第三章 第4节 电能的输送-【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（人教版）

第4节　电能的输送 [学习目标要求]　1.了解交变电流从变电站到用户的输电过程。2.知道远距离输电时输电线上电能的损失与哪些因素有关，理解高压输电的原理。3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算。 　降低输电损耗的两个途径 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 由公式 ΔP＝I2r知，有两个途径能减少输电损耗。 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，选用电阻率较小的金属材料，尽可能增大导线的橫截面积。 但过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重。太粗也给铺设工程带来困难。 (2)减小输电线中的电流：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．高压输电 (1)现代远距离输电的电压都很高，目前我国远距离送电采用的电压有110 kV 、220 kV 、330 kV，输电干线已经采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1100 kV的特高压。 (2)高压输电也不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。 (3)实际输送电能时要综合考虑输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，依照不同情况选择合适的电压。 [练一练] 在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是(　　) A．使输电线粗一些 B．减小输电线长度 C．减少通电时间 D．采用高压输电 解析：D　从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻、减小输电电流，减小电阻已达到目前技术的极限了，因此，应当采用高压输电，减小输电电流。故选D。 　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、变电站，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。 [判一判] (1)一般发电机组输出电压在10 kV左右，符合远距离输电的要求。(×) (2)现在世界各国普遍采用一个电厂与一批用户“一对一”的供电方式。(×) (3)采用电网送电可以降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。(√) 学习任务一　输电线上的电压和功率损失 [导学探究] 假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r。在图中，输电线的电阻集中画为一个电阻r。 (1)怎样计算输电线路损失的功率？ (2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？ (3)通过对第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？ (4)怎样计算用户消耗的功率P? (5)在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？ 提示：(1)输电线路损失的功率P损＝I2r。 (2)在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，则损失的功率减为原来的二分之一；在线路电阻不变的情况下，当电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的四分之一。 (3)由第(2)问可知，减小电流对于降低输电线路损耗更为有效。 (4)用户消耗的功率P＝UI。 (5)由P＝UI可知I＝，所以在保证电功率不变的前提下，提高输电电压，可减小输电电流。 [思维深化] 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。 　(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