【创新设计】2015-2016学年高中物理 5.5 电能的输送(问题探究式)同课异构课件 新人教版选修3-2

方案三：
如果电流减少了 P损=I2R线，功率损失大大 减少
U损=IR线， 电压损失大大 减少
此方案能大大减少输电线上的电压和电功率的 损失，又不造成材料的浪费和架线的困难
六、方案的实施
1．发电机输出功率P一定，如何减少输电线上的电流？
发电机输出功率P一定，要减少电流，根据I=P/U， 就要提高输电电压，采用高压输电
1
远距离输送交流电都采用高压输电．我国正在研
究用比330 kV高得多的电压进行输电．采用高压
输电的优点是(
)
A．可节省输电线的材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减小输电线上的能量损失
D．可加快输电的速度
2
把功率为22KW的电能用总电阻为2Ω的导线 输送到远方的用户，用220V的电压输电，导线损 失的功率为多少？若改用22KV的电压输电，导线 损失的功率又为多少？
方案一：减少时间 T 方案二：减少电阻R
方案三：减少输电电流I：
L 减少导线电阻，由电阻定律： R S
（1）减小输电线的长度L可行吗？
减小输电线的长度L不可行，因为要保证输电 距离。
（2）减小材料的电阻率ρ。目前选用 电阻率较小的铜或铝作输电线。用电阻 率更小的银可以吗？
成本太高
（3）增加输电线的横截面积又如何呢？ 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。
1．远距离输送交流电都采用高压输电．我国正 在研究用比330 kV高得多的电压进行输电．采用 高压输电的优点是( )
A．可节省输电线的材料 B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减小输电线上的能量损失
D．可加快输电的速度
2.发电厂发电机的输出电压为 U1，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 U2， 下列计算输电线功率损耗 的式子中，正确的是( A.
2 U1
)
R线
2
U1－U22 B. R线 D．I(U1－U2)
U线 P 损＝ I R 线＝ ＝ IU 线 R线
2
2
其中 U 线＝ U1－ U2
C． I R 线
3．2014年2月初低温雨雪冰冻造成我国东部部分地区停电， 为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路： 利用电流的热效应除冰．若在正常供电时，高压线上送电电 压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；除冰时，输电线上的热 耗功率需变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不 变)( ) A．输电电流为3I B．输电电流为9I C．输电电压为3U D．输电电压为U/3 高压线上的热耗功率ΔP＝I2R线……① 若热耗功率变为9ΔP，则9ΔP＝I′2R线……②
三、发现问题
输电线上有电 阻 用户得到的电功率要远小于输送时 的电功率，造成了电资源的浪费，输送 端用户用电器不能正常工作。
四、分析问题
1、电能主要在哪里损失？ 热能消耗
2、损失的电能如何来定量的表示？ 焦耳定律
△U
I
R 用 户
Q=I2RT = △U2/RT= △U· I· T
P输
发 电 U输 机
变压器降压供给用户． (1)画出全过程的线路示意图；
P I2＝ ＝ 20 A， U2
P 损＝ I2 2R 线 ＝ 80 W. U 损＝ ΔU＝ I2R 线＝ 4 V. U3＝U2－U 损＝2 196 V， I3＝ I2＝ 20 A.
(2)求用户得到的电压和功率；
n4 n3 (3)若不经过变压而直接送到用 U4＝ U3＝＝ 219.6 V， I4＝ I3＝ 200 A. n3 n4
电网供电
低压输电线路： 输电电压220V------输电功率100kW以下， 距离为几 百米以内。 高压输电线路：
输电电压35kV或110kV------输电功率100kW以下，
距离为几十千米到上百千米。 超高压输电线路： 输电电压220kV以上------输电功率10万kW以上， 距
离为几百千米。
电网供电
输电过程示意图
电网供电
采用电网供电的优点： 可以在能源产地使用大容量发电 机组，降低一次能源的输送成本，获得 最大的经济效益。同时，电网可以减少 断电的风险，调剂不同地区电力供需平 衡，保障供电质量。
3
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 升压变压器原线圈电压不变，变压比不变，故副线圈电压不变， A错误； I＝P/U，U损＝IR线，U3＝U2－U损，因P变大，I变大，所以U损 变大，所以降压变压器初级电压U3变小，B错误； P损＝(P/U)2R线，因P变大，所以P损变大，C正确；
第五章 交变电流
学案5 电能的输送
我 们 的 生 活 离 不 开 电 能
思考：什么地方在生产电能呢？
三峡水电站建成后，发电机组总功率为1820万千瓦，年 发电量为846.8亿千瓦时，将缓解我市的用电紧张问题。
一、提出问题
三峡水电站向我市供电，怎样将电能输送过来呢？
用输电导线将发电机和用电器连接起来
户，求用户得到的电压和功 率．
用户得到的功率为 P4＝ U4I4＝4.392× 104 W.
4.发电机的端电压为220 V，输
出功率44 kW，输电导线的电 阻为0.2 Ω，如果用初、次级线 圈匝数之比为1∶10的升压变压 器升压，经输电线后，再用初、
次级线圈匝数比为10∶1的降压
变压器降压供给用户． (1)画出全过程的线路示意图；
P损 ＝ P P
P 2R线 U PR线
＝ U
，因 P 变大，所以比值变大，D 正确．
4
某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是6 Ω. (1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率． (2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变压器降 压，求用户得到的电压．
(1)输电线上的电流为I＝P/U＝52.63 A 输电线路损耗的功率为P线＝I2R≈16.62 kW (2)改用高压输电后，输电线上的电流变为I′＝P/U′＝4 A 用户端在变压器降压前获得的电压U1＝U－I′R＝4 976 V
根据U1/U2＝n1/ n2
用户得到的电压为U2＝n2U1/n1＝226.18 V
1、画远距离输电原理图
I1
P1
I2
P2
I3
I4
P4
r线
P3
F
U1 n1
n2 U2
U3 n3
n4 U4
R用
2、原理图中各物理量的关系
（1）功率关系：P1=P2 P3=P4 P2=P损+P3 （2）电流电压关系：U2=U线+U3 I2=I3
P 2 P ( ) R 4 104 W U P 2 P ( ) R 4W U
220V输电，损失的功率为 22KV输电，损失的功率为
总结：
减小输送电流的方法可以通过提高输电电压来实现。
五、探究问题的解决方案
目的：减少远距离输电过程中输电导线上的电能的 损失？
根据Q=I2RT，我们要减少Q。
2．如何获得高压来输电呢？
3.输送到用户处时，如何使用电器正常工作呢？
4.请设计远距离输电的整体流程图？
用升压变压器
n1 n2
p1
p2
U2
n2 U1 n1
P2=P1
用降压变压器
n3
n4
用 户
p3
p4
n4 U4 U3 n3 P 3 P 4
远距离输电流程简图：
I1 I2 I3 I4
P1
(3)则输电电流I＝P/U1＝200 A.
(2)求用户得到的电压和功率；
(3)若不经过变压而直接送到用 户，求用户得到的电压和功 率．
输电线路上的电压损失 ΔU′＝I′R线＝40 V.
所以用户得到的电压 U′2＝U1－ΔU′＝180 V 用户得到的功率为 P＝U′2I＝3.6×104 W.
处理远距离输电的基本思路
P2
P3
P4
请同学们试着分析： （1）各个功率之间的关系 （2）各个电压之间的关系 （3）各个电流之间的关系
电网供电
是不是输电电压越高越好？
电压越高，对输电线路和变压 器的要求越高，建设费用越高。实际 输送电能时，要综合考虑，如输送功 率的大小、距离的远近、技术和经济 要求等，要依照不同情况选择合适的 输电电压。
输电导线
发 电 机
我 市 用 户
二、创设情境
若教室所有用电器额定总功率为4.4kw，从三峡到我校 的输电线上的总电阻为10Ω，发电机功率也为4.4kw， 用220v的电压输送，我教室用电器能正常工作吗？
△U I R P用=？ 用 户
P输
U输
发 电 机
U用=？
观看视频并思考：为什么要进行农网改造呢？
由①②两式得I′＝3I，A对；
输送功率不变，即P＝UI＝U′I′，得U′＝U/3，所以D 对
4.发电机的端电压为220 V，输
出功率44 kW，输电导线的电 阻为0.2 Ω，如果用初、次级线 圈匝数之比为1∶10的升压变压 器升压，经输电线后，再用初、
(1)示意图如图所示
n2 次级线圈匝数比为10∶1的降压 (2) U2＝n1U1＝ 2 200 V