第3章 第4节 电能的输送（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

第4节　电能的输送 课程内容要求 核心素养提炼 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上电能的损耗与哪些因素有关，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． 1.科学思维：通过降低输电损耗的分析，体会科学思维在构建物理模型中的重要作用． 2．科学态度与责任：通过对简单的远距离输电线路分析与计算，体会科技对社会发展的推动作用． [对应学生用书P54] 1．输送电能的基本要求 (1)可靠：指保证供电线路可靠地工作，故障少． (2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定． (3)经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 2．降低输电损耗的两个途径 由公式P损＝I2r知，有两个途径能减少输电损耗： (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，选用电阻率较小的金属材料，尽可能增大导线的横截面积．但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． (2)减小输电线中的电流：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． 前一种方法的作用效果十分有限，一般采用后一种方法． 3．高压输电 (1)现代远距离输电的电压都很高，目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已经采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV的特高压． (2)高压输电也不是越高越好．电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多． (3)实际输送电能时要综合考虑输送功率、距离、技术和经济要求等因素选择合适的输电电压． [思考] 电能输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则有同学认为输电线中的电流为I＝.你认为对不对，为什么？ 提示　不对，因为U是输电电压，而不是输电线上损失的电压ΔU，输电线中电流应为I＝. 1．电网 通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络． 2．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益． (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． [判断] 　(1)一般发电机组输出电压在10 kV左右，符合远距离输电的要求．(×) (2)现在世界各国普遍采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式．(×) (3)采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益．(√) [对应学生用书P55] 探究点一　输电线上电压和功率损耗的计算 根据下面的图形，回答下列问题： (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？功率损失的表达式？减少输电损耗的两个途径？ 提示　(1)导线上有电阻而产生电压损失和功率损失． (2)输电线有电阻，交变电流通过输电线会产生热量．所以有功率损失．表达式：ΔP＝I2R 减少损耗的两个途径是减小导线电阻和提高输电电压． 1．输电线上的电功率损耗 (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耗． (2)三个计算公式：①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P线＝. 2．输电线上的电压损耗 若用U表示输电线的始端电压，U′表示输电线的末端电压，则U线＝U－U′(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，则输电导线上因发热而损失的功率P损＝I2R线＝R线，因此，若将输电电压提高到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，但在高中阶段可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响． 某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？ 解析　设输送功率为P，输电电压U1＝220 V时，损失功率ΔP1＝20%P 又因为ΔP1＝IR线，I1＝ 解得ΔP1＝R线 现要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝R线 因此可得＝＝ 所以U2＝2U1＝440 V． 答案　440 V [变式]　在[例1]中，若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的几分之几？ 解析　ΔP＝I2R线 则＝＝＝ 输电线的电阻应变为原来的. 答案　 [题后总结]　计算输电线上功率损耗的方法 1．ΔP＝I2R，I为输电线上的电流，R为线路电阻． 2．ΔP＝，U线为输电线路上损耗的电压，R为线路电阻． 3．ΔP＝U线I，U线为输电线上损耗的电压，I为线路上的电流． [训练1]　(2021·山东潍坊高二检测)“西电东送”工程中，为了减少输电损耗，必须提高输电电压．从西