2019-2020年高二物理电能的输送(二课时)

一、教学目的：

1．了解电能输送的过程。

2．知道高压输电的道理。

3．培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力。

二、教学重点：培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力。

三、教学难点：传输电路中电功率转化及电损耗的计算。

四、教学方法：讨论，讲解

五、教学过程：

（一）引入新课

讲述：前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机我们可以大量地生产电能。比如，葛洲坝电站通过发电机把水的机械能转化为电能，发电功率可达271.5万千瓦，这么多的电能当然要输送到用电的地方去，今天，我们就来学习输送电能的有关知识。

（二）进行新课

1．输送电能的过程

提问：发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？如：葛洲坝电站发出的电是怎样输到武汉、上海等地的呢？很多学生凭生活经验能回答：是通过电线输送的。在教师的启发下学生可以回答：是通过架设很高的、很粗的高压电线输送的。

出示：电能输送挂图，并结合学生生活经验作介绍。

2．远距离输电为什么要用高电压？

提问：为什么远距离输电要用高电压呢？学生思考片刻之后，教师说：这个实际问题就是我们今天要讨论的重点。

板书：（高压输电的道理）

分析讨论的思路是：输电导线（电阻）发热损失电能减小损失

讲解：输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电阻大不能忽略。列举课本上的一组数据。电流通过很长的导线要发出大量的热，请学生计算：河南平顶山至湖北武昌的高压输电线电阻约400欧，如果输电线的电流是1安，每秒钟导线发热多少？学生计算之后，教师讲述：这些热都散失到大气中，白白损失了电能。所以，输电时，必须要尽量减小导线发热损失。

提问：如何减小导线发热呢？

分析：由焦耳定律Q＝I2Rt，减小发热Q有以下三种方法：一是减小输电时间t，二是减小输电线电阻R，三是减小输电电流I。

提问：第一种方法等于停电，没有实际价值。第二种方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。适用的超导材料还没有研究出来。排除了前面两种方法，就只能考虑第三种方法了。从焦耳定律公式可以看出。第三种办法是很有效的：电流减小一半，损失的电能就降为原来的四分之一。通过后面的学习，我们将会看到这种办法也是可行的。

板书结论：（A：要减小电能的损失，必须减小输电电流。）

讲解：另一方面，输电就是要输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义。

板书：（B：输电功率必须足够大。）

提问：怎样才能满足上述两个要求呢？

分析：根据公式P＝UI，要使输电电流I减小，而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。

【例】一小型水电站输出的电功率为20KW，输电线总电阻为5Ω，如果发电机输出电压为400V，且直接进行输电，输电导线上损失的电功率为多少？

若改为xxV电压输电，则输电导线上损失电功率又为多少？

用xxV输电时，所使用的升压变压器、降压变压器的原副线圈匝数比为多少？

P=U1I1 I1=A=50A

P线＝I12R＝2500×5W=12500W

P=U2I2I2=A=10A P线=I22R2＝100×5W＝500W

教师讲解时要求学生必须画出输电示意图如下

分析U输、U线、U用、P输、P线、P用、I输、I线、I用的关系

I输=I线=I用U输=U线+U用P输=P线+P用

从本题的解答中你发现什么？

答：输电电压提高几倍？输电线上电压损失为原来几倍？输电线上损失的电能为原来的几倍？

电压提高了5倍，输电线上损失的电压降为原来的五分之一，电线上的损失功率降为原来的二十五分之一。

结论：高压输电可以保证在输送功率不变的情况下，减小输电电流来减小输电的电能损失。

3．变压器能把交流电的电压升高（或降低）

讲解：在发电站都要安装用来升压的变压器，实现高压输电。但是我们用户使用的是低压电，所以在用户附近又要安装降压的变压器。

讨论：高压电输到用电区附近时，为什么要把电压降下来？（一是为了安全，二是用电器只能用低电压。）

4．引导学生看课本的最后两个自然段，了解我国输电电压，知道高压输送电能的优越性。

（三）巩固练习

1．发电机的输出电压为220伏，输出功率为44千瓦，每条输电线电阻为0.2欧，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果发电站先用变压比为1：10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路后，再经过10：1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率又各是多少？

2．输送4.0×106W的电能，若发电机输出电压为xxV，先用变压器升压后应用截面积为4.25㎝2的铜导线，把电能送到400KM远处，线路损失的功率为5.0×105W。（铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m）

（1）应选用匝数比为多少的升压变压器？

（2）在用电区使用降压变压器，其原线圈两端的电压为多少？

3．葛洲坝电站发电功率约271.5万千瓦，如果用1000伏的电压输电，输电电流是多少？如果输电电阻是200欧，每秒钟导线发热损失的电能是多少？如果采用100千伏的高压输电呢？

（四）课堂小结：:

1.输电导线的功率损失分析

（1）减小电阻(受条件制约)（2）高电压输电(应用广泛)（3）P损=P2R线/U2送

2．简单输送电路的计算和步骤

（1）画出供电图

（2）以变压器铁心为界线分各个回路,各回路可独立运用欧姆定律分析.

各回路间通过线圈匝数比与电压比贺电流比的关系,总共率不变等联系.

（五）作业布置：1．227页练习四（1）、（3）、（4）、（5）2．思考227页练习四（2）题

第2课时（习题课）

一、教学目标：１．巩固基础知识。２．培养学生分析、解决问题的能力

二、教学重点：巩固基础知识

三、教学难点：培养学生分析、解决问题的能力

四、教法复习提问、讲练结合

五、教学过程：

（一）复习基础知识：

1.输电功率P，输电电压U，输电电流I，则I=P/U.

2.输电线损P损=I2r=P2r/U2

3.减少线损的方法:提高输电压，减小输线电阻.

（二）例题精讲

【例1】在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损耗的功率: A.随输电线电阻的增大而增大； B. 和输送电压的平方成正比； C. 和输送电线上电压降的平方成正比； D. 和输电线上电流强度的平方成正比； E. 和输送电压的平方成反比.

【例2】某电源给用户输送电功率为P，输电导线的总电阻为R，输电线上损失的功率是P'，则输电线上的电压降为___________，电源的端电压为_________.

注意：计算远距离送电有关线路损耗功率问题时，应注意不同公式中各物理量的对应性。例如P耗＝I2R线公式改为P耗＝U2／R线时，电压U指什么电压才无误？用升压变压器副线圈电压、或用降压变压器原线圈电压都是错误的，必须对应加在导线两端损耗的电压。

同理，P＝I2R的电流不能用升压变压器原线圈或降压变压器副线圈中的电流I1、I3，只能用通过输电导线上的电流。

（三）练习题:

1.如图示.电路中输电线较长，所以导线的电阻不能忽略不计，若保持电源的电压不变，将电键K1、K2、K3逐个接通:A.电源的输出功率增加 B.每只灯消耗的电功率增大C.输电导线中消耗的电功率增大 D.每只灯消耗的电功率减小 E.导线中的输送功率增大.

2.一电站向某地输送一定功率的电能，输电线上损失的功率为100kW，若把输送电压提高为原来的10倍，同时将输电线的直径减为原来的一半，则输电线上损失的电功率为多少瓦?

3.某变电站用220V 的电压送电，导线上损失的电功率是输出功率的20％， 若要使导线损失电功率是输出功率的5％，则输出的电压应为:___________伏特.

4.发电机的端电压为220V ，输出功率8800W.输电线电阻为2欧，求(1).用户得到的电压和功率? (2).若用1:10的变压器先升压送至远方再用10:1 的变压器降压后用户使用，求用户得到的电压和功率?

5.有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为100，原线圈所加电压为23kV 副线圈通过总电阻为2Ω的供电导线向用户供电，用户用电器得的电压是220V ，求供电导线上损耗的功率.

6.某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电.当发电厂输出的功率为P 0时，额定电压为U 的用电设备消耗的功率为P 1，若发电厂电一台升压变压器T 1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降压变压器T 2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图所示.这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P 0，用电设备可获得的功率增至P 2.试求所用升压变压器T 1的原线圈与副线圈的匝数比N 1/N 2以及降压变压器T 2的原线圈与副线圈的匝数比n 1/n 2各为多少?

7、一台发电机端电压为5000V ，输出功率104kW ，向400km 外的用户输电，输电线的电阻率ρ＝1.7×10-8Ω/m ，横截面积S ＝0.85cm 2，输电导线上的电功率损失要求不超过输出功率的4%，则在输电时，电压应升高到多少伏?所用的升压变压器的原、副线圈匝数比是多少?

8、如图所示，一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500KW ，端电压为500V ，升压变压器B 1的原副线圈的匝数比为1:5，两变压器间输电导线的总电阻为1.5Ω，降压变压器的输出电压为220V ，不计变压器的损耗，求:

（1）升压变压器B1副线圈的端电压U 2.

（2）输电线上损失功率P.

9、发电站发电机端电压u ＝5000 2 sin314tV ，输出功率5000kW ，远距离输电线的电阻为80Ω，输电线上功率损耗要求下超过总功率的4%，则

(1)所用升压变压器的原、副线圈匝数比多大?

(2)到达用户区使用匝数比为192：1的降压变压器，对负载电阻为10Ω的用电器供电，最多可

接这样的用电器几个?