2017-高中物理 第二章 交变电流 第七节 远距离输电课件 粤教版选修3-2.pptx
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粤教版高中物理选修3-2第二章 第07节 远距离输电(共15张PPT)
输送距离
10m 100m
输出功率
220kW 220kW
可使用功率 利用率
215kW
97.7％
170kW
77.27％
三、逻辑分析
输电线上功率损失的主要原因是输电线有电阻，造成了电 能的浪费。
输电线有电阻
四、理论论证
（试一试）把功率为220KW的电能以220V的电压输电，输电线 的总• 1电、阻输为电0线.2Ω上，功计率算损输失电的线原路因的是功什率么损？失和电热压能损损失耗。
远距离输电
我们的生活离不开电能，电能 是从哪里来的呢？
一、创设情景
• 惠东白盆珠水电站向惠州市区供电，怎样将电能输送过来呢？ • ——用输电导线将发电机与用电器连接起来。
输电导线
发电 机
用户
二、发现问题
把功率为220kW的电能以220V的电压输电，分别输送到距离为10m、 100m的地方，发现用户可使用的功率为……
方案二：减小电流
如何减小电流
根据P=UI
减小P？
增大U？
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。
√ 增大U
方案二：减小电流
把功率为220KW的电能分别以2200V、22kV的电压输电， 输电线的总电阻为0.2Ω，计算输电线路的功率损失和电压 损失。
输送电功率P以及电阻一定的条件下 输电电压增大10倍，电流减小1/10，功率损失降为1/100， 电压损失降为1/10。
C．可减少输电线上的能量损耗
C．输电线上的电功率损失变为原来的1/n
D．可加快输电的速度
D．若输电线上的电功率损失不变，输电线路
长度可变为原来的n2倍
练习
（3）（P65-2）发电机的输出电压为220V，输出功率为110kW,输电线 的总电阻为0.2Ω，若不用变压器直接输电，输电线上得损失电压为多少？ 损失功率为多少？现用5.5kV向外输电，输电线上得损失电压为多少？ 损失功率为多少？
【名校专用】高中物理第二章交变电流第7节远距离输电教案粤教版选修3_2
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。
高中物理 2.7 远距离输电课件 粤教版选修3-2
C．据公式 P＝I2R，提高电压后输电线上的功率损耗减为 原来的 1/400
D．据公式 P＝U2/R，提高电压后输电线上的功率损耗将增 大为原来的 400 倍
解析：在输电功率 P 一定时，输电线上的电流由公式 I＝ P/U 决定．当 P、R 一定时，输电线上的功率损耗由公式 P 损＝ I2R＝UP2R 决定．
降压变压器次级的输出电压和电流： U4＝nn43U3＝219.6 V，I4＝nn34I3＝200 A 用户得到的功率：P4＝U4I4＝43.92 kW (3)若不采用高压输电，线路损失电压为： U′R＝I1R＝40 V 用户得到的电压：U′＝U1－U′R＝180 V 用户得到的功率为：P′＝U′I1＝36 kW. 答案：见解析
【例题】输电导线的电阻为 R，输送电功率为 P.现分别用 U1
和 U2 两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )
A．U1∶U2
B．U21∶U22
C．U22∶U21
D．U2∶U1
解析：由 P＝UI 得输电线中的电流 I＝P/U，输电线上损失
的功率 P 损＝I2R＝UP2R＝PU2R2 ，即在输送功率和输电线电阻不变
答案：AC
题型1 远距离输电问题的分析与计算
【例题】水电站给远处山村送电的输出功率是 100 kW，用 2 000 V 电压输电，线路上损失的功率是 2.5×104 W，如果改用 20 000 V 高压输电，线路上损失的功率是多少？
解析：因 P＝UI，所以用 2 000 V 送电， 电流为 I1＝UP1＝1020000000 A＝50 A
(1)输电线上的电压损耗 U 损＝ U2－U3＝I2R＝UP12ρ2SL∝U12S，输 电线上的电功率损耗为 P 损＝P2－P3＝ U 损 I2＝ I22R＝UP122·ρ2SL ∝ 压U变122压S，器其间中的U距2 是离输．电输电电压效、率S为是η输＝电P1导－P1线P损的＝截1－面UP积122R、L 是升降
高二物理粤教版选修3-2 第二章交变电流 课件
例1
图2－1
A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变 C．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
【精讲精析】
t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，但
此时磁通量的变化率为零，感应电动势和感应电流均 为零，感应电流方向发生改变， A项错，C项对；t2 、 t4 时刻磁通量为零，而磁通量的变化率最大，所以感 应电动势最大，选项B、D错误． 【答案】 C
本章优化总结
知识网络构建
本 章 优 化 总 结
专题归纳整合
章末综合检测
知识网络构建
交 变 电 流
交 变 电 流
专题归纳整合
交变电流的变化规律理解及应用
1 ．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流． 2 ．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达 式为 e ＝ NBSωsinωt ，感应电动势的最大值为 Em ＝ NBSω.
思路 5：原理思路．变压器原线圈中磁通量发生变 化，铁芯中ΔΦ/Δt相等；当遇到“ 时有ΔΦ1/Δt＝ΔΦ2/Δt＋ΔΦ3/Δt. ”形变压器
例3 (双选)如图2－3所示电路中的变压器为理想
变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑 动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分 别为原线圈和副线圈中的电流．下列说法正确的是 ( )
【精讲精析】 (1) 感应电动势的最大值 Em ＝ 2 NBSω＝100× 0.5× 0.1 ×2π V＝3.14 V. (2)转过 60° 时的瞬时感应电动势： e ＝ Emcos60° ＝3.14× 0.5 V＝1.57 V. (3)通过 60° 角过程中产生的平均感应电动势： 3 100× 0.5× × 0.12 2 E ＝NΔΦ/Δt＝ V≈2.6 V. π 3 2π
高中物理第二章交变电流第七节远距离输电课件粤教版选修
(3)电流关系：n1I1＝
n2I2
，n3I3＝n4I4，I2＝__UP_22__＝__UP_3_3 _＝
ΔU R.
即学即用 判断下列说法的正误． (1)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的 电压．( √ ) (2) 远 距 离 输 电 时 ， 若 升 压 变 压 器 匝 数 比 为 1∶n ， 降 压 变 压 器 匝 数 比 为 n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等．( × ) (3)电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率与电厂发出的交流电 的频率小得越多．( × ) (4)远距离输电时，输送电压越高越好．( × )
答案 6 250 V 16 A
图4
解析 对升压变压器，据公式UU12＝nn12，有 U2＝nn21U1＝215×250 V＝6 250 V I2＝UP22＝UP12＝1600205000 A＝16 A
(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和 降压变压器原线圈两端的电压.
知识梳理
减小输电线损耗的方法： (1)电压损失：输电线始端电压U与末端电压U′的差值ΔU＝ U－U′＝IR. (2)功率损失：电流的热效应引起功率损失ΔP＝ I2R . (3)减少电压、功率损失的方法： ①减小电阻：由R＝ρSl 可知，距离l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提高输送电压：由P＝UI可知，当输送功率一定时， 升高 电压可以减小 电流，即采用高压输电．
√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
图6
1234
4.如图7所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U，用
等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电
粤教版选修3-2物理：第2章-交变电流《认识交变电流、交变电流的描述》课件
(2)整个线圈中的感应电动势由 AB 和 CD 两部分组成，且 eAB＝eCD，所以
甲：e＝0 乙：e＝ eAB＋eCD＝BSω· sin ωt 丙：e＝ BSω
(3)若线圈有 N 匝，则相当于 N 个完全相同的电源串联，所以
甲：e＝0 乙：e＝ NBSωsin ωt 丙：e＝ NBSω
学习目标
知识储备
典例精析
课堂小结
自我检测
ΔΦ 1.n Δt
BLv
2.楞次 右手
一、观察交变电流的图象 电流 电压 示波器
二、交变电流的产生 1.交流 线圈 磁极 转动 滑环 电刷 2.垂直 不切割
三、用函数表达式描述交变电流 Em· sin ωt 瞬时 2.两 峰值 nBSω 四、用图象描述交变电流
学习目标
知识储备
学习目标
知识储备
学习探究
典例精析
课堂小结
自我检测
三、交变电流的规律
例3 有一个正方形线圈的匝数为 10 匝，边长为 20 cm，线圈总电阻为 1 Ω，线圈绕 OO′ 轴以 10π rad/s 的角速度匀速转动，如图 7 所示，匀强磁场的磁感应强度为 0.5 T，问： (1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少. (2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式. (3)线圈从中性面位置开始，转过 30° 时，感应电动势的瞬时值是多大.
学习探究
典例精析
课堂小结
自我检测
[要点提炼] 1.正弦式交变电流瞬时值表达式： (1)当从中性面开始计时：e＝ Emsin ωt . (2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝ 2.正弦式交变电流的峰值表达式：Em＝ 3.两个特殊位置： (1)中性面：线圈平面与磁场 e 为 0 ，i 为 0 ，Φ
粤教版高中物理选修3-2第二章 第07节 远距离输电
R
电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗。
B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流
输电，才能减小输电导线上的热损耗。
C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻
或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗。 D．以上说法均不正确。
作业布置：
课本P65页练习第1、3题
课后讨论： 有没有更好的方案解决“线损”问题？
有的地方离发电站很远,因此需要把电能输送到远方,这 就涉及电能的远距离输送问题．
一、远距离输电过程示意图
输电的模型
输电线 r
电
源 U送
用 户
输电线
输送电压：电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压 。 输送功率： 电源对外发出的功率即输送功率。
二、“线损”问题的分析
思考： 远距离大功率输电面临的最大问题是什么？
在输电线上有功率损失，即“线损”问题。
讨论与交流：
1、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？
输电线上功率损失的主要原因是由于输电线有电阻，会有一 部分电能转化为热能而损失掉。
若输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为：ΔP=I2r
若输送的功率为P，输电电压为U，电线的总长度为L， 横截面积为S，电阻率为 ，则功率损失可表示为：P(P)2L.
【学习目标】 1. 通过看图画图让学.通过分析输电线路中电压、电流及电损的 关系让学生理解远距离输电的原理。（Ⅱ） 3.让学生感受中国电力事业的巨大成就，增 强民族自豪感。
高中物理 粤教2003课标版
选修3-2 第二章 交变电流
为了合理的利用能源,发电站要建在靠近这些能源的地 方.而用电的地方却很多,例如:
US
讨论与交流：
电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗。
B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流
输电，才能减小输电导线上的热损耗。
C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻
或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗。 D．以上说法均不正确。
作业布置：
课本P65页练习第1、3题
课后讨论： 有没有更好的方案解决“线损”问题？
有的地方离发电站很远,因此需要把电能输送到远方,这 就涉及电能的远距离输送问题．
一、远距离输电过程示意图
输电的模型
输电线 r
电
源 U送
用 户
输电线
输送电压：电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压 。 输送功率： 电源对外发出的功率即输送功率。
二、“线损”问题的分析
思考： 远距离大功率输电面临的最大问题是什么？
在输电线上有功率损失，即“线损”问题。
讨论与交流：
1、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？
输电线上功率损失的主要原因是由于输电线有电阻，会有一 部分电能转化为热能而损失掉。
若输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为：ΔP=I2r
若输送的功率为P，输电电压为U，电线的总长度为L， 横截面积为S，电阻率为 ，则功率损失可表示为：P(P)2L.
【学习目标】 1. 通过看图画图让学.通过分析输电线路中电压、电流及电损的 关系让学生理解远距离输电的原理。（Ⅱ） 3.让学生感受中国电力事业的巨大成就，增 强民族自豪感。
高中物理 粤教2003课标版
选修3-2 第二章 交变电流
为了合理的利用能源,发电站要建在靠近这些能源的地 方.而用电的地方却很多,例如:
US
讨论与交流：
高中物理第二章交变电流第七节远距离输电课件粤教选修32粤教高中选修32物理课件
12/10/2021
第四页，共四十三页。
3．输电线路的构成：输电过程一般要从发电站开始，经过 _升__压___变压器，高压变电所、_低__压___变电所后，才能提供给工 厂和一般用户．输电过程示意图如图所示，主要有：发电机、 _升__压___变压器、输电线路、_降__压___变压器、用电器．
12/10/2021
输电线路上的电压损失和功率损失 1．输电线上的电压损失
(1)电压损失的原因：由于输电导线有电阻，电流通过输电导线 时，会在导线上产生电势降落，致使输电线路末端的电压 U′ 比起始端电压 U 低，差值 ΔU＝U－U′称为输电线路上的电压 损失．
12/10/2021
第十一页，共四十三页。
(2)造成电压损失的因素 ①输电线有电阻造成电压损失，其大小为 ΔU＝IR(R 为输电线 路的电阻)． ②输电线的感抗和容抗造成电压损失．
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第十六页，共四十三页。
(3)减小功率损失的方法 根据公式 P 损＝I2R 可知，减小输电线路上功率损失的方法有两 种：
①减小电阻：据 R＝ρLS判断 a．减小输电线的长度 L：由于输电距离一定，所以在实际中 不可能通过减小 L 来减小 R. b．减小电阻率 ρ：目前，一般用电阻率较小的铜或铝作为输 电线材料． c．增大导线的横截面积 S：这要多耗费金属材料，增大成本， 同时给输电线的架设带来很大的困难．
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第二十七页，共四十三页。
发电机的端电压为 220 V，输出电功率为 44 kW，输电 导线的电阻为 0.2 Ω，如果用初、次级匝数之比为 1∶10 的升 压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为 10∶1 的 降压变压器降压供给用户，求用户得到的电压和功率． [思路点拨] 熟练掌握远距离输电过程中的电压关系、电流关系 与功率关系是解决这类问题的关键．
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如图1所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的
电流是I，两条导线的总电阻是r.那么：
(1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？
答案
不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于
图1
用户得到的电能与输电线上损失的电能之和．
5
(2)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？降低功率损七节 远距离输电
1
学习目标 1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关. 2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理. 3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实 际问题．
2
内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
3
1
知识探究
4
一、降低输电损耗的两个途径
导学探究
7
即学即用 判断下列说法的正误． (1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成 正比．( √ ) (2)由P＝U2 可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小．( × )
r (3)由P＝I2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失．
(√ ) (4)高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的．( √ )
2×107 W
损失功率与输出功率之比为ΔPP′＝25× ×110078 WW＝215.
18
二、高压输电线路的分析与计算
解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个
联系，掌握一个定律.
1.画图、理清三个回路(如图3所示)
2.抓住两个联系
(1)理想升压变压器联系回路1和回路2 即UU12＝nn12，I1n1＝I2n2，P1＝P2. (2)理想降压变压器联系回路2和回路3 3.掌握一个定律
13
2
题型探究
14
一、输电线上功率损失的计算
输电线路上的功率损失，主要是输电线电阻发热造成的损失．常用计算 公式： (1)ΔP＝I2R，其中I为输电线路上的电流． (2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝ΔRU2，其中ΔU为输电线上的电压损失．
15
例1 三峡水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？
答案 6 250 V 16 A
图4
解析 对升压变压器，据公式UU12＝nn12，有 U2＝nn21U1＝215×250 V＝6 250 V
I2＝UP22＝UP12＝1600205000 A＝16 A
20
(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和 降压变压器原线圈两端的电压.
17
(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？
答案
1 000 A
2×107 W
1 25
解析
将电压升高至 50 万伏时，I′＝UP′＝55××110085 WV＝1 000 A
输电线上损失的功率 ΔP′＝I′2·2r＝1 0002×2×10 W＝
图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． 功率损失的表达式：ΔP＝I2r＝UP22r，所以降低功率损耗的两个途径为： ①减小输电线的电阻 r；②减小输电电流 I，即提高输送电压 U.
6
知识梳理
减小输电线损耗的方法： (1)电压损失：输电线始端电压U与末端电压U′的差值ΔU＝ U－U′＝IR. (2)功率损失：电流的热效应引起功率损失ΔP＝ I2R . (3)减少电压、功率损失的方法： ①减小电阻：由R＝ρSl 可知，距离l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提高输送电压：由P＝UI可知，当输送功率一定时， 升高 电压可以减小 电流，即采用高压输电．
答案 2 500 A
解析
由 P＝UI 得 I＝UP＝52××110085 WV ＝2 500 A
16
(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？
答案
1.25×108 W
1 4
解析 输 电 线 上 损 失 的 功 率 ΔP ＝ I2·2r ＝ 2 5002×2×10 W ＝ 1.25×108 W 损失功率与输出功率之比为ΔPP＝1.52×5×10180W8 W＝14
图3 即UU34＝nn34，I3n3＝I4n4，P3＝P4
根据能量守恒定律得P2＝ΔP＋P3.
19
例2 如图4所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能 输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)，若发电机的 输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数 比为1∶25. (1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
8
二、远距离输电电路中的各种关系 导学探究
某发电站向远处送电的示意图如图2所示，其中各部分的物理量已在图 上标注，在这个电路中包括三个回路．
(1)结合闭合电路的知识，分别分析三
个回路中各物理量之间的关系(发电机
图2
内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽
略不计)． 答案
9
(2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率 有什么关系？ 答案
图2 UU12＝nn12、II12＝nn21、P1＝P2；UU34＝nn34、II34＝nn43、P3＝P4.
11
知识梳理
远距离输电过程的几个基本关系：
(1)功率关系：P1＝ P2 ，P2＝ P线＋P3 ，P3＝ P4 ，P线＝I2ΔU＝I22R.
(2)电压关系：UU12＝nn12，UU34＝___nn34__，U2＝
U3＋ΔU .
(3)电流关系：n1I1＝
n2I2
，n3I3＝n4I4，I2＝__UP_22__＝__UP_3_3 _＝
ΔU R.
12
即学即用
判断下列说法的正误． (1)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的 电压．( √ ) (2) 远 距 离 输 电 时 ， 若 升 压 变 压 器 匝 数 比 为 1∶n ， 降 压 变 压 器 匝 数 比 为 n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等．( × ) (3)电厂与用户离得越远，用户得到的交流电的频率与电厂发出的交流电 的频率小得越多．( × ) (4)远距离输电时，输送电压越高越好．( × )