第12讲 电能的输送-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）

第12讲 电能的输送 【学习目标】 (1)了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径，会用相关知识解释实际的输电问题。 (2)经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模型的思维方法。 (3)理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，知道电网供电是远距离输电的重要发展。 【基础知识】 【考点剖析】 一、降低输电损耗的两个途径 电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压 。 电源对外发出的功率即输送功率。 一般情况下用户到电厂的距离很远，输电线上的电阻 r 比较大，所以输电线电阻 r不能忽略。 输电线上功率损失的原因是由于输电线有电阻，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。 根据功率损失的表达式ΔP＝I2r，可知降低输电损耗的两个途径是 其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。 在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，例如铜、铝来制造输电线此外，还要尽可能增加导线的横截面积。但是，导线横截面积的增加是有一定限度的。过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗也给铺设工程带来困难。 总结：①减小材料的电阻率ρ。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离。③增加导线的横截面积。可适当增大横截面积，太粗不可以，因为既不经济又架设困难。 公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压。 采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经济的措施。但输电电压也不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，依照不同情况选择合适的输电电压。 二、电网供电 1．远距离输电的几个基本关系式 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。 (2)电压关系：。 ＝，U2＝U线＋U3，＝ (3)电流关系：。 ＝，I2＝I线＝I3，＝ (4)输电电流：I线＝。 ＝＝＝ (5)输电导线上损耗的电功率 P损＝P2－P3＝I＝U线I线。 R线＝ (6)输电导线上的电压损失 U线＝I线R线＝U2－U3。 2．输电过程示意图 3．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。 (2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。 (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 三、解题思路 1.输电线上功率损失的两种方法 计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端的电压)U和输电线上的损失电压ΔU。 (1)P损＝ΔUI＝，ΔU是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压。 (2)P损＝R线，U是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压。 2、处理远距离输电的方法技巧 (1)画好一张图——远距离输电示意图 (2)抓住电两端——发电站和用户 (3)分析一条线——输电线 (4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压 (5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率) 典题分析 例1 远距离输电中，当输送的电功率为P，输送电压为U时，输电线上损失的电功率为ΔP，若输送的电功率增加为4P，而输电线中损失的电功率减为，(输电线电阻不变)那么输电电压应增为( ) A．32U B．16U C．8U D．4U 答案：C 解析：根据题意知：ΔP＝·r得U′＝8U。 ΔP＝·r， 例2 发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电线电阻为0.4 Ω (1)求用户得到的电压和电功率各是多少？ (2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路后，再经过10∶1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率又各是多少？ 解析：(1)根据P＝UI得 I＝ A＝200 A ＝ 则输电线上的电压损失 U损＝IR＝200×0.4 V＝80 V 功率损耗 P损＝I2R＝40 000×0.4 W＝16 000 W 所以用户得到的电压 U用户＝U－U损＝220 V－80 V＝140 V 用户得到的功率 P用户＝P－P损＝44 000 W－16 000 W＝28 000 W (2)由，得U1＝2 200 V。＝ 由，得I1＝20 A。＝ 则输电线上的电压损失 U损′＝IR＝20×0.4 V＝8 V 功率损耗 P损′＝I2R＝400×0.4 W＝160 W 所以降压变压器的输入电压 U2＝U1－U损′＝2200 V－8 V＝2 192 V 降压变压器的输入功率 P2＝P－P损′＝44