第3章 第4节 电能的输送（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024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 [学习目标] 1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关(物理观念).2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算(科学思维).3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程(物理观念)． 知识点一　　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. 知识点二　　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，还要尽可能增加导线的横截面积． (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． 知识点三　　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：通过网状的输电线和变压器，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． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． 1．判断下列说法的正误． (1)一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银，原因是同种情况下，使用银材料，输电线损失的功率大．(×) (2)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压．(√) (3)采用高压输电的优点是可加快输电的速度．(×) (4)当输送功率和输电电压一定，且使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小．(√) 2．下列关于电能输送的分析，正确的是(C) A．由公式P＝知，输电电压越高，输电线上功率损失越少 B．由公式P＝知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少 C．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大 D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比 解析　输电线上损失的功率P损＝I2R线＝，U损指输电线上的分压，而不是输电电压，选项C正确. 考点一　　输电线上的电压和功率损失 【情境导学】 如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流为I，两条导线的总电阻为r(在图中把导线电阻集中画为r)．那么，用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？为什么？ 答案　不相等．由于输电线有电阻，有一部分电能转化为电热损耗掉了． 【知识拓展】 1．输电线路的电压损失 输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的总电阻． 2．输电线路的功率损失 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r. (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I. 3．减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R＝ρ可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻． (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. 【例题1】 某小河水流量为4 m3/s，水流下落的高度为5 m．现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为50% (g取9.8 m/s2)，求： (1)发电机的输出功率； (2)若输电导线的总电阻为4 Ω，输电导线上损失的电功率为发电机输出功率的5%，则输电导线上的电压损失是多少？ 思维导引：(1)水的重力势能转变为发电机的电能，能量的转化为50%；(2)电压损失ΔU＝IR，需要求解输电电流，可根据I＝求解． 解析　(1)水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做功，设水的流量为Q，则发电机的输入功率为P1＝ρQgh， 所以输出功率为P2＝ηP1＝ηρQgh＝50%×1.0×103×4×9.8×5 W＝9.8×104 W. (2)设输电电压为U，输电线上的电流为I，电阻为R，损失的电功率为ΔP.由ΔP＝I2R得 I＝＝＝ A＝35 A， 输电导线上损失的电压为 ΔU＝IR＝35×4 V＝140 V. 答案　(1)9.8×104 W　(2)140 V 【变式1】 “西电东送”工程中，为了减少输电损耗，必须提高输电电压．从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106 kW，输电电压为1 000 kV，输电线电阻为100 Ω.若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为( ) A．105 kW B．104 kW C．1