第3章 第4节 远距离输电-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第四节　远距离输电 【核心素养目标】 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 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；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。 科学态度与责任 通过分析对比不同的输电方式对输电的影响，体会科技对社会发展的推动作用。 知识点一　输电线上电压和功率损失的计算 如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)。那么： (1)用户两端的电压是多大？ (2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？ (3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？ 提示：(1)U′＝U－ΔU＝U－r。 (2)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和。 (3)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。 功率损失的表达式：ΔP＝I2r＝r，所以降低功率损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U。 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 (1)输电线上的功率损失：P＝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，还要尽可能增大导线的横截面积。 ②减小输电线中的电流：为了减小输电电流，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。 【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。(×) 学生用书↓第89页 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＝R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。 (多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损耗的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则P′、P用的关系式正确的是(　　) A．P′＝ B．P′＝ C．P用＝P(1－) D．P用＝P－ AC　[输电线电阻R＝ρ，输出电流I＝，故输电线上损失的电功率为P′＝I2R＝，故A项正确，B项错误； 用户得到的电功率为P用＝P－P′＝P(1－)，故C项正确，D项错误。] 方法技巧 计算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线＝IU线＝，U线是输电线两端的电压，即输电线上损失的电压。 2．P线＝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。　　 针对练1．(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　　) A．ΔP′＝ΔP B．ΔP′＝ΔP C．ΔU′＝ΔU D．ΔU′＝ΔU AD　[由输电电流I＝知，输送的电功率不变，输电电压加倍，输电电流变为原来的，损耗的电功率ΔP＝I2r，故输电电压加倍，损耗的电功率变为原来的，即ΔP′＝ΔP；输电线上损失电压为ΔU＝Ir，即输电电压加倍，损失电压变为原来的，即ΔU′＝ΔU，故A、D正确。] 针对练2．某水电站，用总电阻为2．5 Ω的输电线输电给500 k