2019-2020学年新素养同步导学沪教版高中物理选修3-2（课件 讲义，含物理核心素养）第3章 电能的输送与变压器 (共10份打包)

3.1　高压输电原理 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.了解高压输电交流输配电网的原理.2.了解输电线上电能损失的影响因素. 科学思维：体会降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况. 一、远距离输电为什么要用高电压 如图1所示，假定输电线路中的电流为I，两条导线的总电阻为R，在图中导线电阻集中画为R，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么： 图1 (1)远距离大功率输电面临的困难是什么？ (2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？ (3)为什么远距离输电必须用高压呢？ 答案　(1)在输电线上有功率损失. (2)由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了.这是输电线上功率损失的主要原因. 功率损失表达式：ΔP＝I2R，所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻R；②减小输电电流I. (3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得I＝，ΔP＝R，要减小输电电流I，必须提高输出电压U. [要点总结] 输电线上的电压损失和功率损失(设输电线的电阻为R，电流为I) 1.电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值.ΔU＝U－U′＝IR. 2.功率损失 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2R. (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I. 3.减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻R 由R＝ρ可知，距离L一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可以减小电阻. (2)减小输电电流I 由P＝UI可知，当输送功率一定时，ΔP＝R，升高电压可以减小电流. [延伸思考]　为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ 答案　用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压ΔU＝IR较大，用户得到的电压U－ΔU较低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗. 例1　(多选)如图2所示为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是(　　) 图2 A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C.在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D.高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 答案　ABD 解析　由P损＝I2R和R＝ρ知S越大，R越小，P损越小，所以A正确.由P＝UI及P损＝I2R知B正确，C错误.电压越高，对输电线路绝缘性能和对变压器的要求越高，实际输送电能时，要综合考虑各种因素，所以D正确. 例2　(多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是(　　) A. B. C.I2R线 D.I(U1－U2) 答案　BCD 解析　输电线功率损耗P损＝I2R线＝＝IU线，其中U线＝U1－U2，故B、C、D正确. 提示　P损＝I2r＝＝ΔU·I.式中必须注意，ΔU为输电线路上的电压损失，而不是输电电压. 例3　三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦. (1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？ (2)若输出的电压为20万伏，某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的百分比是多少？ (3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的百分比是多少？ 答案　(1)2 500 A　(2)1.25×108 W　25% (3)1 000 A　2×107 W　4% 解析　(1)由P＝UI得I＝＝＝2 500 A (2)输电线上损失的功率ΔP＝I2·2r＝2 5002×2×10 W＝1.25×108 W 损失功率与输出功率之比为＝＝＝25% (3)将电压升高至50万伏时， I′＝＝＝1 000 A 输电线上损失的功率ΔP′＝I′2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W 损失功率与输出功率之比为＝＝＝4% 针对训练　某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是(　　) A.输电线上输送的电流大小为2.0×105 A B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C.若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW D.输电线上损失的功率为ΔP＝，U为输电电压，R为输电线的电阻 答案　B 解析　输电线上输送的电流为I＝＝ A＝6×103 A，A项错误；输电线上损失的电压为U损＝IR＝6×103×2.5 V＝1.5×104 V＝15 kV，