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題目 3.4 電能的輸送 課型 新課 日期 12月份
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了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途徑以及高壓輸電的原理。 3.知道遠(yuǎn)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。
基礎(chǔ)知識 一、電能輸送中的電壓損失和功率損耗 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U損＝U－U′＝ (I為輸電電流，R為輸電線的電阻)。 2．功率損耗 (1)遠(yuǎn)距離輸電時，輸電線有電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損耗，損耗的功率 P損＝ 。 (2)若輸電線上損失的電壓為U損，則功率損耗還可以表示為P損＝ ， P損＝U損I。 3．減小電壓損失和功率損耗的兩個途徑 (1)減小輸電線的電阻 在輸電距離一定的情況下，為了減小輸電線的電阻，應(yīng)當(dāng)使用電阻率 的金屬材料，還要盡可能 導(dǎo)線的橫截面積。 (2)減小輸電電流I 由P＝UI可知，當(dāng)輸送功率一定時， 輸電電壓可以減小電流。 二、電網(wǎng)供電 1．遠(yuǎn)距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用 壓器 ，然后進行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過 變壓器 所需的電壓。 2．電網(wǎng)：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．輸電線路如圖所示 4．基本關(guān)系 (1)功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3。 (2)電壓關(guān)系：＝ ，＝ ，U2＝ΔU＋U3。 (3)電流關(guān)系：＝ ，＝ ，I2＝I3＝I線。 (4)輸電電流：I線＝＝＝。 (5)功率損失：P損＝I線ΔU＝IR線＝2R線。 (6)輸電導(dǎo)線上的電壓損失：ΔU＝I線R線＝U2－U3。
課堂拓展 1. 采用110 kV高壓輸電，輸送電功率為4 800 kW的電能，輸電導(dǎo)線中的電流是多少？ 如果用110 V電壓輸送同樣功率的電能，輸電導(dǎo)線中電流是多少？ 2.從發(fā)電站輸出的功率為200 kW，輸電線的總電阻為0.05 Ω，用1 100 V和11 kV兩種電壓輸電。試估算兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失。 3.如果用220 V和11 kV兩種電壓來輸電，設(shè)輸送的電功率、輸電線上功率損失、導(dǎo)線的長度和電阻率都相同，求導(dǎo)線的橫截面積之比。 4.某個小水電站發(fā)電機的輸出功率為100 kW，發(fā)電機的電壓為250 V。通過升壓變壓 器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線的總電阻為8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220 V。要求在輸電線上損失的功率控制在5 kW（即用戶得到的功率為95 kW）。請你設(shè)計兩個變壓器的匝數(shù)比。為此，請你計算： （1）降壓變壓器輸出的電流為多少？輸電線上通過的電流是多少？ （2）輸電線損失的電壓為多少？升壓變壓器輸出的電壓是多少？ （3）兩個變壓器的匝數(shù)比各應(yīng)等于多少？ 5. 有一條河流，河水流量為4 m3 /s，落差為5 m。現(xiàn)利用它來發(fā)電，水電站的總效率為50%，發(fā)電機的輸出電壓為350 V。水電站到用戶之間要進行遠(yuǎn)距離輸電，兩地間輸電線的總電阻為4 Ω，允許輸電線上損失的功率為發(fā)電機輸出功率的5%，用戶所需要電壓為220 V。假定所用的變壓器都是理想變壓器，求升壓、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，g取10 m/s2 。 6．如圖所示，某發(fā)電機輸出功率是100 kW，輸出電壓是250 V，從發(fā)電機到用戶間的輸電線總電阻為8 Ω，要使輸電線上的功率損失為發(fā)電機輸出功率的5%，而用戶得到的電壓正好為220 V，則升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比分別是 , . 7．風(fēng)力發(fā)電作為新型環(huán)保能源，近年來得到了快速發(fā)展，風(fēng)車陣中發(fā)電機輸出功率為100 kW，輸出電壓為250 V，用戶需要的電壓為220 V，輸電線總電阻為10 Ω。若輸電線因發(fā)熱而損失的功率為輸出功率的4%。 (1)畫出此輸電線路的示意圖； (2)求在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比； (3)求用戶得到的電功率。
隨堂檢測 8.(多選)如圖是一套模擬遠(yuǎn)距離輸電裝置的示意圖，圖中變壓器為理想變壓器，電表為理想交流電表。升壓變壓器的輸入端接電壓恒定的交變電源，輸電線的總電阻為r，降壓變壓器輸出端接阻值相等的電阻R1、R2，當(dāng)開關(guān)S閉合時，下列說法中正確的有( ) A．電壓表V1、V2示數(shù)均變大 B．電流表A示數(shù)變大 C．交變電源輸出功率增大 D．遠(yuǎn)距離輸電的效率增大 9．(多選)遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸電電壓升高為原來的n倍，則關(guān)于輸電線上的功率損失和電壓損失，下列說法正確的是(不考慮容抗和感抗產(chǎn)生的損失)( ) A．功率損失是原來的 B．功率損失是原來的 C．電壓損失是原來的 D．電壓損失是原來的n倍 10．在遠(yuǎn)距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個小型發(fā)電站，輸送的電功率P＝500 kW，當(dāng)使用U＝5 kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4 800 kW·h。 (1)求輸電效率η和輸電線的總電阻r； (2)若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么發(fā)電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？ 11．(多選)如圖所示為遠(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( ) 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．高壓輸電通過減小輸電電流來減小線路的發(fā)熱損耗 C．在輸送電壓一定時，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 12．(多選)如圖所示，有一臺交流發(fā)電機通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R。T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4，設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時，有( ) A．P2變大，P3 變大 B．P1變小，P2變小 C．U2不變，U3變小 D．U2變小，U4變大
課堂小結(jié)

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