第3章 第4节 电能的传输（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第4节　电能的传输 核心素养导学 物理观念 (1)了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径。 (2)知道电网供电是远距离输电的重要发展。 科学思维 (1)会用相关知识解释实际的输电问题。 (2)经历建立远距离输电模型的过程。 科学态度与责任 理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多种因素，体会建立模型的思维方法。 　　　　　　　　　　　　　　　 一、电能输送中的电压损失和电能损耗 1．电压损失：U损＝Ir。 2．功率损耗：P损＝I2r。 3．减小电压损失和电能损耗的途径 (1)设导线总长度为l，横截面积为S，则r＝ρ，l一定时，可增大导线的横截面积和选用电阻率较小的金属材料。 (2)由公式P＝IU可知，在保证输送功率一定的情况下，减小电流I可以通过提高输电电压U来实现。 [微点拨]　前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 二、远距离输电系统　直流输电 1．远距离输电基本原理 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．交流输电的局限性 (1)当交流输电功率很大时，电感、电容引起的电压及电能损失很大。 (2)同一电网供电的发电机同步运行，技术上存在困难。 3．直流输电过程 发电机发出的交流电，通过变压器升高电压，然后使用整流设备使它成为直流电，用输电线把高压直流电输送出去，到了用电地点附近，再使用逆变器把直流电变回到交流电，并通过变压器降压后供用户使用。,1.为了检验输送电压高低对电能输送的影响，采用实验比较法，在低压交流电源上并联两个回路。一个回路只含电阻、灯泡和电流表，电阻模拟远距离输电线路上导线的电阻，灯泡模拟用户使用的效果；另一个回路先通过一个升压变压器提高电压，再通过一个降压变压器降低电压，其余线路与第一个回路相同。实验电路如图所示。 进行实验，并观察实验现象，可以得到什么结论？ 提示：L1灯泡比L2灯泡亮，电流表A1的示数小于电流表A2的示数，这说明提高电压后，输电线上电流减小，电压损失、功率损失都减小。 2．如图是远距离输电示意图，判断下列说法正误。 (1)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。(×) (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)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。(×) 新知学习(一)|输电线电压损失和功率损失 [任务驱动] 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？ 提示：(1)U′＝U－ΔU＝U－ r，或U′＝U－Ir。 (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。　　　　 [重点释解] 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。 [典例体验] [典例]　(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 [解析]　若采用550 kV的超高压输电，输电线上的功率损耗ΔP＝2·r，输电线路损失的电压ΔU＝()·r，若改用1 100 kV的特高压输电，同理有ΔP′＝()2·r，ΔU′＝·r，可得ΔP′＝，ΔU′＝，B、C错误，A、D正确。 [答案]　AD /方法技巧/ 计算功率损失和电压损失的三点提醒 (