第3章 第4节 电能的远距离输送（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（鲁科版2019）

第4节　电能的远距离输送 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)了解高压交流输电、高压直流输电的概念。 科学思维 (1)会用相关知识解释实际的输电问题。 (2)通过建立远距离输电模型的过程，体会建立模型的思维方法。 科学探究 利用模型解决远距离输电问题。 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，知道电网供电是远距离输电的重要发展。 一、采用高压输电的原因 1．输电损失：损失的电功率P＝I2R，要减小电功率损失，需要减小输电线电阻和输电电流。 2．降低输电损失的两个途径 (1)要减小输电线的电阻，从R＝ρ看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的材料做导线。 (2)从公式P＝IU来看，在保证功率不改变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压。 前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。　　 3．电容与电感对交流输电线路的影响 (1)电容器具有“通交流、隔直流”的作用。 (2)电感器具有“通直流、阻交流”或“通低频、通直流、阻高频”的作用。 二、高压交流输电与直流输电　电能的利用与社会发展 1．高压交流输电 (1)基本环节 (2)电路原理图 2．高压直流输电 (1)组成部分 高压直流输电系统主要由整流器、直流线路和逆变器三部分构成。实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线。 (2)节省材料，输电结构简单，占地面积小。 (3)不存在感抗和容抗引起的损耗。 (4)不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。 3．电能的利用与社会发展 (1)电能的优点： 电能通过发电厂和电力网实现了集中生产，分散使用，便于传输和分配。电动机灵活、小巧、适应力强，更加广泛地应用于工农业生产领域。 (2)电能的来源及转化： 电能是二次能源，主要来自热能、水能、原子能、风能等其他形式的能，这些能量转化为电能都离不开发电机。 (3)电能的社会价值与弊端： 电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者。但不可再生能源的过度开发和利用，又带来了水土流失、环境污染、生态失衡等严重后果。 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．高压输电线中为什么用钢芯铝绞线？ 提示：铝的密度较小，相等体积情况下，铝的质量比铁、铜小，导电性能比铁好。而交变电流在传输过程中有一种“趋肤效应”，电荷总是趋于导体的表面流动。用钢芯的原因是铝的强度不好，质软、容易断，用钢芯能增加导线的强度，又对导电性影响不大。 3．如图是远距离输电示意图，判断下列说法的正误。 (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