第三章 第四节 远距离输电-【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（粤教版）

第四节　远距离输电 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道电能输送的基本要求及电网供电的优点． 2.知道远距离输电时输电线的损耗与哪些因素有关，理解高压输电的道理． 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. 　远距离输电中的电功率和电压损耗 1．输送电能的基本要求：安全、保质、电能损耗少． 2．低压直流输电系统在输电线路上存在很高的功率损耗和电压损耗，无法满足电力需求． 　高压交流输电 1．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)减小输电导线中的电流：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． 2．高压输电 (1)现代远距离输电的电压都很高，目前我国远距离输电常采用的电压有110 kV 、220 kV 、330 kV等，输电干线已经采用500 kV的超高压，西北电网的电压甚至达到750 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．电网供电的优点 (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)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，输电线上电功率的损失就越小．(×) (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．(√) 电能输送中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为I＝对不对，为什么？ 提示：不对，因为U是输电电压，而不是输电线上损失的电压ΔU，输电线中电流应为I＝. 　直流输电 1．交流输电的局限性 (1)高压交流输电导线中的交变电流会因电磁感应产生自感，同时与附近的导线产生互感．在输送大功率的电能时，这些电感导致的电能损耗会超过导线电阻造成的损耗． (2)要使输电线路正常工作，为同一电网供电的所有发电机都必须同步运行，这在技术层次上是很难实现的． 2．直流输电 (1)导线对于稳定的直流电流只有电阻作用而没有电感作用，并且也不存在需要发电机同步运行的问题． (2)现代的直流输电，只有输电这个环节使用高压直流，发电、用电及升、降电压仍然使用交变电流． 输电线上的电压和功率损失 [思考探究] (1)为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？ 提示：用电高峰期高压输电线和变压器到家庭的输电线中电流较大，有较大的电压损失，因此加在白炽灯上的电压变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗． (2)“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？ 提示：不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件才成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P＝IU，且在P一定的条件下得出的结论，两者没有联系． [思维深化] 1．输电线上的电功率损耗 (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耗． (2)计算式：①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P线＝. 2．输电线上的电压损耗 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. 4．注意：交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响． 　三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦． (1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？ (2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？ (3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？ 【解析】　(1)由P＝UI得I＝＝ A＝2500 A. (2)输电线上损失的功率ΔP＝I2·2r＝25002×2×10 W＝1.25×108 W 损失功率与输出功率之比为 ＝＝. (3)将电压升高至50万伏时，I′＝＝ A＝1000 A 输电线上损失的功率ΔP′＝I′2·2r＝10002×2×10 W＝2×107 W 损失功率与输出功率之比为＝＝. 【答案】　(1)2500 A　(