人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE13.4電能的輸送〖學習目標〗1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān)。2.理解減小電能損失的兩個途徑以及高壓輸電的原理。3.知道遠距離輸電的典型電路,并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實際問題。4.通過對遠距離輸電的學習,了解并體會物理學對經(jīng)濟、社會發(fā)展的貢獻,培養(yǎng)學生的社會責任感。〖知識梳理〗一、輸送電能的基本要求1.可靠：保證供電線路可靠地工作,故障少。2.保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定。3.經(jīng)濟：輸電線路建造和運行的費用低、電能損耗少。二、降低輸電損耗的兩個途徑1.輸電線上的功率損失：ΔP=I2r,I為輸電電流,r為輸電線的電阻。2.降低輸電損耗的兩個途徑(1)減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下,為了減小電阻,應(yīng)當選用電阻率小的金屬材料,還要盡可能增加導線的橫截面積。(2)減小輸電導線中的電流：為減小輸電電流,同時又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高輸電電壓。三、電網(wǎng)供電1.遠距離輸電基本原理：遠距離輸電的示意圖,如圖所示。在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓到幾百千伏,然后進行遠距離輸電。到達數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后,先后經(jīng)“一次高壓變電站”“二次變電站”降到10kV左右,然后,一部分電能送往用電量大的工業(yè)用戶,另一部分經(jīng)低壓變電站的降壓變壓器降壓后供給其他用戶。2.通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來,形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò),這就是電網(wǎng)。3.優(yōu)點：(1)減少發(fā)電設(shè)施的重復建設(shè),降低一次能源的運輸成本。(2)可保證發(fā)電和供電的安全可靠,方便調(diào)整供需平衡,使電力供應(yīng)更加可靠、質(zhì)量更高。〖要點剖析〗一、遠距離輸電損耗的產(chǎn)生及減損方法1.電壓損失輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U'的差值。ΔU=U-U'=IR。2.功率損失(1)遠距離輸電時,輸電線有電阻,電流的熱效應(yīng)引起功率損失,損失的電功率ΔP=I2R。(2)若輸電線上損失的電壓為ΔU,則功率損失還可以表示為ΔP＝eq\f((ΔU)2,R)，ΔP＝ΔUI。3.減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻由R=ρeq\f(l,S)可知,距離l一定時,使用電阻率小的材料,增大導體橫截面積可減小電阻。(2)減小輸電電流I由P=UI可知,當輸送功率一定時,升高電壓可以減小電流。二、遠距離輸電電路的分析與計算輸送過程如圖所示,可以劃分為三個回路(1)分析遠距離輸電線路的有效方法是理清三個回路,抓住兩個聯(lián)系,掌握一個定律,其關(guān)系如下表所示：對應(yīng)的回路回路Ⅰ回路Ⅱ回路Ⅲ三個回路中電壓、電流及功率間的關(guān)系I1=I機U1=U機P1=P機I2=I線=I3U2=U損+U3P2=P損+P3I4=I用U4=U用P4=P用兩回路間的聯(lián)系回路Ⅰ、Ⅱ間的聯(lián)系：U1U2=n1n2,I1n1=I回路Ⅱ、Ⅲ間的聯(lián)系：U3U4=n3n4,I3n3=I回路中的能量守恒P機=P損+P用(2)輸電線中的電流：I線＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U線,R線)＝eq\f(U2－U3,R線)。(3)輸電線上損耗的電功率：P損＝ΔP＝P2－P3＝ΔUI線＝Ieq\o\al(2,線)R線＝eq\f(U\o\al(2,線),R線)＝U線I線。名師點津(1)注意區(qū)別：①輸電電壓U與輸電線上降落的電壓ΔU；②輸電功率P與輸電線上損失的功率ΔP。(2)抓住不變量：輸送電功率不變,由P=UI判斷出輸電電流I的變化,從而由ΔU=IR、ΔP=I2R判斷ΔU、ΔP的變化。〖典例精析〗例1(多選)在遠距離輸電時,輸送的電功率為P,輸送電壓為U,所用導線的電阻率為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用規(guī)律方法輸送的功率(電壓)、損失的功率(電壓)、用戶得到的功率(電壓)分別對應(yīng)于輸電過程的“始”“中”“末”。只有理解好“輸送”“損失”“得到”的含義,才能避免“張冠李戴”。例2如圖所示,發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導線和降壓變壓器把電能輸送到用戶(升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器),若發(fā)電機的輸出功率是100kW,輸出電壓是250V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1∶25。(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導線中的電流。(2)若輸電導線中的電功率損失為輸入功率的4%,求輸電導線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。規(guī)律方法遠距離輸電問題的四個關(guān)鍵(1)畫出一個模型——遠距離輸電模型圖。(2)抓住輸電的兩端——電源和用電器。(3)分析導線——輸電導線。(4)研究兩次電壓變換——升壓和降壓。〖隨堂演練〗1.(多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1,發(fā)電廠至學校的輸電線總電阻為R線,通過輸電線的電流為I,學校輸入電壓為U2,下列計算輸電線功率損耗的式子中,正確的是()A.U12R線B.(U1-U2)2R線2.(2020浙江卷)如圖所示,某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P=100kW,發(fā)電機的電壓U1=250V,經(jīng)變壓器升壓后向遠處輸電,輸電線總電阻R線=8Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4=220V。已知輸電線上損失的功率P線=5kW,假設(shè)兩個變壓器均是理想變壓器,下列說法正確的是()A.發(fā)電機輸出的電流I1=40A B.輸電線上的電流I線=625AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=190∶11 D.用戶得到的電流I4=455A3.三峽電站某機組輸出的電功率為5×105kW。(1)若輸出的電壓為2×105V,則輸電線上的電流為多少?(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10Ω,則輸電線上損失的功率為多少?它占輸出功率的幾分之幾?(3)若將電壓升高至5×105V,輸電線上的電流為多少?輸電線上損失的功率又為多少?它占輸出功率的幾分之幾?

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁例1〖解析〗輸電線電阻R=ρL輸電電流I=P故輸電線上損失的電功率為P'=I2R=P用戶得到的功率為P用=P-P'=P1-〖答案〗BD例2〖解析〗(1)對升壓變壓器,據(jù)公式U2U1=n2n1,有U2=nI2=P2U2=(2)P損=I22R線,P損=0.04P1,所以R線=0.04因為ΔU=U2-U3=I2R線,所以U3=U2-I2R線=6000V。〖答案〗(1)6250V16A(2)15.625Ω6000V〖隨堂演練〗1.〖答案〗BCD〖解析〗輸電線功率損耗P損=I2R線=U線2R線=IU線,其中U線=U1-U2,故B、2.〖答案〗C〖解析〗發(fā)電機輸出的電流為I1=PU1=400A,選項A由P線=I線2R線可得輸電線中的電流為25A,選項B錯誤;升壓變壓器輸出電壓U2=PI線輸電線上損失的電壓為U線=I線R線=25×8V=200V,故降壓變壓器輸入電壓為3800V,降壓變壓器匝數(shù)比為3800∶220=190∶11,選項C正確;降壓變壓器輸出功率等于輸入功率,即P4=P3=(100-5)kW=95kW,則用戶得到的電流為I4=P4U4=95kW3.〖答案〗(1)2500A(2)1.25×108W14(3)1000A2×107〖解析〗(1)由P=UI得I=PU=5×1(2)輸電線上損失的功率ΔP=I2·2r=25002×2×10W=1.25×108W損失功率與輸出功率之比為ΔP(3)將電壓升高至5×105V時,I'=PU'輸電線上損失的功率ΔP'=I'2·2r=10002×2×10W=2×107W損失功率與輸出功率之比為ΔP3.4電能的輸送〖學習目標〗1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān)。2.理解減小電能損失的兩個途徑以及高壓輸電的原理。3.知道遠距離輸電的典型電路,并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實際問題。4.通過對遠距離輸電的學習,了解并體會物理學對經(jīng)濟、社會發(fā)展的貢獻,培養(yǎng)學生的社會責任感。〖知識梳理〗一、輸送電能的基本要求1.可靠：保證供電線路可靠地工作,故障少。2.保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定。3.經(jīng)濟：輸電線路建造和運行的費用低、電能損耗少。二、降低輸電損耗的兩個途徑1.輸電線上的功率損失：ΔP=I2r,I為輸電電流,r為輸電線的電阻。2.降低輸電損耗的兩個途徑(1)減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下,為了減小電阻,應(yīng)當選用電阻率小的金屬材料,還要盡可能增加導線的橫截面積。(2)減小輸電導線中的電流：為減小輸電電流,同時又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高輸電電壓。三、電網(wǎng)供電1.遠距離輸電基本原理：遠距離輸電的示意圖,如圖所示。在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓到幾百千伏,然后進行遠距離輸電。到達數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后,先后經(jīng)“一次高壓變電站”“二次變電站”降到10kV左右,然后,一部分電能送往用電量大的工業(yè)用戶,另一部分經(jīng)低壓變電站的降壓變壓器降壓后供給其他用戶。2.通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來,形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò),這就是電網(wǎng)。3.優(yōu)點：(1)減少發(fā)電設(shè)施的重復建設(shè),降低一次能源的運輸成本。(2)可保證發(fā)電和供電的安全可靠,方便調(diào)整供需平衡,使電力供應(yīng)更加可靠、質(zhì)量更高。〖要點剖析〗一、遠距離輸電損耗的產(chǎn)生及減損方法1.電壓損失輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U'的差值。ΔU=U-U'=IR。2.功率損失(1)遠距離輸電時,輸電線有電阻,電流的熱效應(yīng)引起功率損失,損失的電功率ΔP=I2R。(2)若輸電線上損失的電壓為ΔU,則功率損失還可以表示為ΔP＝eq\f((ΔU)2,R)，ΔP＝ΔUI。3.減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻由R=ρeq\f(l,S)可知,距離l一定時,使用電阻率小的材料,增大導體橫截面積可減小電阻。(2)減小輸電電流I由P=UI可知,當輸送功率一定時,升高電壓可以減小電流。二、遠距離輸電電路的分析與計算輸送過程如圖所示,可以劃分為三個回路(1)分析遠距離輸電線路的有效方法是理清三個回路,抓住兩個聯(lián)系,掌握一個定律,其關(guān)系如下表所示：對應(yīng)的回路回路Ⅰ回路Ⅱ回路Ⅲ三個回路中電壓、電流及功率間的關(guān)系I1=I機U1=U機P1=P機I2=I線=I3U2=U損+U3P2=P損+P3I4=I用U4=U用P4=P用兩回路間的聯(lián)系回路Ⅰ、Ⅱ間的聯(lián)系：U1U2=n1n2,I1n1=I回路Ⅱ、Ⅲ間的聯(lián)系：U3U4=n3n4,I3n3=I回路中的能量守恒P機=P損+P用(2)輸電線中的電流：I線＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U線,R線)＝eq\f(U2－U3,R線)。(3)輸電線上損耗的電功率：P損＝ΔP＝P2－P3＝ΔUI線＝Ieq\o\al(2,線)R線＝eq\f(U\o\al(2,線),R線)＝U線I線。名師點津(1)注意區(qū)別：①輸電電壓U與輸電線上降落的電壓ΔU；②輸電功率P與輸電線上損失的功率ΔP。(2)抓住不變量：輸送電功率不變,由P=UI判斷出輸電電流I的變化,從而由ΔU=IR、ΔP=I2R判斷ΔU、ΔP的變化。〖典例精析〗例1(多選)在遠距離輸電時,輸送的電功率為P,輸送電壓為U,所用導線的電阻率為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用規(guī)律方法輸送的功率(電壓)、損失的功率(電壓)、用戶得到的功率(電壓)分別對應(yīng)于輸電過程的“始”“中”“末”。只有理解好“輸送”“損失”“得到”的含義,才能避免“張冠李戴”。例2如圖所示,發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導線和降壓變壓器把電能輸送到用戶(升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器),若發(fā)電機的輸出功率是100kW,輸出電壓是250V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1∶25。(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導線中的電流。(2)若輸電導線中的電功率損失為輸入功率的4%,求輸電導線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。規(guī)律方法遠距離輸電問題的四個關(guān)鍵(1)畫出一個模型——遠距離輸電模型圖。(2)抓住輸電的兩端——電源和用電器。(3)分析導線——輸電導線。(4)研究兩次電壓變換——升壓和降壓。〖隨堂演練〗1.(多選)發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1,發(fā)電廠至學校的輸電線總電阻為R線,通過輸電線的電流為I,學校輸入電壓為U2,下列計算輸電線功率損耗的式子中,正確的是()A.U12R線B.(U1-U2)2R線2.(2020浙江卷)如圖所示,某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P=100kW,發(fā)電機的電壓U1=250V,經(jīng)變壓器升壓后向遠處輸電,輸電線總電阻R線=8Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4=220V。已知輸電線上損失的功率P線=5kW,假設(shè)兩個變壓器均是理想變壓器,下列說法正確的是()A.發(fā)電機輸出的電流I1=40A B.輸電線上的電流I線=625AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=190∶11 D.用戶得到的電流I4=455A3.三峽電站某機組輸出的電功率為5×105kW。(1)若輸出的電壓為2×105V,則輸電線上的電流為多少?(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10Ω,則輸電線上損失的功率為多少?它占輸出功率的幾分之幾?(3)若將電壓升高至5×105V,輸電線上的電流為多少?輸電線上損失的功率又為多少?它占輸出功率的幾分之幾?

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁例1〖解析〗輸電線電阻R=ρL輸電電流I=P故輸電線上損失的電功率為P'=I2R=P用戶得到的功率為P用=P-P'=P1-〖答案〗BD例2〖解析〗(