由于輸電距離一定,所以在實際中不可能通過減小L來減小R.b.減小電阻率ρ:目前,一般用電阻率較小的銅或鋁作為輸電線材料.c.增大導線的橫截面積S:這要多耗費金屬材料,增大成本,同時給輸電線的架設帶來很大的困難.,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例1】 (多選)如圖為遠距離高壓輸電的示意圖,關于遠距離輸電,下列表述正確的是( ) (導學號51130041),A.增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失 B.高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗 C.在輸送電壓一定時,輸送的電功率越大,輸電過程中的電能損失越小 D.高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析：根據(jù)輸電原理,電路中的功率損耗ΔP=I2R線,而R線= ,增大輸電線的橫截面積,輸電線的電阻會減小,則能減小輸電線上的功率損失,選項A對;由P=UI可知,P一定的情況下,輸送電壓U越大,I越小,ΔP越小,選項B對;若輸電電壓一定,輸送功率越大,則電流I越大,ΔP越大,選項C錯;輸電電壓并不一定越高越好,因為電壓越高,對于安全和技術的要求越高,選項D對. 答案：ABD,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,關于減小遠距離輸電線上的功率損耗,下列說法正確的是( ) (導學號51130042) A.由功率 ,應降低輸電電壓,增大導線電阻 B.由P=IU,應降低輸電電壓,減小輸電電流 C.由P=I2R,應減小導線電阻或減小輸電電流 D.上述說法均不對 答案：C 解析：因為輸電線上的功率損耗ΔP=I2R= R,其中P為輸電功率,U為輸電電壓,I為輸電電流,R為導線電阻,要減小遠距離輸電線上的功率損耗,需減小導線電阻或減小輸電電流,C項對;或者提高輸電電壓以減小輸電電流,A、B錯.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,二、高壓輸電電路的分析與計算 1.輸送過程圖 2.電路的分析與計算 分析遠距離輸電電路的有效方法:理清三個回路,抓住兩個聯(lián)系,掌握一個(能量守恒)定律.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,(1)三個回路 電源回路:由發(fā)電機和輸電線路的升壓變壓器的原線圈1組成.這個回路又可稱為發(fā)電機電路(或輸入電路).在這個電路中,發(fā)電機是電源,線圈1相當于用電器,導線的直流電阻可以忽略.通過線圈1中的電流I1等于發(fā)電機中的電流I機,線圈1兩端的電壓U1等于發(fā)電機的端電壓U機,線圈1輸入的電功率P1等于發(fā)電機輸出的電功率P機,即I1=I機,U1=U機,P1=P機. 輸送回路:由輸電線路的升壓變壓器的副線圈2和降壓變壓器的原線圈3組成.這個回路又可稱為輸送電路.在這個電路中,線圈2相當于電源,而線圈3相當于用電器,由于線圈2與線圈3相距較遠,輸電導線的電阻(設為R線)不可忽略,故R線也是該回路中的一個用電器.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,用戶回路:由用戶與降壓變壓器的副線圈4組成.這個回路可稱為輸出電路.在這個電路中,線圈4相當于電源,由它向用戶供電,考慮到變壓器與用戶相距較近,線路中導線的電阻可忽略不計. (2)兩個聯(lián)系,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,(3)一個定律 發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能,并通過導線將能量輸送給線圈1,線圈1上的能量就是遠程輸電的總能量,在輸送過程中,先被輸送回路上的導線電阻損耗一小部分,剩余的絕大部分通過降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗,所以其能量關系為 P1=P損+P用戶.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,如圖主要有:發(fā)電機、升壓變壓器、輸電導線、降壓變壓器、用電器.I2是否等于I3?U2是否等于U3? 答案：因為線圈n2、n3與R構(gòu)成串聯(lián)電路,所以I2=I3.電流流過R時有電壓損失,所以有U2=I2R+U3,即U2U3.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例2】 某校備用交流發(fā)電機的內(nèi)阻為r=1 Ω,升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1,輸電線的總電阻為R=4 Ω,全校22個教室,每個教室用“220 V 40 W”的燈12盞.要求在應急情況下,每個教室只開6盞燈,各燈都正常發(fā)光,則: (導學號51130043) (1)發(fā)電機的輸出功率為多大? (2)發(fā)電機的電動勢為多大? (3)輸電線上損耗的電功率為多大? 點撥：變壓器都是理想變壓器,所以原、副線圈電壓、電流關系都滿足 ,求解時應靈活應用.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,答案：(1)5 424 W (2)250 V (3)144 W,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,遠距離輸電的原理圖如圖所示,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2,電壓分別為U1、U2,電流分別為I1、I2,輸電線上的電阻為R.變壓器為理想變壓器,則下列關系式中正確的是( ) (導學號51130044),一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,答案：D,知識鏈接,技巧點撥,規(guī)律方法:電能的轉(zhuǎn)化與輸送綜合分析計算 某發(fā)電站通過燃燒煤來發(fā)電,每1 kg標準煤完全燃燒放出2.93107 J的熱能,發(fā)電效率為80%.發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給用于生產(chǎn)和照明的用戶,發(fā)電機輸出功率是100 kW,輸出電壓是250 V,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比是1∶25,輸電線上功率損失為4%,用戶需用電壓為220 V.則: (1)輸電線的電阻和降壓變壓器的匝數(shù)比是多少? (2)若有60 kW分配給生產(chǎn)用電,其余電能用來照明,那么可裝25 W的電燈多少盞? (3)完全燃燒10 kg煤有多少熱能轉(zhuǎn)化為電能?,知識鏈接,點撥：,技巧點撥,知識鏈接,技巧點撥,知識鏈接,技巧點撥,(3)燃燒10 kg煤可放出的熱能為102.93107 J=2.93108 J 轉(zhuǎn)化為電能的部分為2.93108 J80%=2.34108 J 答案：(1)15.6 Ω 300∶11 (2)1 440盞 (3)2.34108 J,知識鏈接,技巧點撥,求解通過升、降壓進行遠距離送電的問題關鍵是分清各部分輸入、輸出的各個物理量及其相互關系.通常,可先畫出傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖,如本題,可作草圖如圖所示.,