5-5电能的输送

5.5电能的输送[学习目标]1.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。

2．根据P损＝I2r可知，减小输电线上的功率损失有两个途径：一是减小输电线的电阻，二是减小输电电流。

3．在输送功率一定时，提高输送电压，可以减小输电电流。

[基础知识梳理]一、降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求(1)可靠：指保证可靠的工作，少有故障。

(2)保质：保证电能的质量——电压和稳定。

(3)经济：指输电线路建造和运行的费用，电能损耗。

2．降低输电损耗的两个途径要减少输电线路上的功率损失，由公式P损＝I2R线知，必须减小输电线电阻或减小输电电流。

(1)要减小电阻，从R＝ρlS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用较小的导体。

(2)从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高。

前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。

3．高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电。

目前我国远距离送电采用的电压有110 kV,220 kV,330 kV，输电干线已采用500 kV，西北电网甚至达到750 kV。

(2)高压输电并不是越高越好。

电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。

(3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济等要求选择合适的电压。

二、电网供电1．远距离输电基本原理在发电站内用变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过变压器降到所需的电压。

2．电网通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络。

3．电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。

(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。

(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。

[基础题组自测]1．自主思考——判一判(1)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少。

时间：45分钟一、单项选择题1．输电线路的总电阻为R ，发电站输出功率为P ，输电电压为U ，则用户得到的功率为(B )A ．PB ．P －P U ·RC ．P －U 2R D.P U 2·R解析：用户得到功率P 得＝P －I 2R ＝P －PU ·R ，所以B 正确．2．某用电器离供电电源的距离为l ，线路上的电流为I .若要求线路上的电压降不超过U .已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是(C )A.ρlI UB.I 2ρC.2ρlI UD.2Ul Iρ解析：因为导线的总长度为2l ，所以电压降U ＝IR ＝Iρ2l S，解得S ＝2ρlI U.正确选项为C.3．远距离输送一定功率的交变电流，输电线电阻一定，若输送电压升高为原来的n 倍，下列选项正确的是(B )①输电导线上的电压损失是原来的1n②输电导线上的电压损失是原来的1n2③输电导线上的电功率损失是原来的1n④输电导线上的电功率损失是原来的1n2A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④解析：由电压损失ΔU ＝IR 和P ＝IU 得ΔU ＝P UR ，故U 变为n 倍时，ΔU ′＝1n ΔU ，①正确；又ΔP ＝I 2R R ，故ΔP ′＝1n2ΔP ，④正确．4．电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律(感应电动势大小的规律)、安培定则(磁场对电流作用的规律)都是一些重要的规律．如图为远距离输电系统的示意图(设用户的电器是电动机)，下列选项中正确的是(D )A ．发电机能发电的主要原理是库仑定律；变压器能变压的主要原理是欧姆定律；电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律B ．发电机能发电的主要原理是安培定则；变压器能变压的主要原理是欧姆定律；电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律C ．发电机能发电的主要原理是欧姆定律；变压器能变压的主要原理是库仑定律；电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律D ．发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律；变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律；电动机通电后能转动起来的主要原理是安培定则解析：发电机主要是将其他形式的能转化为电能的设备，应用的是法拉第电磁感应定律；变压器是由电流的变化产生磁场的变化，从而使得线圈内的磁通量发生变化，产生感应电流，也是应用法拉第电磁感应定律；电动机是将电能转化为其他形式的能的设备，通电导线在磁场中要受到力的作用从而运动，是安培定则的应用．5．某电站用11kV 的交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R .现用变压器将电压升高到220kV 的超高压送电，下列说法中正确的是(B )A ．因I ＝U R，所以输电线上的电流增为原来的20倍B ．因I ＝P U ，所以输电线上的电流减为原来的120C ．因P ＝U 2R，所以输电线上损失的功率增为原来的400倍D ．若要使输电线上损失的功率不变，可将输电线直径减为原来的1400解析：因U 并非全部加到输电线的电阻上，所以不能用I ＝U R计算输电线中的电流，所以A 错；输送功率和输电电流、输电电压的关系为P ＝UI ，在输送功率一定的条件下，U 和I 成反比，所以B 正确；U 是输电电压，它等于输电线上的电压损失和负载得到的电压之和，所以U 并非R 上的电压，不能用P ＝U 2R计算功率损失，C 错；线路上功率损失P 损＝I 2R 线·ρ·L S ＝P 2送ρL U 2送S，由于输送功率、导线材料、长度是不变的，在线路损失功率不变的条件下，输电电压的平方和导线截面积成反比，所以电压由11kV 升到220kV ，所需导线的横截面积减为原来的1400，导线直径减为原来的120，D 错．二、多项选择题6．远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是(CD )A ．输电线上的电压损失跟输电电压成正比B ．输电线上的功率损失跟输电电压成正比C ．输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比D ．输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比解析：此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压相混，由P ＝U 2R 而选B.正确的思路是由I 线＝P 送U 送可知ΔP ＝P 2送U 2送·R 线，C 对．ΔU ＝P 送U 送·R 线，A 错．ΔP ＝ΔU 2R 线，D 对．7．如图为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是(ABD)A ．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B ．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C ．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D ．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好解析：本题考查电能的输送及输电线电能的损失问题．电能的损失P 损＝I 2R ＝I 2·ρL S，增大输电线的横截面积，会减小输电线的电阻，可以减少电能损失，A 项正确；在输送功率保持不变的情况下，由P ＝UI ，提高输送电压会减小输电电流，从而减小电能损失；在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电电流就越大，功率损失就越大，所以B 项正确，C 项错误；高压输电，电压越高，对变压器的要求就越高，架设难度也会增加，同时感抗和容抗也会使电能损失进一步增大，所以要综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好，D 选项正确．8．2013年9月25日，世界首个商业化运行的同塔双回路特高压交流输电工程——皖电东送淮南至上海特高压交流工程正式投入运行．如图甲所示，某变电所的调压装置可视为理想变压器，当滑动接头上下移动时可改变输出电压．原线圈两端接正弦交流电源，电压u 1保持不变，用户电压u 2随时间变化的规律如图乙所示，下列说法中正确的是(AC )A ．用户电压的瞬时值表达式为u 2＝1902sin(100πt )(V)B ．为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当下移C ．原线圈匝数不变的情形下用户更换不同额定功率的用电器时，原线圈输入功率随之变化D ．原线圈匝数不变的情形下用户更换不同额定功率的用电器时，原线圈两端电压随之变化解析：由于用户电压u 2随时间t 变化的曲线周期为0.02s ，所以u 2＝1902sin(100πt )(V)，选项A 正确；由题图乙可知，副线圈输出电压的有效值U 2＝190V ，根据U 1U 2＝n 1n 2，为使用户电压稳定在220V ，应减小变压器原线圈匝数n 1，即将P 适当上移，故选项B 错误；理想变压器副线圈电压随原线圈电压的变化而变化，只要原线圈中滑片的位置不变，原、副线圈的匝数比不变，副线圈的输出电压就不变，用户更换不同额定功率的用电器时，副线圈中的电流I 2发生变化，故原线圈的输入功率发生变化，选项C 正确，D 错误．三、非选择题9．某变电站用220V 的电压送电，导线损失的功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少？答案：440V解析：设输送功率为P ，送电电压U 1＝220V 时，损失电功率ΔP 1＝20%P ，又ΔP 1＝I 21·R 线，而I 1＝P U 1，则ΔP 1＝P 2U 21R 线，现要求ΔP 2＝5%P ，同理ΔP 2＝P 2U 22R 线，由上式得ΔP 1ΔP 2＝20%5%＝U 22U 21，所以输送电压应为U 2＝440V.10．某电站，输送的电功率为P ＝500kW ，当使用U ＝5kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜示数相差4800度．求：(1)这时的输电效率η和输电线的总电阻r .(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电．答案：(1)60%20Ω(2)22.4kV解析：(1)由于输送功率为P ＝500kW ，一昼夜输送电能E ＝Pt ＝12000度，终点得到的电能E ′＝7200度，因此效率η＝60%.输电线上的电流可由I ＝P U计算，为I ＝100A ，而输电线损耗功率可由P r ＝I 2r 计算，其中P r ＝480024kW ＝200kW ，因此可求得r ＝20Ω.(2)输电线上损耗功率P r r ∝1U2，原来P r ＝200kW ，现在要求P ′r ＝10kW ，计算可得输电压应调节为U ′≈22.4kV.11．某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120kW ，输出电压是240V ，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25，输电线的总电阻为10Ω，用户需要的电压为220V ．则：(1)输电线上损耗的电功率为多少；(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少．答案：(1)4000W (2)29011解析：(1)根据理想变压器的变压规律U 1U 2＝n 1n 2得输电电压U 2＝n 2n 1U 1＝251×240V ＝6000V 输电电流I 2＝P U 2＝120×1036000A ＝20A 输电线上损失的功率P 损＝I 22r ＝202×10W ＝4000W.(2)输电线上损失的电压U 损＝I 2r ＝20×10V ＝200V降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－U 损＝6000V －200V ＝5800V根据理想变压器的变压规律得n 3n 4＝U 3U 4＝5800V 220V ＝29011.。

高二物理选修32第五章：5.5电能的输送第 2 页第 3 页三、电网供电1.远距离输电基本原理：在发电站内用__________变压器___________,然后进行远距离输电，在用电区域通过__________变压器降到所需的电压。

2.电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和用户连接起来，形成全国性或区域性的输电网络。

3.电网输电的优点（1）降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。

（2）减少_________的风险，调剂不同地区电力供应的平衡，保证供电的质量。

（3）合理调度电力，是电力的供应更加可靠、质量更高。

★重点难点解析1．输电线路上的电压损失：输电线始端电压U和末端电压U′的差值是输电线路的电压损失，即ΔU=U-U′，。

2．几个常用的关系式：（1）若发电站输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P，，用户的电压为U，，输线电第 4 页第 5 页 阻为R 线,则输出电流为：I=线R U U U P U P '-=''= （2） 输电导线损耗的电功率: P损=P-P ˊ=I 2R线=线R U P 22=I （U-U ‘）=IU 线=()2'线R U U - 可知，当输送的电能一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电导线上损耗的功率就减少到原来的21n （3） 输电导线损耗的电压：U 线=U-U ‘=IR 线=线R U P 例1：水电站给远处山村送电的输出功率是100KW ，用2019V 电压输电，线路损失的功率是2.5×104W,如果改用20190V 高压输电,线路上损失的功率是 W.例2．如图，某小型水电站发电机的输出功率为10KW ，输出电压为400V ，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2KV 高压输电，最后用户得到220V 、9.5KW 的电力。

求；（1）水电站升压变压器原、幅线圈匝数比n 1/n 2；（2）输电线路的导线电 阻R ；（3）用户降压变压器原、幅线圈匝数比n 3/n 4。

第五节电能的输送教学目标：(一)知识与技能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。

2、知道什么是导线上的功率损耗和电压损耗；知道如何减小损耗。

3、理解为什么远距离输电要用高压。

4、会设计电能输送的示意图，并理解电压损耗和能量损耗的关系。

5、培养学生综合全面的分析问题和解决问题的能力。

6、培养学生实事求是的科学态度。

（二）过程与方法1、利用研究性学习小组的调查和学生合作学习相互结合，探索物理规律。

2、利用多媒体课件与课堂演示实验相互结合，探究物理规律。

（三）情感态度与价值观1、通过我国超导研究的介绍，激发学生的爱国热情。

2、通过对实际生活中的电能输送问题分析讨论，激发学生探索物理规律的热情。

3、通过学生对用电情况调查和计算，培养学生从身边事做起养成节约能源的好习惯。

4、体验合作探究学习的快乐，调节人际交往能力，协调能力。

教学重点：设计电能输送的示意图，并理解输电过程中的电压损耗和能量损耗的关系。

教学难点：输电过程中要保证输送功率不变，理解输电过程中的电压损耗和能量损耗的关系。

教学方法：探究、讲授、讨论、练习教学用具：录像资料，多媒体课件。

教学过程：(一)新课引入1、简单说明总理的关于科学发展与和谐社会的论述。

要实现可持续发展，就是要使有限的能源发挥最大效益。

2、我国缺电现状，图片和网上新闻资料，西部地区缺电严重。

你能根据所学的物理知识，从研究者的角度对电能的节约输送给几点更好的建议？师：我国最大的发电站是三峡。

三峡电站对我们华东输送了很多的电能（图表资料）黑板画图电站至华东地区为分析后面的输电图做铺垫。

师：从三峡到华东地区遥遥数千里怎样减小输电过程中的能量损耗是值得探索的问题。

（二）新课教学1、布置合作学习任务：请以学习小组为单位展开讨论，从减小电阻方面考虑，你有什么好的建议呢？并将你们的讨论结果写在合作学习交流卡上。

学习小组合作学习。

学生在学习小组中发表意见，在组内及组与组之间互动交流。

5．电能的输送(在学生用书中分册装订！)1．某用电器与供电电源的距离为L ，线路上的电流为I ，若要求线路上的电压降不超过U ，已知输电导线的电阻率为ρ，那么，该输电导线的横截面积最小值是( )A.ρLU B.2ρLI U C.U ρLID.2UL Iρ解析： 输电线的电阻R 线＝U I 由电阻定律得R ＝ρ·2L S 得S ＝2ρLIU ，B 正确．答案： B2．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P 0，输电电压为U ，输电导线的总电阻为R 线．则下列说法正确的是( )A ．输电线上的电流I ＝URB ．输电线上的电流I ＝P 0UC ．输电线上损失的功率P ＝⎝⎛⎭⎫P 0U 2·R 线 D ．输电线上损失的功率P ＝U 2R 线解析： 输电线上的电流I 线＝P 0U ＝U 线R ，故A 错误，B 正确；输电线上的功率损失P ＝I 2线R 线＝⎝⎛⎭⎫P 0U 2·R ＝U 2线R，故C 正确．D 错误． 答案： BC3．远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是( ) A ．输电线上的电压损失跟输电电压成正比 B ．输电线上的功率损失跟输电电压成正比 C ．输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比D ．输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比解析： 此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压相混，由P ＝U 2R而选B.正确的思路是由I 线＝P 送U 送可知ΔP ＝P 2送U 2送·R 线，C 对．ΔU ＝P 送U 送·R 线，A 错．ΔP ＝ΔU 2R 线，D 对．答案： CD4．发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电线电阻为R 线，通过导线的电流为I ，学校输入电压为U 2，下列计算输电线损耗的式子中，正确的是( )A.U 21R 线 B.(U 1－U 2)2R 线C ．I 2R 线D ．I (U 1－U 2)解析： 输电线损耗P 损＝I 2R 线＝U 2线R 线＝IU 线其中U 线＝U 1－U 2，故B 、C 、D 正确．答案： BCD5．下图为远距离输电线路的示意图：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( ) A ．升压变压器原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B ．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定 C ．当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大 D ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压解析： 变压器输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项A 、B 错误．用户的总电阻减小，据P ＝U 2R ，消耗的功率增大，输电线电流增大，线路损失功率增大，C 项正确，升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失电压加上降压变压器输入电压，D 项错误．答案： C6．(2014·江苏物理)远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2，电压分别为U 1、U 2，电流分别为I 1、I 2，输电线上的电阻为R .变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是( )A.I 1I 2＝n 1n 2 B ．I 2＝U 2RC ．I 1U 1＝I 22RD ．I 1U 1＝I 2U 2解析： 根据理想变压器的工作原理解题．根据理想变压器的工作原理得I 1U 1＝I 2U 2、I 1I 2＝n 2n 1.U 2不是加在R 两端的电压，故I 2≠U 2R ，而I 1U 1等于R 上消耗的功率I 22R 与下一级变压器的输入功率之和．选项D 正确．答案： D7．在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( )A ．升压变压器的输出电压增大B ．降压变压器的输出电压增大C ．输电线上损耗的功率增大D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析： 升压变压器的输出电压由电源电压及匝数比决定，输出功率变大时升压变压器的输出电压不变，A 项错误．由I ＝PU 可知当输出功率增大时输出电流增大．由U 损＝IR 及P 损＝I 2R 可知U 损及P 损均增大．故C 项正确．当U 损增大时降压变压器的输出电压减小，B 选项错误．由P 损＝P 2U 2R 可知P 损P ＝P U2R .当输出功率增大时输电线损耗比例增大，D 项正确．答案： CD8．远距离输电，原来用电压U 0输电，在输电线上损失的电功率P 0，现在要使输电线上损失的电功率减少到原来的1/10，现输电电压应为( )A ．100U 0 B.10U 0 C.U 010D.U 0100解析： 设线路电阻为r ，损失功率为P 损＝I 2r ，线路电流为I ＝P U 0，解得P 损＝P 2U 20r则P ′损∝1U 0′2当P损为原来的110时U0′＝10U0选项B正确．答案： B9．某小型发电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电．已知输电线的总电阻为R，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，降压变压器副线圈两端交变电压u＝220 2 sin 100πt V，降压变压器的副线圈与阻值R0＝11 Ω的电阻组成闭合电路．若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是()A．通过R0电流的有效值是20 AB．降压变压器T2原、副线圈的电压比为4∶1C．升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D．升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率解析：降压变压器副线圈两端交变电压有效值为220 V，负载电阻为11 Ω，所以通过R0电流的有效值是20 A，选项A正确；降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，所以降压变压器T2原、副线圈的电压比为4∶1，选项B正确；升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压加上输电线上损失的电压，选项C错误；升压变压器T1的输出功率等于降压变压器T2的输入功率加上输电线上的功率，选项D正确．答案：ABD10．(2014·安徽六安市联考)如图所示，某变电站用10 kV的高压向10 km外的小区供电，输送的电功率为200 kW.现要求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率的2%，下列不同规格的输电线中，符合要求的是()解析： 由P ＝UI 解得输电电流I ＝P /U ＝20 A ．输电线路上损耗的功率不超过P 损＝200 kW ×2%＝4 kW ，由P 损＝I 2R 解得R ＝10 Ω.由于需要20 km 长的输电线，所选输电线千米电阻应小于0.5 Ω/km ，符合要求的是选项C 、D.答案： CD11．如图所示，理想变压器的原线圈接入u ＝11 000×2sin 100πt V 的交变电压，副线圈通过电阻r ＝6 Ω的导线对“220 V 880 W ”规格的电器R L 供电，该电器正常工作．由此可知( )A ．原、副线圈的匝数比为50∶1B ．交变电压的频率为100 HzC ．副线圈中电流的有效值为4 AD ．变压器的输入功率为880 W解析： 由电器R L 正常工作，可得通过副线圈的电流I ＝P U ＝880220 A ＝4 A ，故C 对；与副线圈连接的导线所分电压U r ＝4×6 V ＝24 V ，副线圈两端电压U 2＝220 V ＋24 V ＝244 V ，因此原、副线圈的匝数比n 1n 2＝U 1U 2＝11 000244＝2 75061，故A 错；又变压器的输入功率等于其输出功率，即P 1＝P 2＝U 2I 2＝244×4 W ＝976 W ，故D 错；交变电压的频率f ＝ω2π＝50 Hz ，故B 错．答案： C12．某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙．输电线总电阻为r ，升压变压器原、副线圈匝数分别为n 1、n 2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )A ．乙图中电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin 100πt VB ．乙图中电压的有效值和用电器的额定电压都是220 V ，所以n 1n 2＝n 4n 3C ．通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率解析： 由于输电线上电阻会损失电压、电功率，使得U 2＞U 3，故P 2＞P 3，选项D 正确；因为n 1n 2＝U 1U 2，n 4n 3＝U 4U 3，由于U 1＝U 4＝220 V ，U 2＞U 3，所以n 1n 2＜n 4n 3，选项B 错误；由交流电及变压器基础知识可知选项A 对，C 错．答案： AD13．一台交流发电机的输出功率为50 kW ，输出电压为240 V ，输电线总电阻R ＝30 Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电需求，则该输电线路所用的理想的升压、降压变压器的匝数之比各是多少？能使多少盏“220 V 100 W ”规格的电灯正常发光？解析： 按设计要求ΔP 线＝ηP 输＝6%×50 kW ＝3 kW得输电线中电流I 2＝ΔP 线R＝10 A 升压变压器的输出电压U 2＝P 输I 2＝5 kV升压变压器原、副线圈匝数之比 n 1n 2＝U 1U 2＝2405 000＝6125输电线损失电压ΔU 线＝I 2R ＝300 V 降压变压器的输入电压U 3＝U 2－ΔU 线＝(5 000－300)V ＝4 700 V 降压变压器原、副线圈匝数之比 n 3n 4＝U 3U 4＝4 700220＝23511 降压变压器的输入功率P 输′＝P 输－ΔP 线＝(50－3) kW ＝47 kW 每盏电灯正常发光时的功率P 灯＝100 W 所以，能使电灯正常发光的盏数N ＝P 输′P 灯＝47×103100＝470(盏)答案： 6125 23511470盏 14.风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图所示的风车阵中发电机输出功率为100 kW ，输出电压是250 V ，用户需要的电压是220 V ，输电线电阻为10 Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比． (2)画出此输电线路的示意图． (3)用户得到的电功率是多少． 解析： (1)输电线损失的功率 P 损＝P ×4%＝100 kW ×4%＝4 kW输电线中的电流I 2＝P 损R 线＝4×10310A ＝20 A 升压变压器输出电压U 2＝P I 2＝100×10320V ＝5×103 V升压变压器原、副线圈匝数比n 1n 2＝U 1U 2＝2505 000＝120电压损失U 损＝I 2R 线＝20×10 V ＝200 V 降压变压器原线圈端电压U 3＝U 2－U 损＝4 800 V 降压变压器原、副线圈匝数比n 3n 4＝4 800220＝24011(2)如图所示．(3)用户得到的功率P 用＝P －P 损＝96 kW答案：(1)1∶20240∶11(2)见解析图(3)96 kW。

5．5 电能的输送发电站建立在水能和煤炭资源丰富的地方,而用户广泛分布，大部分离发电站很远，需考虑远距离输电。

一、输电线路上的电压损失1、输电线路上的电压损失：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U ’比起始端电压U 要低，这就是输电线路上的电压损失ΔU ＝U －U ’,对于交流输电线路来说，造成电压损失的原因既有电阻又有感抗和容抗．高中阶段不考虑感抗和容抗的影响，所以：电压损失，也等于输电线电阻分担的电压，∆U ＝IR 线2、减小输电线路上的电压损失的方法：据ΔU ＝IR 可知，减小输电线路上电压损失的方法主要有两种：(1)减小输电线路电阻(2)减小输电电流I二、输电线路上的功率损失1、输电线路上的功率损失：设输电电流为I ，输电线电阻为R ，则输电线上的功率损失为：功率关系： 输入功率= 输出功率+线路损耗功率2．减少输电线上功率损失的方法：由 可知减少输电线上功率损失的方法：（1）减小输电线的电阻R ，（2）减小输电电流 I三、讨论两种方法减小电压损失、功率损失的可行性（1）减小输电线的电阻R ，据 SL R ρ= ①减小输电线长度L ：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小L 来减小R ．②减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料．③增大导线的横截面积S ，这要多消耗金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．R I P 2=∆R I P 2=∆（2）减小输电电流I ，据 UP I =①减小输送功率P ： 由于电站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定的，即在实际中不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率损失．②提高输电电压U ：在输送功率P 一定，输电线电阻R 一定的条件下，输电电压提高到原来的n 倍，输电线上的功率损失降为原来的1/n 2倍．根据以上分析可知，采用高压输电是减小高压输电线上的电压损耗和功率损耗最经济、最有效的措施。

2020年高中物理精品教案：5-5电能的输送精品版第五节电能的输送●本节教材分析这节教材是学生前面所学知识综合运用解决实际问题的一个典型例子.通过本节的学习，要注意培养和提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力.教材写得比较详细、通俗，可让学生阅读课本，然后提出一些问题引导学生思考、讨论.在内容的处理上，应注意以下几个方面：1.对于电路上的功率损失，可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，是本节教材新增加的.目的是希望学生对输电问题有更全面、更深入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，教学中并不要求深入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.3.学生常常容易将导线上的电压损失ΔU=U-U′与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论.要通过具体的例子，可引导学生进行讨论，澄清认识.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，似快而实慢.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.节后设的阅读材料《直流输电》既可以开阔学生眼界，也可以增加知识.●教学目标一、知识目标1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程.2.知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失.3.知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失.4.理解远距离输电要用高压.二、技能目标培养学生阅读、分析、综合和应用能力.三、情感态度目标1.培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度.2.介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情.●教学重点找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少P与U损失.●教学难点理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU.●教学方法自学讨论法.●教学用具可拆变压器（2台）、长导线、学生电源、小灯泡、投影仪、CAI课件.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题（屏幕上打出）［生］阅读并展开激烈的讨论.二、新课教学1.输电线上的功率损失［师］输送电能的基本要求是什么？［生］输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济.可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电.保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定.经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小，电价低.［师］远距离大功率输电面临的困难是什么？［生］在输电线上有功率损失和电压损失.［师］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？如何减小输电线上的电压损失？［生1］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.［生2］设输电电流为I，输电线的电阻为R，则功率损失为ΔP=I2R.［生3］根据功率损失的表达式ΔP=I2R可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流.［师］如何减小输电线的电阻呢？［生］根据电阻定律可知R线=ρ«Skip Record If...»，要减小输电线的电阻R线，可采用下述方法：①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积．．．．．．.太粗不可能，既不经济又架设困难.［师］如何减小输电线中的电流呢？［生］在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理.2.输电线上的电压损失［师］在直流输电时，输电线上电压损失的原因是什么？交流输电呢？［生1］由于输电线有电阻，电流在输电线上有电压损失.［生2］对交流输电线路来说，既有电阻造成的电压损失，也有感抗和容抗造成的电压损失.［师］在不计感抗和容抗的条件下，电压损失的表达式是什么？［生］电压损失ΔU=U-U′=I R线［师］如何减小电压损失，保证输电质量呢？［生］根据电压损失的表达式ΔU=I R线可知，要减少输电线上的电压损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻R线；其二是减少输电电流.方法同减少功率损失.［师］为了减少功率损失和电压损失，都需要采用高压输电，但并不是电压越高越好.因为电压越高，对输电线绝缘的要求就越高，这样不经济.实际输电时，要综合考虑各种因素.3.几种输电模式［师］常用的输电模式有几种？各是什么？［生1］低压输电：输电功率为100 kW以下，距离为几百米以内，一般采用220 V的电压输电.［生2］高压输电：输电功率为几千千瓦到几万千瓦，距离为几十千米到几百千米，一般采用35 kV或110 kV的电压输电.［生3］超高压输电：输电功率为10万千瓦以上，距离为几百千米，必须采用220 kV 或更高的电压输电.［师］我国远距离输电采用的电压有哪几种？［生］有110 kV、220 kV、330 kV、500 kV.［师］大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？［生］在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压.［师］用CAI课件展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理.如下图所示.«Skip Record If...»设发电机的输出功率为P，则功率损失为ΔP=I22R用户得到的功率为P用=P-ΔP.电压损失为ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU.4.例题分析某交流发电机输出功率为5×10.5 W，输出电压为U=1.0×10.3 V，假如输电线的总电阻R=10 Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380 V.（1）画出输电线路的示意图（下图）.（标明各部分的符号）（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）解析：引导学生画出电路.«Skip Record If...»引导学生写出各部分关系式U∶U1=n1∶n2 I2∶I1=n1∶n2U2∶U用=n1′∶n2′I3∶I2=n1′∶n2′U1=U损+U2P=P损+P用户P损=I22·R解：I1=«Skip Record If...»=500 AP损=5%P=5%×5×105 W=2.5×104 WP损=I22RI2=«Skip Record If...»=50 AI3=«Skip Record If...»=«Skip Record If...»=«Skip Record If...»所以«Skip Record If...»«Skip Record If...»三、小结通过本节学习，主要学习以下问题：1.远距离输电线路上，P损=I2R=«Skip Record If...»，其中（I=«Skip Record If...»）.2.远距离高压输电中，P损和U损都能减少.3.交流和直流输电有其各自的优点和不足.4.电站输出功率由用户消耗功率决定.四、布置作业（略0五、板书设计«Skip Record If...»六、本节优化训练设计1.单相交流发电机的路端电压为220 V，输出的电功率为4400 W，发电机到用户单根输电线的电阻为2 Ω，求（1）用户得到的电压和电功率各是多少？（2）如果用变压比为1∶10的升压变压器升压后向用户输电，用户处再用变压比为10∶1的降压变压器降压后使用，那么用户得到的实际电压和电功率又是多少？2.一条河的流量为Q=40 m3/s，落差为h=5 m.利用它发电，单相交流发电机效率η=50%，输出电压U=400 V，输电线总电阻R线=5 Ω，电线上允许损失的最大电功率为发1电机输出的电功率η2倍,η2=5%，用户所需电压为220 V，设计输电线两端变压器的原、副线圈匝数比各是多少？参考答案：1.解析（1）不用变压器，直接输电时：干线中电流：I=«Skip Record If...»=«Skip Record If...» A=20 A电线上损失的：U损=I·R线=20×2×2 V=80 VP损=I·U损=1600 W用户得到的：U户=220 V-80 V=140 VP户=P-P损=4400 W-1600 W=2800 W（2）用变压器时，电路如图所示.«Skip Record If...»U1=10U=2200 VI线=«Skip Record If...»=«Skip Record If...» A=2 AU2=U1-I线R=2200 V-2×4 V=2192 V所以U户′=«Skip Record If...»=219.2 VP户′=P-I线2×R=4400 W-4×4 W=4384 W2.解析：发电机将水机械能转换为电能，其中：P输=η1ρQgh=50%×103×40×10×5 W=106 W输电线上损失：P损=η2P输=5×104 W输电线上允许输送的最大电流I线=«Skip Record If...» A=100 A而不用变压器直接输送时，输电线上电流大小：I=«Skip Record If...»=2500 A«Skip Record If...»100 A为减少电能损失，必须是先升压后降压，输电线路如图所示.«Skip Record If...»I1=«Skip Record If...»=2500 AI2=«Skip Record If...»=100 AI3=«Skip Record If...» A=«Skip Record If...» A所以«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»●备课资料求解输电问题的思路由于发电机本身的输出电压不可能提高，所以采用高压输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电线输出，到用电区再用降压变压器降到所需的电压，在解答有关远距离输电问题时，首先要将整个电路分成几段进行研究，找出跟各段电路相应的物理量；然后利用变压器工作原理和直流电路的基本定律分段列式，最后联立求解，进行计算.另外，还需注意以下几点：（1）因为输电距离不变，所以输电线长度一定.（2）发电机的输出功率通常认为是恒定的.（3）输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值.（4）记熟两个基本公式：电压关系：U升=U降+ΔU=I R线 +U降能量关系：P出=P损+P降=I2R线+IU降=IU升●备课资料汽油机点火装置的工作原理汽车中汽油发动机的点火装置是利用感应圈的原理制成的.感应圈是互感现象的重要应用之一.它实际上就是一个小功率的升压变压器.它能将十几伏的直流低电压变成数万伏的高电压，是科学实验中经常用来取得高压的一种电源设备.感应圈的结构示意图如图1所示，主体部分是在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个线圈的变压器，初级线圈绕在里层，次级线圈绕在外层，层间有良好绝缘，整个变压器经过绝缘处理后放进胶木外套筒中，空隙处灌满了很厚的一层石蜡.«Skip Record If...»图1我们知道，恒定直流电是不能变压的.但不断的接通与切断直流电路却可以产生互感电动势，这表明断续的脉动直流电可以进行电压变换.这里通断电流的机构是采用一个最简单的电磁式断续器.当螺旋调节器触点Z与带有铁头的弹簧片P接触时，合上电源开关S，初级线圈中有直流电通过，于是铁芯被磁化吸引弹簧片，但此时却切断了电路；铁芯失去磁性便放开弹簧片，弹簧片又与触点Z接触，电路再度被接通.如此不断的重复下去，低压恒定直流电就变成了脉动直流电.由于初级线圈自感作用的结果，电流不能突然增大，也不能突然减小，因而变成上升被阻拦，下降被拖延的脉动直流.其波形如图2（a）所示.图中Δt1时间内的曲线表示电路接通时，电流上升的情形，而Δt2时间内的曲线则表示电路断开时，电流下降的情形，我们知道，由于初级线圈电流的变化，在初级和次级线圈中都会感应出电动势.电流的变化率越大，感应电动势也就越高.由图可见，由于电路断开时电流的变化率比电路接通时电流的变化率要大得多，所以电路断开时感应电动势也比接通时高得多.图2（b）中画出了次级的电动势e2的变化波形.由图可见，在电路接通时（Δt1时间内），感应电动势较小，而电路断开时（Δt2时间内），感应电动势上升至较大的数值.如果次级两端点D、D′相距较近，则感应电动势的正向与负向的值都可使DD′间的空气击穿而发生强烈的火花放电.这时，次级线圈中就有交变电流通过，其电流变化的规律与电动势变化的规律相同，仍如图2（b）所示.但是如果D、D′相距较远，则当电路接通时，次级的感应电动势较小.不足以使空气击穿放电，此时次级线圈没有电流通过；只有当电路断开时，由于次级感应电动势很大，DD′间的空气被击穿放电，次级线圈中才有电流通过.所以这时次级的电流是脉冲的直流电，如图2（c）所示.«Skip Record If...»图2由于初级线圈的自感系数较大，当电路断开时，电流的变化率又很大，所以此时可产生约几百伏的自感电动势，比直流电源的电压要高得多.而且，因为次级线圈的匝数N2约为初级线圈匝数N1的300倍左右，次级线圈的电压将比初级线圈的电动势高约300倍，所以，次级线圈的电动势可以达到一万伏乃至几万伏的高压.因为学生已经知道自感电动势的大小与电流的变化率有关，所以上述内容可适当的进行补充，以利于学生理解自感及变压器.。