12第三章 4. 电能的输送（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#4　电能的输送 [学业要求] 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，理解高压输电的原理。 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。 4．了解输电技术的发展。 一、降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求 (1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障。 (2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。 (3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。 2．输电线上的功率损失：ΔP＝I2r。电压损失：ΔU＝Ir，I为输电电流，r为输电线的电阻。 3．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：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，还要尽可能增加导线的横截面积。 (2)减小输电线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。 二、电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。 2．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。 3．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，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、高压直流输电 1．高压直流输电系统的组成：主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。 2．直流输电的基本过程：在发电站区域经变压器升压，由换流设备将交流电变成直流电，用高压直流电进行远距离传输，在用户区域由换流设备将直流电变为交流电，经变压器降压送给用户。 3．高压直流输电的优点 (1)节约线材；输电杆塔结构简单，占地面积小。 (2)不存在感抗和容抗引起的损耗。 (3)不需要考虑电网中各台交流发电机的同步问题。 1．下列说法正确的是(　　) A．输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线中的电流成正比 B．由P＝可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小 C．使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压 D．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 答案　C 2．输电线的总电阻为R，输送电功率为P。现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为U∶U。 知识点一　降低输电损耗的两个途径 [问题探究] 假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r，在图中导线电阻集中表示为r，输送功率为P。发电厂输出的电压为U1，则输电线上损失的电压为Ir，用户得到的电压为U1－Ir。 (1)怎样才能减小导线上损失的电压呢？ (2)为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ 答：(1)减小导线电阻和电流。 (2)用电高峰期间，导线上的电流大，导线两端的电压大用户家中的电压变小，所以白炽灯变暗。 [归纳升华] 1．输电线上的电压损失：ΔU＝U－U′＝Ir＝r。 2．输电线上的功率损失 (1)ΔP＝I2r，其中I为输电线上的电流。 (2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝，其中ΔU为输电线上的电压损失。 3．减小输电线路上功率损失的方法主要有两种 (1)减小输电线的电阻R。根据R＝ρ可知： ①减小输电线长度l：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小l来减小R。 ②减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。 ③增大导线的横截面积S：这要耗费更多金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难。 (2)减小输电电流I。根据I＝可知： ①减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。 ②提高输电电压U：在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据ΔU＝IR＝R知，输电线上的电压损失将变为原来的。根据P损＝2R知，输电线上的功率损耗将降为原来的。故采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施。 　如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2。则(　　) A．用户端的电压为 B．输电线上的电压降为U C．理想变压器的输入功率为Ir D．输电线路上损失的电功率为I1U [解析]　理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，所以I1U1＝U2I2，选项A正确；输电线上电压降为ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，选项B错误；理想变压器输入功率为P＝I1U1，选项C错误；损失的功率ΔP＝Ir，选项D错误。 [答案]