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时间:2018-10-14
《高中物理第2章第7节电能的输送学案教科版选修3_2》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、学案7 电能的输送[目标定位]1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路,并能利用变压器和电路的规律解决实际问题.一、电能输送中的电压损失和电能损耗[问题设计]如图1所示,假定输电线路中的电流是I,两条导线的总电阻是r,在图中把导线电阻集中画为r,输送功率为P,发电厂输出的电压为U.那么:图1(1)远距离大功率输电面临的困难是什么?(2)输电线上功率损失的原因是什么?功率损失的表达式是什么?降低输电损耗的两个途径是什么
2、?(3)为什么远距离输电必须用高压呢?答案 (1)在输电线上有功率损失.(2)由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为电热而损失掉了,这是输电线上功率损失的主要原因.功率损耗表达式:P损=I2r.所以降低输电损耗的两个途径为:①减小输电线的电阻r;②减小输电电流I.(3)因为发电厂的输出功率P是一定的,由P=UI知,要减小输电电流I,必须提高输出电压U.[要点提炼]输电线上的电压损失和功率损耗(设输电线上电阻为r,电流为I)1.电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值
3、.U损=U-U′=Ir.2.功率损耗(1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损耗,损耗的功率P损=I2r.(2)若输电线上损失的电压为U损,则功率损耗还可以表示为P损=,P损=U损·I.3.减小电压损失和功率损耗的方法(1)减小输电线的电阻由R=ρ可知,距离l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体横截面积可减小电阻.(2)减小输电电流I由P=UI可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流.二、远距离输电电路中的各种关系[问题设计]某发电站向远处送电的示意图如图2所示,其中各部分的物
4、理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路.图2(1)结合闭合电路的知识,分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻,n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计).(2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?答案 (1)第一个回路:P1=U1I1第二个回路:U2=U损+U3,P2=P损+P3=IR+P3第三个回路:P4=U4I4(2)若两个变压器为理想变压器,则有:=、=、P1=P2;=、=、P3=P4.[要点提炼]远距离输电问题的分析1.远距离输电基本原理在发电站内用升压变压器升压,
5、然后进行远距离输电,在用电区通过降压变压器降到所需的电压.2.解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,参考图2,并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.3.分析三个回路,在每个回路中,变压器的原线圈是回路的负载,而相应的副线圈是下一个回路的电源.4.综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒:P=U1I1=U2I2=P用户+P损P损=IRP用户=U3I3=U4I4.(2)电路知识:U2=U损+U3U损=I2R.(3)变压器知识:====.其中P损=IR,U损=I2R往往是解题的切入点.一、
6、输电线上功率损耗的计算例1 超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料,利用超导材料零电阻的性质,可实现无损耗输电.现有一直流电路,输电线的总电阻为0.4Ω,它提供给用电器的电功率为40kW,电压为800V.如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为( )A.1kWB.1.6×103kWC.1.6kWD.10kW解析 输电线中电流I=,输电线上损失功率P′=I2R线==1kW.答案 A例2
7、 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦.(1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少?(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的比例是多少?(3)若将电压升高至50万伏,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的比例是多少?解析 (1)由P=UI,得I===2500A(2)输电线上损失的功率P损=I2·2r=25002×2×10W=1.25×108W损失功率与输出功率之比为==(3)将电压升高至50万伏时,I′===10
8、00A输电线上损失的功率P损′=I′2·2r=10002×2×10W=2×107W损失功率与输出功率之比为==答案 (1)2500A (2)1.25×108W (3)1000A 2×107W 二、远距离输电问题例3 某小型水电站的电能输送示意图如图3所示,发电机的输出电压为200V,输电线总电阻为r,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220V的用电器正常工作,则( )图3A.>B.
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