第三章 第4节 电能的传输-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（教科版）

第4节　电能的传输 新课程目标 核心素养 1.了解提高输电电压是降低远距离输电损耗的有效途径，会用相关知识解释实际的输电问题。 2.知道远距离输电系统中直流输电和交流输电的优缺点。 1.物理观念：了解电网供电的有关知识。 2.科学思维：探究电压损失、功率损失的关系。 3.科学探究：经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模型的思维方法。 4.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，让学生体会直流输电和交流输电知识在实际问题中的应用。 　电能输送中的电压损失和电能损耗 1．电能输送的必要性：能源资源与电力负荷分布的不均衡。 2．输送电路中的电压损失与功率损耗 (1)设输电电流为I，输电线电阻为r，则损失的电压U损＝I r，损耗的电功率P损＝I2r。都要求线路电阻r和电流I尽可能小。 (2)减小损耗的方法 ①减小输电线的电阻即在输电线长度l和材料一定的情况下，增大横截面积S来实现。 ②减小输电电流I，由P＝UI知，可以通过提高输电电压U来减小I。 　远距离输电系统 1．交流供电系统环节：在发电站附近用变压器把电压升高，用输电线送到远方，在用电集中的地方将电压再降低。 2．交流供电系统原理图 　直流输电 1．交流输电的局限性：如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；同一电网供电的发电机同步运行，技术上存在困难等。 2．直流输电的基本流程：当前的直流输电，只有高压输电这个环节使用直流。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(整流和逆变统称为换流)。 3．直流输电的示意图 [课前小练] 思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (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，输电线上的电功率损失就越小。(×) (3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(√) (4)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。(×) (5)现在的大功率输电线路都是交流输电。(×) 　输电线上的电压和能量损失 [思考探究] 远距离输电过程中，输电线上不可避免地有电压和能量损失，可通过哪些措施来降低输电线路的损失？ 提示：输电线路上的损失功率为P＝I2r，所以有两个途径可减少电能的损失，一是减少输电线路的电阻；二是减小输电导线中的电流。 [思维深化] 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：①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P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。 　(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1100 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：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。 [针对训练] 1．某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%。若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？ 解析：设输送功率为P，输电电压U1＝220 V时，损失功率ΔP1＝20%P 又因为ΔP1＝IR线，I1＝ 解得ΔP1＝R线 现要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝R线 因此可得＝＝ 所以U2＝2U1＝440 V。 答案：440 V 　高压输电线路的分析与计算 [思考探究] 高压输电可以减少输电线上的电压和能量损失。 (1)如何完成高压输电和低压用电？ (2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？