第三章 第四节 远距离输电（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第四节　远距离输电 课程内容要求 核心素养提炼 知道远距离输电时通常采用高压输电的原因． 1．物理观念：了解电网供电的有关知识，解释自然现象，解决实际问题． 2．科学思维：通过科学方法(控制变量法)进行分析，获得结论． 3．科学探究：探究电压损失、功率损失的关系． 4．科学态度与责任：让学生体会高压输电知识在实际问题中的应用． [对应学生用书P78] 1．输电电压：是指加在输电线始端的电压，如图中的U. 2．损失电压 是指输电线路始端电压U与末端电压U′的差值，即损失在输电线路上的电压 . 3．输送功率 是指输电线始端输入的功率． 4．损失功率 是指由于输电线发热而消耗的功率，即输送功率与用户实际得到功率的差值． [判断] (1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比．(√) (2)由P＝可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小．(×) 1．输电线上的功率损失：ΔΡ＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻． 2．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)减小输电导线中的电流：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． [思考] 电能输送中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为I＝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．交流输电的缺点 (1)当交流输电功率很大时，电感、电容引起的电压和电能损失较大． (2)在并网供电时，要求为同一电网供电的所有发电机必须同步运行，这在技术上存在困难． 2．直流输电的过程及优点 (1)基本环节如图所示 (2)直流输电的基本过程：在发电站区域经变压器升压，由换流设备将交流变为直流，用高压直流进行远距离传输，在用户区域由换流设备将直流变为交流，经变压器降压输送给用户． (3)直流输电的优点 ①不存在电感和电容引起的电能损失，线路损耗小． ②不需要考虑同步并网． [对应学生用书P79] 探究点一　输电线上的电压和电能的损失 (1)为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ (2)“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？ 提示　(1)用电高峰期高压输电线和变压器到家庭的输电线中电流较大，有较大的电压损失，因此加在白炽灯上的电压变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗． (2)不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P＝IU，且在P一定的条件下得出的结论，两者没有联系． 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．减少电压损失和功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻r，根据r＝ρ，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但这要多耗费金属材料，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＝，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，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的. 西双版纳州水资源丰富，利用水力发电的电力除了供应本地使用以外，还源源不断地输送至邻近东盟国家，2008年总装机容量175万千瓦的景洪电站建成之后，采用110 千伏高压将11万千瓦的电力对老挝北部供电，如果从景洪到老挝北部的输电电线总电阻是5 Ω.求： (1)输电线上损耗的功率． (2)输电线上损失的电压． (3)为了进一步节约能源，请你为输电环节提出改进措施． 解析　(1)由P＝UI可得： 电流I＝＝＝1 000 A； 则损失的功率 P损＝I2r＝(1 000 A)2×5 Ω＝5×106 W. (2)导线上损失的电压为 U损＝Ir＝1 000 A×5 Ω＝5×103 V. (3)为了减少导线上的功率损耗，可以通过提高输电电压或减小导线电阻来减小输电线上功率的损耗． 答案　(1)5×106 W　　(2)5×103 V　　(3)见解析 [训练1]　远距离输送交变电流都采用高压输电．我国西北电网正在建设750 kV线路．采用高压输电的优点是(　　) A．可节省输电线的金属材料 B．可根据需要调节交流电的频率 C．可减少输电线上的能量损耗 D．可加快输电的速度 C　[在输电的过程中输送的功率一定，根据P＝UI和ΔP＝I2R，有：ΔP＝，故高压输电可以降低功率损耗，不可以节省输电线的金属材料，故C正确，A错误；交流电的频率等于发电机转动的频率，是不改变的，故B错误；电路中输电的速度是光速，与是否