人教版 (新課標)選修3選修3-2第五章交變電流5 電能的輸送教案-教案下載-教習網(wǎng)

電能的輸送新知識課 3月4日教學目標：知識與技能：（1）知道“便于遠距離輸送”是電能的優(yōu)點，知道輸電過程。（2）知道什么是輸電線上的功率損失和如何減少功率損失。（3）知道什么是輸電導線上的電壓損失和如何減少電壓損失。（4）理解遠距離輸電要用高壓。過程與方法：培養(yǎng)學生閱讀、分析、綜合和應用能力。情感、態(tài)度與價值觀：（1）培養(yǎng)學生遇到問題要認真、全面分析的科學態(tài)度。（2）介紹我國遠距離輸電概況，激發(fā)學生投身祖國建設(shè)的熱情。教學重點：找出影響遠距離輸電損失的因素，使學生理解高壓輸電可減少P與U損失。教學難點：理解高壓輸電原理，區(qū)別導線上的輸電電壓U和損失電壓ΔU. 教學過程：新課導入：需要電能的地方分布很廣，而電站相對來說比較集中，因此要把電站的電能向外輸送，有的需要輸送到很遠的地方，這就涉及電能的輸送問題。用導線把電源和用電設(shè)備連起來，就可以輸送電能了，這是電能的一個突出優(yōu)點。那么，電能在輸送過程中要注意哪些問題呢？新課教學：輸送電能的基本要求是：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟。可靠，是指保證供電線路可靠地工作，少有故障。保質(zhì)，就是保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定。經(jīng)濟是指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗小。我們重點討論怎樣減少輸電過程中的電能損失。（一）輸電線的功率損失： 1、任何輸電線都有電阻，存在功率損失。由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了。這是輸電線上功率損失的主要原因。設(shè)輸電電流為I，輸電線電阻為R，則輸電線上的功率損失為：設(shè)輸送的電功率為P，輸電電壓為U，輸電線的總長度為l，橫截面積為S，電阻率為ρ，則輸電電流為。輸電一電阻為。輸電線上的功率損失可表示為。 2、減少功率損失的方法：（1）減少輸電線的 R： ①減小輸電線長度：由于輸電距離一定，所以在實際中不可能用減小來減小R。 ②減小電阻率ρ：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導線材料。 ③增大導線的橫截面積S：這要多耗費金屬材料，增加成本；同時輸電線太重也會給架設(shè) 工作帶來很大的困難。實際上，有時即使把橫截面積增大到什么驚人甚至做不到的程度，也不能把功率損失降低到要求的范圍以內(nèi)。我們可計算一下，把功率為200kW的電能用鋁導線輸送到10km以外的地方，要使功率損失為輸送功率的10%，用110V的電壓輸電，導線的橫截面積大約需要96000mm2，顯然太粗。（2）減小輸電電流： ①減小輸送功率P：在實際中不能以用戶少用或不用電來達到減少損耗的目的。 ②提高輸電電壓U：在輸送功率P一定，輸電線電阻R一定的條件下，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1/n2倍。采用高壓輸電是減小輸電線上功率損失最有效、最經(jīng)濟的措施。在上面的例子中，如果其他條件不變，把輸電電壓提高100倍，即用11kV的電壓輸電，導線的橫截面積大約只需9.6 mm2。（二）輸電線的電壓損失：由于輸電導線有電阻，電流通過輸電導線時，會在線路上產(chǎn)生電勢降，致使輸電線路末端的電壓U’比起始端電壓U要低。這個差值為輸電線的電壓損失。 1、電壓損失：輸電線路始端電壓U跟末端電壓U′的差值，稱為輸電線路上的電壓損失，； 2、造成電壓損失的因素：（1）輸電線電阻造成電壓損失。（2）輸電線的感抗和容抗造成的電壓損失。交流通過輸電導線時，由于自感電動勢阻礙電流的變化，會產(chǎn)生感抗。導線架在空中，和大地這一導體之間構(gòu)成電容器，存在容抗。高中階段計算時只考慮輸電線電阻所造成的電壓損失。 3、減少輸電線上電壓損失的方法：（1）用增大輸電導線的截面積來減小電阻，對低壓照明電路有效，對高壓輸電線路效果不佳。（2）減小輸電電流I：在輸送電功率不變的情況下，提高輸電電壓是有效的措施。根據(jù)以上分析，采用高壓輸電，以減小輸電線上的電流，是減小功率損失和電壓損失最有效、最經(jīng)濟的措施。當時輸電電壓也不是越高越好，電壓越高，對輸電線絕緣的要求越高，線路修建費用就會增多。輸電電壓越高，變壓器上的電壓也越高，對變壓器的要求也相應提高。實際輸送電能時，要綜合考慮各種因素，如輸送功率大小、距離遠近技術(shù)和經(jīng)濟要求等，依照不同情況選擇適合的輸電電壓。如果輸送功率比較大，輸電距離比較遠，就要采用較高的電壓輸電。電壓低了，勢必要加大導線的橫截面積。如果輸送功率不太大，距離也不太長，就不必要用太高的電壓輸電。電壓高了反而增加花在絕緣上的費用，而且導線因機械強度的限制又不能太細。目前我國遠距離送電采用的電壓有110kV、220kV和330kV，輸電干線已經(jīng)采用500 kV的超高壓、西北電網(wǎng)的電壓甚至達到750 kV。（三）電網(wǎng)供電：一般發(fā)電機組輸出的電壓在十千伏上下，不符合遠距離送電的要求。因此，要在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓后再向遠距離送電。到了用電區(qū)，先在“一次高壓變電站”降到100kV左右，在更接近用戶的地點再由“二次變電站”降到十千伏左右。然后，一部分電能送往需要高電壓的工廠，另一部分送到低壓變電站降到220V/380V，送給一般用戶。發(fā)電廠→升壓變壓器→高壓輸電→降壓變壓器→用戶現(xiàn)在采用的輸電方式是通過網(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)。采用電網(wǎng)送電，可以在一次能源產(chǎn)地使用大容量的發(fā)電機組，降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經(jīng)濟效益。電網(wǎng)可以減少斷電的風險，調(diào)節(jié)不同地區(qū)電力供需的平衡，保證供電的質(zhì)量。使用電網(wǎng)，可以根據(jù)火電、水電、核電的特點，合理地調(diào)度電力，這就使得電氣化社會的主要能源——電力的供應更加可靠，質(zhì)量更高。我國遠距離高壓輸電的原理如下圖所示：設(shè)發(fā)電機的輸出功率為P，則功率損失為：用戶得到的功率為電壓損失為，則例1、在電能輸送過程中，若輸送電功率一定，則在輸電線上的功率損失（ ACD ） A、隨輸電線電阻的增大而增大 B、與輸送電壓的平方成正比 C、與輸電線上電壓損失的平方成正比 D、與輸電電流的平方成正比【解析】輸電線上的功率損失，電壓損失，輸電電流I=P/U，所以，可見功率P一定時，隨R的增大而增大；與I2成正比；與成正比；與U2成反比。例2、發(fā)電機輸出功率40kW，輸出電壓400V，用變壓比（原、副線圈匝數(shù)比）為1：5的變壓器升壓后向遠處供電，輸電線的總電阻為5Ω，到達用戶后再用變壓器降為220V，求：（1）輸電線上損失的電功率是多少？（2）降壓變壓器的變壓比是多少？【解析】（1）發(fā)電機輸出的電壓為400V，經(jīng)升壓變壓器后電壓，由輸電線上的功率損失（2）輸電線上的電壓損失=20×5V=100V，加在降壓變壓器原線圈上兩端的電壓， U4=220V。降壓變壓器的變壓比例3、一臺交流發(fā)電機的輸出電壓為250V，輸出功率為100kW，向遠處輸電所用輸出線的總電阻為8Ω，要使輸電線上的功率損失不超過輸送功率的5%，用戶正好得到220V的電壓，則供電處的升壓變壓器和用戶的降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？【解析】升壓變壓器原線圈兩端電壓U1=250V，通過電流輸電線的功率損失，降壓變壓器次級線圈電流（用戶電流）升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比小結(jié)：這節(jié)課主要學習了：（1）輸電導線上功率損失，電壓損失。（2）提高輸電電壓是減小功率損失和電壓損失的有效途徑。

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