高中物理 2.7遠(yuǎn)距離輸電課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(yuǎn)距離輸電,當(dāng)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(yuǎn)距離輸電. 2.實驗表明:在輸電導(dǎo)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(dá)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(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(yuǎn)的用戶):(1)電燈不亮,達(dá)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(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(xì),電阻較大,導(dǎo)線的電壓降較大,致使用戶末端電壓遠(yuǎn)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(dǎo)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(dǎo)線,以上現(xiàn)象就不明顯了.,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,二、為什么要采用高壓輸電 1.電功率損失:輸電導(dǎo)線上有電阻,當(dāng)電流通過時,由于電流的熱效應(yīng)會引起電功率的損失.可以考慮通過減小輸電導(dǎo)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(dǎo)線,增粗導(dǎo)線又帶來兩個不利:其一,耗費更多的金屬材料;其二:會使導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(shè)帶來很大的困難.,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 (多選)如圖為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖,關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電,下列表述正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51130041),A.增加輸電導(dǎo)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(yīng)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(shù)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(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電線上的功率損耗,下列說法正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51130042) A.由功率 ,應(yīng)降低輸電電壓,增大導(dǎo)線電阻 B.由P=IU,應(yīng)降低輸電電壓,減小輸電電流 C.由P=I2R,應(yīng)減小導(dǎo)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(dǎo)線電阻,要減小遠(yuǎn)距離輸電線上的功率損耗,需減小導(dǎo)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(yīng)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(yuǎn)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(yīng)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(dāng)于用電器,導(dǎo)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(dāng)于電源,而線圈3相當(dāng)于用電器,由于線圈2與線圈3相距較遠(yuǎn),輸電導(dǎo)線的電阻(設(shè)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(yīng)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(dāng)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(dǎo)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(yīng)用,(3)一個定律 發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能,并通過導(dǎo)線將能量輸送給線圈1,線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量,在輸送過程中,先被輸送回路上的導(dǎo)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(guān)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(yīng)用,如圖主要有:發(fā)電機、升壓變壓器、輸電導(dǎo)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(yīng)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(yīng)急情況下,每個教室只開6盞燈,各燈都正常發(fā)光,則: (導(dǎo)學(xué)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(guān)系都滿足 ,求解時應(yīng)靈活應(yīng)用.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)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(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,遠(yuǎn)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(guān)系式中正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51130044),一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)距離送電的問題關(guān)鍵是分清各部分輸入、輸出的各個物理量及其相互關(guān)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.,