2.6 远距离输电 学案

学案6　远距离输电 [目标定位]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． 一、降低输电损耗的两个途径 [问题设计] 如图1所示，假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中导线电阻集中画为r)，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么： 图1 (1)远距离大功率输电面临的困难是什么？ (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？降低输电损耗的两个途径是什么？ (3)为什么远距离输电必须用高压呢？ 答案　(1)在输电线上有功率损失． (2)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． 功率损失表达式：ΔP＝I2r，所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I. (3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得，要减小输电电流I，必须提高输出电压U. [要点提炼] 输电线上的电压损失和功率损失(设输电线的总电阻为R，电流为I) 1．电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值，即ΔU＝U－U′＝IR. 2．功率损失 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2R. (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I. 3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R＝ρ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)减小输电电流I 由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流． [延伸思考]　为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ 答案　用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压ΔU＝IR较大，用户得到的电压U－ΔU变低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗． 二、远距离输电电路中的各种关系 [问题设计] 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． 升压变压器　　　　降压变压器 图2 (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(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)． (2)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？ 答案　(1)第一个回路：P1＝U1I1 第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR＋P3 第三个回路：P4＝U4I4 (2)若两个变压器为理想变压器，则有：＝、＝、P1＝P2；＝、＝、P3＝P4. [要点提炼] 远距离输电问题的分析 1．远距离输电的基本原理 在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区通过降压变压器降到所需的电压． 2．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置(参考图2)． 3．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源． 4．综合运用下面三方面的知识求解 (1)能量守恒： P＝U1I1＝U2I2＝P用户＋ΔP ΔP＝IR P用户＝U3I3＝U4I4. (2)电路知识：U2＝ΔU＋U3 ΔU＝I2R. (3)变压器知识：＝＝ ＝＝. 其中ΔP＝IR，ΔU＝I2R往往是解题的切入点． 一、输电线上功率损失的计算 例1　超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V．如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为(　　) A．1kW B．1.6×103kW C．1.6kW D．10kW 答案　A 例2　三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦． (1)若输出的电压 ... ...