粵教高中物理選修(3-2)第二章《遠(yuǎn)距離輸電》學(xué)案

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1、2019最新粵教版高中物理選修（3-2）第二章遠(yuǎn)距離輸電學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān) .2.理解減小電能損失的兩個(gè)途 徑以及高壓輸電的原理.3.知道遠(yuǎn)距離輸電的典型電路 ，并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實(shí) 際問(wèn)題.混打啤本溯海推麻方可即知知識(shí),儲(chǔ)備區(qū)X知識(shí)鏈接1 .電阻定律：在溫度不變時(shí)，同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比，導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān) ，即R=.2 .電功率 P=UI,熱功率 P= I2R.3 .理想變壓器原、副線圈的三個(gè)關(guān)系：新知呈現(xiàn)一、從發(fā)電站到用戶的輸電線路遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程：發(fā)電機(jī)輸出的電壓通過(guò)變壓器升高到幾十萬(wàn)伏

2、，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電.當(dāng)電能被輸送到用電區(qū)域后，再用變壓器將電壓降低.二、為什么要用高壓輸電減小電能損失的方法有兩種：（1）減小導(dǎo)線的電阻.（2）減小輸電導(dǎo)線中的電流，即提高輸電的電壓.三、直流輸電：現(xiàn)代的直流輸電，只有輸電這個(gè)環(huán)節(jié)使用高壓直流，發(fā)電、用電及升、降電壓仍然是交變電流.基礎(chǔ)自學(xué)落實(shí) 重臣瓦司探究學(xué)習(xí)探究區(qū)一、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑問(wèn)題設(shè)計(jì)如圖1所示，假定輸電線路中的電流是I,兩條導(dǎo)線的總電阻是r,在圖中導(dǎo)線電阻集中畫為r,輸送功率為P發(fā)電廠輸出的電壓為 U.那么：12 / 10(1)遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的困難是什么？(2)輸電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達(dá)式是什么？降低

3、輸電損耗的兩個(gè)途徑 是什么？(3)為什么遠(yuǎn)距離輸電必須用高壓呢？答案(1)在輸電線上有功率損失.(2)由于輸電線有電阻，當(dāng)有電流流過(guò)輸電線時(shí)，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原因.功率損失表達(dá)式：AP= I2r,所以降低輸電損耗的兩個(gè)途徑為：減小輸電線的電阻r；減小輸電電流I.(3)因?yàn)榘l(fā)電廠的輸出功率 P是一定的，由P= UI得，要減小輸電電流I,必須提高輸出電壓 U.要點(diǎn)提煉輸電線上的電壓損失和功率損失(設(shè)輸電線上電阻為 R,電流為I)1 .電壓損失輸電線始端電壓 U與輸電線末端電壓 U的差值.AU=U-UI，= IR.2 .功率損失(1)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸電線有

4、電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損失，損失的電功率 AP=I2R.(2)若輸電線上損失的電壓為A U則功率損失還可以表示為AP=JzU2A UI - I.R3 .減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻定時(shí)，使用電阻率小的材料，增大導(dǎo)體橫截面積可減小電阻.(2)減小輸電電流I由P= UI可知，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，升高電壓可以減小電流.延伸思考為什么在用電高峰期家中的白熾燈燈光較暗？答案 用電高峰期到用戶家中的輸電線電流I較大,輸電線上損失的電壓 AU= IR較大，用戶得到的電壓U AU變低，達(dá)不到額定電壓，因此白熾燈燈光較暗.二、遠(yuǎn)距離輸電電路中的各種關(guān)系問(wèn)題設(shè)計(jì)某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖2

5、所示，其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注，在這個(gè)電路中包括三個(gè)回路.升壓變壓器降壓變壓器圖2結(jié)合閉合電路的知識(shí)，分別分析三個(gè)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線圈的電阻均忽略不計(jì)).(2)每個(gè)變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系？答案 (1)第一個(gè)回路：P1=U1I1第二個(gè)回路：U2= AU+U3,P2= AP+P3= I2IR+P3第三個(gè)回路：P4= U4I4(2)若兩個(gè)變壓器為理想變壓器則有.U1=n1、11=嗎吁P2； U3=n3、里/、P3=, U2 n2 I2 n1U4 n4 I4 n3P4.要點(diǎn)提煉遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的分析1 .解決遠(yuǎn)距離車電問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先畫出輸電

6、的電路圖，并將已知量和待求量寫在電路圖的相 應(yīng)位置(參考圖2).2 .分析三個(gè)回路，在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源.3 .綜合運(yùn)用下面三方面的知識(shí)求解(1)能量守恒：P= U1I1 = U2I2 = P 用戶+ APAP= I2RP 用戶=U3I3 = U4I4.(2)電路知識(shí)：U2= AU+ U3AU= I2R(3)變壓器知識(shí):U3 I4 n3U1_I2_n1U2=I1 =n2U4 I3 n4-其中AP= I2R,AU=I2R往往是解題的切入點(diǎn).X典例精析一、輸電線上功率損失的計(jì)算【例1 三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為50萬(wàn)千瓦.若輸出的電壓為20

7、萬(wàn)伏,則輸電線上的電流為多少？(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10歐，則輸電線上損失的功率為多少？它占輸出功率的幾分之幾？(3)若將電壓升高至50萬(wàn)伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損失的功率又為多少？它占輸出功率的幾分之幾？在刀工己 ,I”/日 P 5M08 W斛析由 P=UI 倚 I =U= 2X105 V = 2 500 A(2)輸電線上損失的功率AP= 12 2r = 2 5002 2M0 W=1.25 108 W損失功率與輸出功率之比為1汽 譽(yù)=1P5X1084(3)將電壓升高至50萬(wàn)伏時(shí),I =PU5M08 W5M05 V=1 000 A輸電線上損失的功率AP= I 2 =2r

8、 0002 2X10 W= 2X107 W損失功率與輸出功率之比為仁聾7=點(diǎn) P 5 A108 25，一1答案 (1)2 500 A (2)1.25 108 W 41(3)1 000 A 2X107 W 25二、遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題【例2 發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220 V,輸出功率為44 kW,輸電導(dǎo)線的電阻為 0.2 如果用原、副線圈匝數(shù)之比為 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給用戶，則：(1)畫出全過(guò)程的線路示意圖;，求用戶得到的電壓和功率.(2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接將電送到用戶 解析(1)示意圖如圖所示(2)

9、升壓變壓器的輸出電壓n2 10U2 = /U1 =彳 X220 V = 2 200 V，升壓變壓器輸出電流為根據(jù)升壓變壓器輸出功率等于輸入功率知P 44 M0312 = U2- 2 200 A = 20 A輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為UR= I2R = 200.2 V = 4 VPR= I2R= 202 0.2 W= 80 W降壓變壓器上的輸入電流和輸入電壓分別為I3= I2=20 AU3=U2-UR = 2 200 V-4 V=2 196 Vn4 1降壓變壓器上的輸出電壓和輸出電流分別為U4 = n3U3 = - X2 196 V = 219.6 Vn3I4=n4I3= 10 20

10、A = 200 A用戶得到的功率為P4= I4U4 = 200X219.6 W= 4.392 104 W(3)若不采用高壓輸電，用220 V低壓直接供電時(shí)，電路如圖所示，則輸電電流I = 1三=44普 A = 200 A,輸電線路上的電壓損失UR =U1 220IR= 2000.2 V= 40 V所以用戶得到的電壓為U4= U1 UR = 220 V-40 V= 180 V用戶得到的功率為 P4=IU4= 200X180 W = 3.6 M04 W答案 （1）見(jiàn)解析圖 （2）219.6 V 4.392 104 W （3）180 V 3.6 104 W課堂要點(diǎn)小結(jié)1輸電的要求:可靠，保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)減

11、小輸電線上的電壓、/提高輸電電壓遠(yuǎn)距離 輸電功率損失的方法減小輸電發(fā)電阻遠(yuǎn)距離輸 電線路發(fā) 電 站升壓變壓器降壓變壓器用 戶檢測(cè)學(xué)習(xí)效果慷驗(yàn)成功快樂(lè)自我檢測(cè)區(qū)1 .（輸電線上功率損失的計(jì)算）（單選）已投產(chǎn)運(yùn)行的1 000 kV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(lái)用500 kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P.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1 000 kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)椋ǎ㏄PA.4B.2C. 2PD. 4P答案 A解析 在超高壓輸電中，設(shè)輸送電功率為P輸電電壓為 U,輸電線電阻為 R,則輸電線

12、上損耗的電功率為P=?R,當(dāng)輸電電壓升為原來(lái)的2倍時(shí)，輸電線損耗的電功率變?yōu)樵瓉?lái)的故選A.2 .（輸電線上功率損失的計(jì)算）（雙選）在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為P輸送電壓為U,所用導(dǎo)線的電阻率為p橫截面積為S,總長(zhǎng)度為L(zhǎng),輸電線損失的電功率為 P用戶得到的電功率為P用，則P、P用的關(guān)系式正確的是 （,U2Sa. p=r p LC. P用=P-U2Sp L答案 BDP2 P LB P=B U2SD. P用=P(1 PpU2S解析輸電線電阻R=點(diǎn)P輸電電流i=u，故輸電線上損失的電功率為:P= I2R =P2P L (U)2 S U2S用戶得到的功率為：E,PP用=P- P=P（1 -詼.故選B、

13、D.3 .（遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題）（雙選）在如圖3所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器 均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有（）升壓變壓器 降壓變壓器圖3A.升壓變壓器的輸出電壓增大B.降壓變壓器的輸出電壓增大C.輸電線上損耗的功率增大D.輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大答案 CD解析 發(fā)電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器的輸入電壓不變，輸出電壓不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；隨 著發(fā)電廠輸出功率的增大，輸電線中電流增大，輸電線上損失的電壓 （AU= IR）增大，降壓變壓器的輸入電壓減小，降壓變壓器的輸出電壓減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；隨著發(fā)電廠輸出

14、功率的增大 輸電線中電流增大，輸電線上損耗的功率（AP= I2R）增大,選項(xiàng)C正確；輸電線上損耗的電功 率AP= I2R= 黑 2R,輸電線上損耗的功率占總功率的比例.=點(diǎn)輸，選項(xiàng)D正確.W輸P輸U(kuò)2t40分鐘課時(shí)作業(yè)題組一減小輸電損失的途徑1.（單選）中央電視臺(tái)焦點(diǎn)訪談多次報(bào)導(dǎo)某些邊遠(yuǎn)落后農(nóng)村電價(jià)過(guò)高，農(nóng)民負(fù)擔(dān)過(guò)重，其客觀原因是電網(wǎng)陳舊老化.近來(lái) ，農(nóng)村進(jìn)行電網(wǎng)改造，為減少遠(yuǎn)距離輸電的損耗而降低電費(fèi)價(jià) 格可采取的措施有（）A.提高輸送功率B.增大輸送電流C.提高輸電電壓D.減小輸電導(dǎo)線的橫截面積答案 C解析 電費(fèi)高低與線路損耗有關(guān) ，損耗越大，電費(fèi)越高，減少損耗的途徑：一、減小輸電導(dǎo)線中的電

15、流，即可提高輸電電壓；二、減小輸電線的電阻，即增大導(dǎo)線的橫截面積，故C正確.，下列表述正確的是2.（雙選）如圖1所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖.關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電（）發(fā)電站升壓變壓器圖1A .增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失B.高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗C.在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越小D.高壓輸電一定是電壓越高越好 ，所以我們要盡可能地提高輸送電壓答案 AB解析 依據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗AP= I2R線，而R線=pl/S曾大輸電導(dǎo)線的橫截面積，可減小輸電線的電阻，則能夠減小輸電過(guò)程中的電能損失，選項(xiàng)A正確；由P輸=UI知，

16、在輸送功率P輸一定的情況下，輸送電壓U越大，則輸電電流I越小，則電路中的功率損耗越小, 選項(xiàng)B正確；若輸電電壓一定，輸送功率P輸越大，則電流I越大，電路中損耗的電功率越大， 選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)檩旊婋妷涸礁?，對(duì)于安全和技術(shù)白要求也越高，因此并不是輸電電壓越高越好，高壓輸電必須綜合考慮各種因素，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.所以該題正確選項(xiàng)為 A、B.題組二輸電線上功率損失的計(jì)算3.（單選）輸電線路的總電阻為R,發(fā)電站輸出功率為P,輸電電壓為 U,則用戶得到的功率為（）PA. PB. P一（短2 RC. P U2D. (P)2 R答案 BP解析 用尸得到功率P得=PI2R = P（石）2 R,所以B正確.4.（單選

17、）發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 導(dǎo)線的電流為 I,輸電線末端的電壓為U1,發(fā)電廠至用戶的輸電導(dǎo)線的總電阻為R,通過(guò)輸電A.U2RB.UI-U2 2U2,下面選項(xiàng)不能表示輸電導(dǎo)線上損耗的功率的是C. I2RD. I（U1U2）答案 A解析 輸電線上功率損耗 AP=I2R = U2= I - AU, AU=U1 U2,本題選A正確.R5.（單選）輸電導(dǎo)線的總電阻為 R,輸送電功率為 P現(xiàn)分另用U1和U2兩種電壓來(lái)輸電，則兩 次輸電線上損失的功率之比為（）A. U1 ： U2B. U2 ： U2D. U2 ： U1C. U2 : U2答案 C解析由P=UI得輸電線中的電流在輸送功率和輸電線電阻不變的情況

18、下i=。輸電線上損失的功率 p損=匹=增/=蕾，即，損失的功率與輸電電壓的平方成反比.所以兩次輸電線上損失的功率之比 P損1 ： P損2=U2 ： U2,選項(xiàng)C正確.220 kV6.（雙選）某發(fā)電廠原來(lái)用 11 kV的交變電壓輸電，后來(lái)改用升壓變壓器將電壓升到 輸電，輸送的電功率都是 P若輸電線路的電阻為 R,則下列說(shuō)法中正確的是（）,_, P1A .根據(jù)公式1=5提高電壓后輸電線上的電流降為原來(lái)的20B.根據(jù)公式I = U,提高電壓后輸電線上的電流增為原來(lái)的20倍R1400，一， P2 ,C.根據(jù)公式P損=I2R = U2R,提高電壓后輸電線上的功率損失減為原來(lái)的D .根據(jù)公式P損=4，提高

19、電壓后輸電線上的功率損失增大為原來(lái)的400倍答案 AC解析 輸電線上電流為I=UP，也可以用1 =普來(lái)表示，其中AU為輸電線上電阻 R兩端的電壓,而不是輸送電壓，故A正確,B錯(cuò)誤；輸電線上的功率損失為P損=I2R = pR,C正確；如果用P損=U2,則U應(yīng)為R兩端的電壓A U故D錯(cuò)誤.R題組三 遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題7 .（雙選）某小型水電站的電能輸送示意圖如圖2所示,發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 200 V,輸電線總電阻為r,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為 n1、n2.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為 n3、n4（變壓器均為理想變壓器）.要使額定電壓為 220 V的用電器正常工作，則（）升壓變依器降JK變壓器A

20、n2n3 n1 n4n2 n3B.nin4C.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D.升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率答案 AD解析由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，故選U2 n2 U3 n3 一小上”2 n3、工工項(xiàng) D 正確 ui= m，U4= n4,因?yàn)?U1 = 200 VU3 =U2-U 線，故/五,選項(xiàng) A正確.8 .（單選）某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過(guò)發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處村寨附近的降壓變壓器.經(jīng)變壓器降壓后，再用線路接到各用戶，設(shè)兩變壓器都是理想變壓器 ，那

21、么在用電高峰期，白熾燈不夠亮，但用電總 功率增加，這時(shí)（）升壓變壓器的副線圈的電壓變大高壓輸電線路的電壓損失變大降壓變壓器的副線圈上的電壓變大降壓變壓器到各用戶的輸電線上的電壓損失變大A.B.C.D.答案 D解析 用電高峰期 用戶端總電阻由于并聯(lián)白熾燈增多而減小，電流增大，又由U損=Ir可知,輸電導(dǎo)線上的電壓損失變大 ，升壓變壓器副線圈的電壓不變，降壓變壓器原、副線圈上的電壓變小，而降壓變壓器到各用戶的輸電線上的電壓損失變大.故正確答案為D.9 .（雙選）一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4 000 kW,電壓為4 000 V,經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電，輸電線路總電阻R線=1 kQ到目的地經(jīng)變壓器

22、T2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡（220 V、60 W）.若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%,變壓器T1和T2的損耗可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則（）103 A 和 20 A1.8 M05 V 和 220 VA. T1原、副線圈電流分別為B. T2原、副線圈電壓分別為C. T1和T2的變壓比分別為1 ： 50和40 ： 1D.有5M04盞燈泡（220 V、60W）正常發(fā)光答案 AB解析根據(jù)題意畫出輸電線路示意圖如圖所示.升壓變壓器降壓變虛器對(duì)升壓變壓器有 P1 = U1I1,可知11=103 A,由輸電線上消耗的功率 AP= I2R線=400 kW可 知,輸電線上電流為I

23、2 = 20 A,A項(xiàng)正確；T1的變壓比為n1 ： n2= I2 ： I1 = 1 ： 50;根據(jù)P1 = U2I2得U2 = 2M05 V,輸電線上電壓 U線=I2R線=20 000 V,則變壓器 T2的輸入電壓為 U3 = U2U線=1.8 105 V,又燈泡正常發(fā)光，可知T2的輸出電壓 U4為220 V,B項(xiàng)正確；T2的 變壓比為 n3： n4=U3 : U4=1.8M05 : 220,C項(xiàng)錯(cuò)誤；降壓變壓器的輸入功率等于輸出功率U3I3=60 Wn,解得n=6X104,D項(xiàng)錯(cuò)誤.10 .某發(fā)電站通過(guò)燃燒煤來(lái)發(fā)電.發(fā)電站通過(guò)升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶，發(fā)電機(jī)輸

24、出功率是120 kW,輸出電壓是 240 V,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1 ： 25,輸電線的總電阻為 10 用戶需要的電壓為 220 V,則：(1)輸電線上損失的電功率為多少？(2)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少?答案解析U1=U2290(1)4 000 W (2)不(1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律n1得輸電電壓n2U2 = n2U1 =學(xué) X240 V = 6 000 V n1 1輸電電流12 =看=嚕器A=20 A U2 6 000輸電線上損失的功率A P= I2r= 202X10 W=4 000 W.(2)輸電線上損失的電壓AU= 12r=20M0 V = 200 V降壓變壓器

25、原線圈兩端的電壓U3= U2- AU=6 000 V-200 V = 5 800 V根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得：n3= U3 = 5 800 V _ 290(升壓變壓器和降壓n7一 U4 220 V 7T.11 .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變壓器都可視為理想變壓器 ).(1)畫出上述輸電全過(guò)程的線路圖；(2)若發(fā)電機(jī)的輸出功率是100 kW,輸出電壓是250 V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為 1 ： 25,求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流；4%,求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓(3)在(2)中條件下若輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的16 A變壓器原線圈兩端

26、的電壓； (4)計(jì)算降壓變壓器的輸出功率.答案 (1)見(jiàn)解析圖 (2)6 250 V (3)15.625 您 000 V (4)96 kW 解析或、 r ,U2n2 ,(2)對(duì)升壓變壓器，據(jù)公式 丁 =肉,有n2 25U2 = /U1 = X250 V=6 250 VP2 P1 100 000I2=U2=U2= 6 250 A=16 A(3)P 損=I2R 線尸損=0.04 P10.04P1 4 000所以：R 線=丁丁 = 762-= 15.625因?yàn)?AU=U2-U3 = I2R 線所以 U3=U2 I2R 線=(6 250 16X15.625) V = 6 000 V(4)P4 = P1 P 損=0.96P1 = 0.96 100 000 W= 96 000 W= 96 kW.