資源簡介

(共46張PPT)
3.4 電能的輸送
人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）
第三章 交變電流
目錄
素養目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
正確教育
素養目標
1.知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因
2.知道電能輸送過程中有功率損失和電壓損失，理解降低這兩種損失的途徑
3.了解遠距離輸電過程，能夠畫出遠距離輸電過程的示意圖，并能根據示意圖進行簡單的計算
4.了解電網供電的優點和意義
核能
水能
太陽能和風能
轉化為
轉化為
轉化為
電能
轉化為電能的其他能源大多采集于偏僻地帶，那么又是如何將電能傳輸給用戶的呢？
直接通過導線將發電站的電能傳輸給用戶？那么變電站在電路輸送時又起到了什么作用？
高壓高架電線
變電站
電能輸送的基本條件？
（1）可靠：保證供電線路可靠地工作，少有故障
（2）保質：保證電能的質量——電壓和頻率穩定
（3）經濟：輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少
思考
思考
如何降低電能損耗？
導線的熱損耗
新課講解
第一節
降低輸電損耗的
兩個途徑
電能的輸送的優點和基本要求
1. 電能的突出優點
用導線把電源和用電設備連起來，就可以輸送電能了，便于遠距離輸送。
2. 輸送電能的基本要求
輸送電能的基本要求是可靠、保質、經濟。
①可靠：保證供電線路可靠地工作，少有故障。
②保質：保證電能的質量—電壓和頻率穩定。
③經濟：輸電線路建造和運行的成本低，電能損耗小。
那么，怎樣在輸電過程中減少電能的損失呢？
在發電站與用戶之間，直接使用導線相連能否進行電能的輸送？
直接使用導線將電源與用電設備連接起來，設備可以運行，也就可以進行電能的輸送。
發電站
用戶
r
I
U1
U2
Ur
U1=Ur+U2
導線過長時
（即遠距離的電能輸送）
Ur 過大
U2 減小
影響用戶端用電
思考
怎樣減少輸電線路的發熱功率？減少輸電線路的分壓？
發電站
用戶
r
I
U1
U2
根據 ，可以計算輸電線路上的發熱功率
r ↓（減半）
P ↓ （減半）
I ↓（減半）
P ↓↓（減為原來的四分之一）
減少輸電電流可以更有效的降低輸電線路的損耗
（1）如何減小輸電線電阻
a. 減小材料的電阻率ρ
材料 ρ / (Ω · m) 材料 ρ / (Ω · m)
銀 1.6×10－8 鐵 1.0×10－7
銅 1.7×10－8 錳鋼合金* 4.4×10－7
鋁 2.9×10－8 鎳銅合金** 5.0×10－7
鎢 5.3×10－8 鎳鉻合金*** 1.0×10－6
b. 減小輸電線的長度 L：
太粗不經濟且架設困難
c. 增大橫截面積 S ：
工程技術要兼顧科學、技術、經濟等多種要素!
（不可行）
降低輸電損耗的基本途徑——減少輸電電阻
選擇電阻率小
的導線
增加輸電導線的長度
增大導線的橫截面積
銀導線
價格昂貴
導線距離取決于輸電距離
導線質量增大
架設困難
（2）減小輸電線中的電流
假定輸電線路中的電流是 I，用戶端的電壓是U，兩條導線的總電阻是 r。
發電廠
用戶
I
r
U
輸電電路圖
輸電線路損失的功率P損=I2r
思考與討論：怎樣計算用戶消耗的功率P？在用戶的用電功率一定的前提下，怎樣才能減小輸電電流？
提示：P = IU
減少電能損失的最有效的辦法：高壓輸電
當輸送功率P、輸電線電阻r 一定時，輸電電壓提高到原來的n 倍，輸電線上的功率損失降為原來的
為了減小輸電電流，同時又要保證向用戶提供一定的電功率，采用高壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經濟的措施。
降低輸電損耗的基本途徑——減少輸電電流
減少輸電電流
提高輸電電壓值
變電站
輸電導線
變壓器
產生電能
提高或降低輸電電壓值
輸送電能
將電壓轉換為用戶電壓
發電站
我國的輸電電壓
（1）我國遠距離輸電采用的電壓有 110 kV、220 kV、330 kV的高壓。
（2）輸電干線采用 500 kV 和 750 kV 的超高壓，
（3）西北電網達到1100 kV 的特高壓。
注意：電壓越高，對輸電線路和變壓器的要求越高，建設費用越高。還有對電線絕緣的要求就越高，不經濟。所以要綜合考慮各種因素。
1.遠距離輸電采用高壓輸電的主要原因是( )
D
A.為了加快輸送電能的速度
B.為了使用戶得到高壓電
C.為了使輸電過程更加安全
D.為了減少輸電線路上電能的損失
經典例題
答案：D
解析：遠距離輸電中導線中有電能損失，根據 可知，減小輸電電流可減小功率損失，而根據 可知，在輸送電功率一定時采用高壓輸電可減小輸電電流，從而減少輸電線路上電能的損失。A.為了加快輸送電能的速度，與結論不相符，選項A錯誤；B.為了使用戶得到高壓電，與結論不相符，選項B錯誤；C.為了使輸電過程更加安全，與結論不相符，選項C錯誤；D.為了減少輸電線路上電能的損失，與結論不相符，選項D正確；
高壓輸電原理
設計高壓輸電的電路圖
發電廠
升壓變壓器
降壓變壓器
用戶
高壓輸電線
交流高壓輸電的基本環節
輸送過程圖
輸送電壓：輸電線始端電壓，如圖中的U2。
用戶電壓：最終用戶得到的電壓，如圖中的U4。
損失電壓：輸電線始端電壓與末端電壓的差值( U＝U2－U3＝I2r=I3r=I線r)，形成的原因是輸電導線有電阻，電流通過輸電線時，會在線路上產生電勢降落，致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失。
升壓變壓器
降壓變壓器
U2= U+U3
傳輸過程
電壓關系
升壓變壓器
降壓變壓器
電流關系
I2=Ir=I3
功率關系
P1=P2
P3=P4
P2=P損+P3
U1
U2
U3
U4
n1
n2
n3
n4
U
P1
P2
P3
P4
P損
I1
I3
I4
I2
Ir
2.我國1100 kV特高壓直流輸電工程的送電端用“整流”設備將交流變換成直流，用戶端用“逆變”設備再將直流變換成交流。下列說法正確的是( )
A.送電端先升壓再整流
B.用戶端先降壓再變交流
C.1100 kV是指交流電的最大值
D.輸電功率由送電端電壓決定
A
經典例題
答案：A
解析：由于變壓器的工作原理是電磁感應現象，因此升壓變壓器和降壓變壓器原線圈兩端的電壓均為交流電壓，所以送電端先升壓再整流，用戶端先變交流再降壓，A正確，B錯誤；1100 kV指的是交流電的有效值，C錯誤；由遠距離輸電的原理可知，輸電功率由用戶端決定，D錯誤。
3.如圖所示為遠距離輸電線路的示意圖，若發電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是( )
D
A.升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設備消耗的功率無關
B.輸電線中的電流只由升壓變壓器原、副線圈的匝數比決定
C.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓
D.當用戶用電器的總電阻減小時，輸電線上損失的功率增大
經典例題
答案：D
解析：A.由于發動機的輸出電壓不變即升壓變壓器的原線圈電壓不變，當用戶用電設備消耗功率變化時，變壓器的輸出功率變化，導致輸電線上的電流變化，因此升壓變壓器的原線圈中的電流將發生變化，故A錯誤；
B.輸電線上的電流與用戶以及輸電線上消耗的功率以及變壓器的匝數比都有關，故B錯誤；
C.由于遠距離輸電時輸電線上有電壓損失，因此升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，故C錯誤。
D.當用戶電阻減小時，導致電流增大，因此輸電線上的損失功率增大
第二節
電網供電
電網供電
電網供電的優越性：
（1）采用電網供電，能降低能源
的運輸成本，獲得最大的經濟效益
（2）電網可以減小斷電的風險，
調劑不同地區電力供需的平衡
（3）使用電網，可以根據火電、水電、核電的特點，合理地調度電力，這就使得電力的供應更加可靠，質量更高
長距離輸電時，線路上的電容、電感對交變電流的影響也不能忽略，有時它們引起的電能損失甚至大于導線電阻引起的電能損失，為了減少感抗和容抗，在輸電這個環節可以使用直流。直流輸電需要專門的“整流設備”與“逆變設備”。
輸電技術的發展
新疆昌吉至安徽古泉段±1100 kV特高壓直流輸電工程這是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進的特高壓輸電工程。
發電機兩端的電壓為220 V，輸出功率為44 kW，輸電導線的總電阻為0.2 Ω，如果用原、副線圈匝數比為1∶10的升壓變壓器升壓，經輸電線后，再用原、副線圈匝數比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶，兩個變壓器均為理想變壓器.
(1)畫出全過程的線路示意圖；
線路示意圖如圖所示：
經典例題
(2)求用戶得到的電壓和功率；
答案　219.6 V　4.392×104 W
發電機兩端的電壓為220 V，輸出功率為44 kW，輸電導線的總電阻為0.2 Ω，如果用原、副線圈匝數比為1∶10的升壓變壓器升壓，經輸電線后，再用原、副線圈匝數比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶，兩個變壓器均為理想變壓器.
由圖可知，升壓變壓器副線圈兩端的輸出電壓U2＝ U1＝2 200 V.
根據理想變壓器P入＝P出，
P損＝I22R線＝202×0.2 W＝80 W，
U損＝I2R線＝20×0.2 V＝4 V.
解析
所以降壓變壓器原線圈的輸入電壓和電流分別為
U3＝U2－U損＝2 200 V－4 V＝2 196 V，
I3＝I2＝20 A.
降壓變壓器副線圈的輸出電壓和電流分別為
用戶得到的功率為
P4＝U4I4＝219.6×200 W＝4.392×104 W.
1.電能的輸送
（1）遠距離輸電過程（如圖所示）
（2）輸電線上的能量損失：主要是由輸電線的電阻發熱產生，表達式為Q=I2Rt
（3）電壓損失：① ；②
（4）功率損失：① ；②
（5）輸送電流：① ；②
指左圖中間部分電路，即升壓變壓器副線圈到降壓變壓器原線圈之間的電路
高壓輸電可減少電能損失
用戶
U
P
I
ΔU ΔP
R
U`
P`
1.遠距離輸電的示意圖如圖所示，交流發電機的輸出電壓 、輸電線的電阻r 以及理想變壓器的匝數均不變，用戶所用的電器可等效為一滑動變阻器R。當R變小時，下列說法正確的是( )
C
A.降壓變壓器的輸出電壓變大 B.通過用戶的電流變小
C.輸電線上損失的電壓變大 D.輸電線上的電流變小
答案：C
解析：當R變小時，用戶回路電流變大，根據電流與匝數關系可知，輸電線上的電流變大，所以輸電線上損失的電壓
變大，降壓變壓器的輸入電壓
變小，則降壓變壓器的輸出電壓變小，故C正確ABD錯誤。
故選C。
2.國家電網最高交流電壓已經由原來的500 kV變為特高壓1000 kV，若輸送功率和輸電線路電阻不變，下列說法正確的是( )
A.升壓變壓器原、副線圈的匝數比變為原來的2倍
B.輸電線路上的電流變為原來的二分之一
C.輸電線路上損失的功率變為原來的二分之一
D.輸電線路上損失的電壓變為原來的四分之一
B
答案：B
解析：理想變壓器原、副線圈的匝數比 由500 kV變為1000 kV，原、副線圈的匝數比 變為原來的一半，A錯誤；根據
，輸電線路上的電流變為原來的二分之一，B正確；輸電線路上損失的功率 ，故輸電線路上損失的功率變為原來的四分之一，C錯誤；輸電線路上損失的電壓 ，故輸電線路上損失的電壓變為原來的二分之一，D錯誤。
3.如圖為遠距離高壓輸電的示意圖，關于遠距離輸電，下列表述不正確的是( )
A.增大輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的能量損失
B.高壓輸電通過減小輸電電流來減小電路的發熱損耗
C.在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的能量損耗越小
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
C
答案：C
解析：遠距離輸電過程中的主要能量損耗是輸電導線的發熱損耗，由 可知，在保證輸電功率不變的前提下有兩種方式可減小輸電過程中的能量損失，一是減小輸電線的電阻，由 知，可增大輸電導線的橫截面積，二是減小輸電電流，A、B正確；若輸電電壓一定，由 知，輸送的電功率越大，輸電電流越大，則輸電過程中的能量損耗 越大，C錯誤；輸電電壓過高會增加絕緣難度，提高架線費用，還容易引起大氣放電，增加能量損耗，故應綜合考慮各種因素，電壓不是越高越好，D正確

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