3.4 远距离输电（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版）

第四节　远距离输电 学习目标 核心素养 1.知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。 2.知道远距离输电时输电线的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理。 3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算。 物理观念：输入功率、路损功率、输出功率、发电机回路、输送回路、输出回路 科学思维：(1)体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计供电框架图 (2)利用输电规律进行远距离输电的定量计算 科学探究：探究远距离输电降低输电损耗的两个途径 授课提示：对应学生用书第64页 [知识梳理] 一、远距离输电中的电功率和电压损耗 两种损失 原因分析 大小表示 减小办法 电压损失 导线自身存在电阻r U损＝Ir 减小r减小I 功率损失 电流的热效应 P损＝I2r 减小I减小r 二、高压交流输电 1．由r＝ρ知，在电阻率ρ、导线长度l确定的情况下，要减小电阻，只能通过增大输电线的横截面积，这种方法给架线带来困难。 2．由P＝UI知，在输送电功率不变的前提下，提高输电电压，会减小输电电流，从而减小导线上的发热损失和电压损失。 三、直流输电 1．采用高压直流输电的原因 当交流输电功率很大时，导线的自感、与附近导线产生互感引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机同步运行，技术上也很难实现。 2．直流输电的使用环节：现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然使用交变电流，发电机产生的交变电流经变压器升压后，由换流设备将交变电流变为直流电流，高压直流经远距离传输后，再由换流设备将直流电流转换为交变电流。 [自主评价] 1．判断正误 (1)仅仅从减少能量损耗的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损耗的能量越少。(√) (2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小。(√) (3)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。(×) (4)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(√) (5)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。(×) 2．情景思考 如图为一高压输电线路，随着电压的增加，用电危险性也会跟着增加，为什么还要采用高压输电？ 提示：输电功率P＝UI，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，可减小输电电流，从而减少输电线上的电能损失。 授课提示：对应学生用书第65页 要点一　输电线上电压和功率损失的计算 　(1)输电线上功率损失的原因是什么？ (2)降低输电损耗的两个途径是什么？ 提示：(1)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。 (2)根据功率损失的表达式ΔP＝I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。 1．输电线上的电功率损失 (1)原因：输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失。 (2)计算式：P线＝I2R线；P线＝IU线；P线＝。 2．输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线。 3．电压损失与输电电压的关系 如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝(。)2R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的 4．注意：交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不考虑感抗和容抗对交流电路的影响。 角度1　输电线上电压和功率损失的理解 　中国已投产运行的1 000 kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响。则(　　) A．输电电流变为原来的2倍 B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C．输电线上降落的电压将变为原来的 D．输电线上损耗的电功率将变为原来的 [解析]　根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变，可知，输电电流I输＝，选项D错误。，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的R线∝I，选项B错误，C正确；输电线上损耗的电功率P损＝I时，输电线上降落的电压也变为原来的，选项A错误；输电线上降落的电压U降＝I输R线∝I输，所以，当输电电流变为原来的，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的∝ [答案]　C 角度2　输电线上电压和功率损失的定量计算 　某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送