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第7节远距离输电本节教材分析三维目标一、知识目标1、知道“便于远距离输送”是电能的优点之一．知道输电的过程．了解远距离输电的原理．2、理解各个物理量的概念及相互关系．3、充分理解；；中的物理量的对应关系．4、知道什么是输电导线上的功率和电压损失和如何减少功率和电压损失.5、理解为什么远距离输电要用高压.二、能力目标1、培养学生的阅读和自学能力．2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考．3、通过远距离输电原理分析，具体计算及实验验证的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算和实验．三、情感目标1、通过对我国远距离输电挂图展示，结合我国行政村村村通电报导及个别违法分子偷盗电线造成严重后果的现象的介绍，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民．2、教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯．教学重点(1)理论分析如何减少输电过程的电能损失。
(2)远距离输电的原理。
教学难点远距离输电原理图的理解。
教学建议1、对于电路上的功率损失，可根据学生的实际情况，引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论．2、讲解电路上的电压损失，是本教材新增加的．目的是希望学生对输电问题有更全面、更深人和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面．但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深人讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析．教学中要注意掌握好分寸．3、学生常常容易将导线上的电压损失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论．可引导学生进行讨论，澄清认识．这里要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，形快而实慢．4、课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好．希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法．新课导入设计导入一幻灯显示①为什么要进行远距离输电？②输电过程主要考虑什么问题？③为什么输电过程有电能损失？④减少电能损失有什么方法，各适用于什么情况？在学生个别提问相互补充的基础上完整答案如下①由于电站、电厂利用能源的特殊性，它发出的电常常要输送给距离甚远的用户。
第七节 远距离输电[学习目标] 1.知道从电厂到住宅的输电过程和输电线路.2.了解输电线上的功率损耗与何种因素有关及降低功率损耗的措施．知道高压输电的道理．(重点)3.了解高压交流和高压直流输电的优缺点.4.会利用变压器的规律和能量守恒的观点对简单的远距离输电进行定性分析和计算．(重点、难点)一、高压输电原理 1．基本要求既能安全、保质，又能减少电能损耗，降低输电系统成本． 2．输电线路远距离输送电网基本结构：如图所示(输出功率为P ，输出电压为U )．3．功率损耗输电导线损失的电功率：由P 损＝I 2线R 线可推得P 损＝(P U)2R 线． 4．两个关系功率关系：P 入＝P 线＋P 用． 电压关系：U 2＝U 线＋U 3. 二、远距离输电 1．降低输电损耗的途径(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积．(2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压．2．高压直流输电 (1)直流输电的优点不存在感抗和容抗引起的电能损失． (2)直流输电的基本过程在发电站区域经变压器升压，由换流设备将交流电变成直流电，用高压直流电进行远距离传输，在用户区域由换流设备将直流电变为交流电，经变压器降压送给用户．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)输电线上的电压损失可用ΔU ＝Ir 计算，r 为输电线的电阻．(√) (2)输电电压越高越好．(×)(3)家庭用电常用铜导线，是为了减小输电导线的电阻，从而减小电能损失．(√) (4)远距离输电时，当输送电功率不变，提高输电电压，能减小电流，提高输电效率．(√) (5)远距离输电，若用高压直流输送可以减小因感抗和容抗造成的损失．(√) 2．在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是( ) A ．使输电线粗一些 B ．减小输电线长度 C ．减少通电时间D ．采用高压输电D [从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻、减小输电电流，减小电阻已达到目前技术的极限了，因此，应当采用高压输电，减小输电电流．]3．输电导线的总电阻为R ，输送电功率为P .现分别用U 1和U 2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为 ( )A ．U 1∶U 2B ．U 21∶U 22 C ．U 22∶U 21D ．U 2∶U 1C [由公式P ＝IU 得输电线中的电流I ＝P U ，输电线上损失的功率P 损＝I 2R ＝P 2R U2，故P 损1∶P损2＝U 22∶U 21，选项C 正确．]输电线功率损耗的计算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．ΔU ＝U －U ′＝IR . 2．功率损失远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率，可用以下三式计算：(1)ΔP ＝I 2R ； (2)ΔP ＝I ΔU ； (3)ΔP ＝ΔU2R.I 为输电电流，R 为输电线的电阻，ΔU 为输电线上损失的电压．3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线路的电阻由R ＝ρL S可知，距离一定时，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． 【例1】 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？它占输出功率的几分之几？(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？它占输出功率的几分之几？思路点拨：①由I ＝P U算电流，由P ＝I 2R 算损耗功率． ②由P 损P算输出功率占总功率的几分之几． [解析] (1)由P ＝UI 得I ＝P U ＝5×1082×105A ＝2 500 A.(2)输电线上损失的功率ΔP ＝I 2·2r ＝2 5002×2×10 W＝1.25×108W 损失功率与输出功率之比为 ΔP P ＝1.25×1085×108＝14. (3)当电压升高至50万伏时I ′＝P U ′＝5×1085×105A ＝1 000 A输电线上损失的功率为ΔP ′＝I ′2·2r ＝1 0002×2×10 W＝2×107W 损失功率与输出功率之比为 ΔP ′P ＝2×1075×108＝125. [答案] (1)2 500 A (2)1.25×108W 14(3)1 000 A 2×107W 125计算输电导线上功率损失的三种方法(1)ΔP ＝I 2R ，I 为输电导线中的电流，R 为导线的电阻．(2)ΔP ＝ΔU2R，ΔU 为输电导线上损失的电压，R 为导线的电阻．(3)ΔP ＝ΔUI ，ΔU 为输电导线上损失的电压，I 为导线中的电流．1．某发电厂原来用11 kV 的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220 kV 输电，输送的电功率都是P .若输电线路的电阻为R ，则下列说法中正确的是( )A ．根据公式I ＝P U ，提高电压后输电线上的电流降为原来的120B ．根据公式I ＝U R，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C ．根据公式P 损＝I 2R ＝P 2U 2R ，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的1400D ．根据公式P 损＝U 2R，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍AC [输电线上的电流为I ＝P U，或者I ＝ΔUR，其中ΔU 为输电线上电阻R 两端的电压，而不是输送电压，故A 对，B 错；输电线上的功率损失P 损＝I 2R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2R ，C 对；如果用P 损＝U 2R ，则U 为R 上的分压ΔU ，故D 错．],远距离输电电路的分析与计算1.远距离输电电路图(如图所示)2．分析方法：分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．3．远距离输电过程中的几个电压(1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U 2. (2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U 4. (3)损失电压：①大小：等于输电导线始端电压与末端电压的差值，即ΔU ＝U 2－U 3＝I 2R .②形成原因：输电导线有电阻，有电流通过时，会在线路上产生电势降落，导致输电线路末端的电压低于始端的电压．4．输电过程中的几个关系(1)功率关系：P 1＝P 2，P 2＝ΔP ＋P 3，P 3＝P 4. (2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3， U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3.(3)发电机输出的电流：I 1＝P 1U 1. (4)输电电流：I 2＝P 2U 2＝P 3U 3＝ΔUR.(5)输电线损耗功率：ΔP ＝ΔU ·I 2＝I 22·R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P 2U 22R .【例2】 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW ，输出电压为400 V ，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV 高压输电，最后用户得到220 V 、9.5 kW 的电力，求：(1)水电站升压变压器的原、副线圈匝数比n 1n 2； (2)输电线路导线电阻R ；(3)降压变压器的原、副线圈匝数比n 3n 4.[解析] 已知输电功率为10 kW ，而用户得到的功率为9.5 kW ，所以损失的功率为0.5 kW ，等于导线的电阻与输电电流的平方之积．(1)升压变压器的原、副线圈匝数比n 1n 2＝U 1U 2＝400 V 2 000 V ＝15. (2)由P 损＝I 22R 可知，输电线上损失的功率和导线电阻R 及输电电流有关，而输电电流又取决于输电电压及输电功率，则有I 2＝P U 2所以R ＝P 损I 22＝P 损P U 22＝10 000－9 50010 0002 0002Ω＝20 Ω. (3)降压变压器原线圈上的电压U 3＝U 2－I 2R ＝U 2－P U 2R ＝(2 000－10 0002 000×20)V＝1 900 V所以降压变压器的原、副线圈匝数比n 3n 4＝U 3U 4＝9511.[答案] (1)15 (2)20 Ω (3)9511远距离输电问题的分析方法(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量． (2)抓住变压器变压前后各量间关系，求出输电线上的电流．(3)计算电路功率问题时常用关系式：P 损＝I 2线R 线，注意输电线上的功率损失和电压损失． (4)电网送电遵循“用多少给多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定．2．图甲所示为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为50 Ω.降压变压器右侧部分为火灾报警系统原理图，其中R 1为一定值电阻，R 2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小，电压表V 可以显示加在报警器两端的电压(报警器未画出)。
