关键词：电能输送;问题辨析;恒定电流;输电电压
电能的输送是对电学知识的综合运用,在教学过程中发现学生常出现以下模糊认识或疑问:
1.以前学习恒定电流时,分析变化电路物理量的最基本出发点是电源电动势E一定,那么分析电能输送问题时什么量是一定的呢?
解析:这要分两种情况:一是输电线路给定时,则认为升压变压器和降压变压器的变压比及线路电阻一定;二是研究电能的输送和降低线损问题时,则一般默认发电厂(或发电机)发电功率一定。对这种情况,如果忽略发电机内阻及变压器的损耗,便有升压变压器的输出功率一定。本文即是在此前提下阐述相关问题。
2.混淆“输电电压”与“输电线两端的电压”。
解析:如图1所示“,输电电压U输”指的是发电厂升压变压器输出的电压,对应的是图2中虚线框电路的总电压,而“输电线两端的电压U线”指的是输电线上的电势降落,U线=I输r线。必须注意的是U输和U线对应的对象不同,二者的关系是U线=U输-U3(U3指降压变压器的输入电压)。
3.提高输电电压U输后,根据欧姆定律I=UR,输电线路电流I输也应该随之增大,为什么却是减小呢?
解析:我们知道欧姆定律I=UR成立的条件是纯电阻电路,而事实上输电线路中含有变压器这个非纯电阻元件,所以这个规律就不再适用。前面已经提到本文是在默认升压变压器的输出功率P输一定的前提下分析问题,故分析输电线路电流如何变化时,可以选图2中虚线框中电路为研究对象,根据公式I输=P输/U输可知:提高U输时必有I输减小。也可选输电线为研究对象,应有I输=U线/r线(注意I输≠U输/r线),我们知道U线随着U输的提高而降低(因U线=I输r线,I输=P输/U输),所以I输也必然减小。
4.根据P=U2/R知:当提高输电电压U输后,输电线损失功率P损应该随之增加,为什么会是降低的呢?
解析:应用任何物理公式解决问题时都应该明确研究对象。现在分析的是输电线的损失功率P损,研究对象当然应该是输电线而不应该是图2虚线框中的电路,即P损≠U2输r线,而应是P损=U2线/r线,又U线=I输r线,I输=P输/U输,可得P损=P2输/(U2输)×r线。因r线和P输皆为定值,可见P损与U输2成反比,即U输越高,P损将越小。
结束语:在这部分知识教学中要注重引导学生形成正确的思维模式,切忌乱撞。在分析解决物理问题时,必须明确研究对象和公式中每个字母的物理意义及使用条件,这是保证思路清楚、思维严谨的关键所在。很多同学感到物理难学,其中一个主要原因就是研究对象不够明确和乱套公式造成的。
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