5.5 電能的輸送 學(xué)案(人教版選修3-2)

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高二 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
5.5 電能的輸送 學(xué)案(人教版選修3-2)

1.輸電線上的功率損失P=________,降低輸電損耗的兩個(gè)途徑為:
___________ _________,____________________.
2.遠(yuǎn)距離輸電基本原理:在發(fā)電站內(nèi)用________變壓器______電壓,然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,在用電區(qū)域通過______變壓器______所需的電壓.
3.下列關(guān)于電能輸送的說法中正確的是(  )
A.輸送電能的基本要求是可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)
B.減小輸電導(dǎo)線上功率損失的惟一辦法是采用高壓輸電
C.減小輸電導(dǎo)線上電壓損失的惟一方法是增大輸電線的橫截面積
D.實(shí)際輸電時(shí),要綜合考慮各種因素,如輸電功率大小、距離遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件等
4.輸電導(dǎo)線的電阻為R,輸送電功率為P.現(xiàn)分別用U1和U2兩種電壓來輸電,則兩次輸電線上損失的功率之比為(  )
A.U1∶U2 B.U21∶U22
C.U22∶U21 D.U2∶U1
5.如圖1所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖.關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電,下列表述正確的是(  )

圖1
A.增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失
B.高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗
C.在輸送電壓一定時(shí),輸送的電功率越大,輸電過程中的電能損失越小
D.高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好

【概念規(guī)律練】
知識(shí)點(diǎn)一 線路損耗問題
1.發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1,發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線電阻為R,通過導(dǎo)線的電流為I,學(xué)校輸入電壓為U2,下列計(jì)算輸電線損耗的式子中,正確的是(  )
A.U21R B.?U1-U2?2R
C.I2R D.I(U1-U2)
2.某發(fā)電站采用高壓輸電向外輸送電能.若輸送的總功率為P0,輸電電壓為U,輸電導(dǎo)線的總電阻為R.則下列說法正確的是(  )
A.輸電線上的電流I=UR
B.輸電線上的電流I=P0U
C.輸電線上損失的功率P=(P0U)2R
D.輸電線上損失的功率P=U2R
知識(shí)點(diǎn)二 遠(yuǎn)距離輸電線路中各物理量的關(guān)系
3.一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4 000 kW,電壓為4 000 V,經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電.輸電線路總電阻R=1 kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓,負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220 V,60 W).若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%,變壓器T 1和T2的耗損可忽略,發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài), 則(  )
A.T1原、副線圈電流分別為103 A和20 A
B.T2原、副線圈電壓分別為1.8×105 V和220 V
C.T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1
D.有6×104盞燈泡(220 V,60 W)正常發(fā)光
4.某小型水電站的電能輸送示意圖如圖2所示,發(fā)電 機(jī)的輸出電壓為200 V,輸電線總電阻為r,升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器).要使額定電壓為220 V的用電器正常工作,則(  )

圖2
A.n2n1>n3n4
B.n2n1C.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
D.升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入 功率
【方法技巧練】
關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電問題的分析方法
5.發(fā)電機(jī)的端電壓 220 V,輸出電功率44 kW,輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 Ω,如果用初、次級(jí)匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓,經(jīng)輸電線后,再用初、次級(jí)匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶,則
(1)畫出全過程的線路示意圖;
(2)求用戶得到的電壓和功率;
(3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶,求用戶得到的電壓和功率.

6.在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),輸送的電功率為P,輸電電壓為U,所用導(dǎo)線電阻率為ρ,橫截面積為S,總長度為L,輸電線損失的電功率為P′,用戶得到的電功率為P用,則下列關(guān)系式正確的是(  )
A.P′=U2SρL B.P′=P2ρLU2S
C.P用=P-U2SρL D.P用=P(1-PρLU2S)

參考答案
課前預(yù)習(xí)練
1.I2r 減小輸電導(dǎo)線的電阻 減小輸電導(dǎo)線中的電流
2.升壓 升高 降壓 降到
3.AD
4.C [由P=UI,P損=I2R可得P損=P2RU2,所以輸電線上損失的功率與輸送電壓的平方成反比,C項(xiàng)正確.]
5.ABD [導(dǎo)線的橫截面積越大,導(dǎo)線的電阻越小,電能損失就越小,A對(duì);在輸送功率一定的前提下,提高輸送電壓U,由I=PU知,能減小電流I,從而減小發(fā)熱損耗,B對(duì);若輸送電壓一定,由I=PU知,輸送的電功率P越大,I越大,發(fā)熱損耗就越多,C錯(cuò);高壓輸電時(shí)要綜合考慮材料成本、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等各種因素,不是電壓越高越好,D對(duì).]
課堂探究練
1.BCD [輸電線的損耗P損=I2R線=U2線R線=IU線
其中U線=U1-U2,故B、C、D正確.]
點(diǎn)評(píng) 計(jì)算功率損失常用公式P損=I2線R線和P損=U2線R線,特別在利用P損=U2線R線時(shí)要注意U線是R線上的電壓.
2.BC [輸電線上的電流I線=P0U=U線R故A錯(cuò)誤,B正確;輸電線上的功率損失P=I2線R=(P0U)2R=U2線R,故C正確,D錯(cuò)誤.]
點(diǎn)評(píng) 由功率損失P=(P輸U(kuò)輸)2R線知:當(dāng)輸送功率P輸一定時(shí)減少輸電線上功率損失的方法為提高輸電電壓或減小輸電導(dǎo)線的電阻.
3.ABD [輸電線上消耗的功率P線=I22R=400 kW,則I2=P線R=20 A,又P1=U1I1,則I1=P1U1=103 A,故A正確;T1的變壓比U1U2=I2I1=150,又P=U1I1=U2I2,得U2=2×105 V,輸電線上損失電壓U線 =I2R=2×104 V,則T2原線圈的輸入電壓U3=U2-U線=1.8×105 V,又燈泡正常發(fā)光,T2的副線圈的電壓為220 V,B正確;T2的變壓比U3U4=1.8×105220=9 00011,C錯(cuò)誤;根據(jù)U3I2=60n,解得n=6×104,D正確.]
點(diǎn)評(píng) 遠(yuǎn)距離輸電線路圖如下

各物理量有下列關(guān)系
①電壓關(guān)系:U發(fā)=U1,U1U2=n1n2,U2 =U3+U損,U3U4=n3n4,U4=U用;
②電流關(guān)系:n1I1=n2I2,I2=I線=I3,n3I3=n4I4;
③功率關(guān)系:P發(fā)=P1=P2,P2=P3+P損,P3=P4=P用,
P損=I2R線,P損=PU22R線,P損=IU損.
4.AD [由于輸電線上的功率損耗,故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率.P出-P損=P入,故D正確.U2U1=n2n1,U3U4=n3n4,因?yàn)閁1=200 VU3=U2-U線,故n2n1>n3n4,選項(xiàng)A正確.]
點(diǎn)評(píng) 在理解電壓關(guān)系時(shí),可 把輸電線路理解為三個(gè)閉合回路.如圖

第一個(gè)回路發(fā)電機(jī)是電源,升壓變壓器的原線圈是用電器,若輸電線電阻忽略則有U發(fā) =U1;第二個(gè)回路升壓變壓器副線圈是電源,降壓變壓器的原線圈為用電 器,則有U2=U線+U3;第三個(gè)回路降壓變壓器副線圈為電源,用戶為用電器,若輸電線電阻忽略則有U4=U用.
5.(1)見解析 (2)219.6 V 4.392×104 W
(3)180 V 3.6×104 W
解析 (1)示意圖如下圖所示

(2)升壓變壓器次級(jí)的輸出電壓
U2=n2n1U1=101×220 V=2 200 V
據(jù)升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知,升壓變壓器次級(jí)輸出電流
I2=PU2=44×1032 200 A=20 A
輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為
UR=I2R=20×0 .2 V=4 V
PR=I22R=202×0.2 W=80 W
加到降壓變壓器初級(jí)上的輸入電流和電壓為
I3=I2=20 A
U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V
降壓變壓器次級(jí)的輸出電壓和電流為
U4=n4n3?U3=110×2 196 V=219.6 V
I4=n3n4?I3=10×20 A=200 A
用戶得到的功率為
P4=I4U4=200×219.6 W=4.392×104 W
(3)若不采用高壓輸電,用220 V低壓直接供電時(shí),電路如下圖所示,則輸電電流I=PU1=44×103220 A=200 A,輸電線路上的電壓損失

UR′=IR=200×0.2 V=40 V
所以用戶得到的電壓為
U4′=U1-UR′=220 V-40 V=180 V
用戶得到的功率為P4′=IU4′=200×180 W=3.6×104 W
方法總結(jié) (1)求 解遠(yuǎn)距離輸電的關(guān)鍵是熟悉輸電線路圖,并畫出示意圖,把需要的物理量都標(biāo)在圖中的相應(yīng)位置上.
(2)分別在“三個(gè)回路”以及“兩個(gè)變壓器”上找各物理量的關(guān)系,特別注意以升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路,在此回路中利用電路知識(shí)分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系.
6.BD [輸電線電阻R=ρLS,輸電電流I=PU
故輸電線上損失的電功率為P′=I2R=PU2ρLS=P2ρLU2S
用戶得到的電功 率為P用=P-P′=P1-PρLU2S.故B、D正確.]

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