3.4电能的输送-2023-2024学年高二物理备课必备讲义（人教版2019选择性必修第二册）

第三章 交变电流 第4节 电能的输送 【科技前沿】国内首个220千伏柔性低频输电工程投运 1. 在中国，由于能源资源地域分配不均衡，需要电力大范围传输。柔性低频输电技术通过电力电子技术降低输电频率，来提升输送容量与距离以及潮流控制能力，弥补工频交流和直流输电方式的不足，在大规模海上风电汇集送出、城市电网互联及扩容、偏远海岛地区供电等方面有广阔的应用前景。 2. 杭州220千伏柔性低频输电工程的投运，为后续规划建设的海上风电提供丰富的技术积累和应用能力。 【核心素养目标】 物理观念 理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关 科学思维 应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算. 科学探究 了解交变电流从发电站到用户的输电过程． 科学态度与责任 通过电能的输送知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　输电线上的电压和功率损失 【情境导入】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？ 【知识梳理】 一、输送电能的基本要求 1．可靠：指保证 可靠地工作，故障少． 2．保质：保证电能的质量—— 和 稳定． 3．经济：指输电线路建造和运行的费用 ，电能损耗 ． 二、降低输电损耗的两个途径 1．输电线上的功率损失：P＝ ，I为输电电流，r为输电线的电阻． 2．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率 的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积． (2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要 输电电压． 【重难诠释】 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. 【典例精析】 例1．远距离输电时，为了降低输电线路中的损耗，通常要提高输电电压。如果保持输送的电功率不变，将输电电压变为原来的两倍，不考虑其他因素的影响，下列说法正确的是（　　） A．输电线上的电流变为原来的2倍 B．输电线上的电流变为原来的 C．输电线上的电压损耗变为原来的 D．输电线上的功率损耗变为原来的 变式训练1 将电能从发电厂输送到用户，输电线上会损失一部分功率P，设输电电压为U，输电线的总电阻为r，输电线上的电流为I，则（　　） A． B． C． D． 知识点二　远距离高压输电过程的分析与计算 【情境导入】 某发电站向远处送电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注，在这个电路中包括三个回路。 (1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻，n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。 (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？ 【知识梳理】 电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器降到所需的电压． 2．电网：通过网状的输电线、 ，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—— ． 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 ． (2)减小断电的风险，调剂不同地区 的平衡． (3)合理调度电力，使 的供应更加可靠，质量更高． 【重难诠释】 解决远距离高压输电问题的基本方法 1．首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置． 2．理清三个回路： 回路1：P1＝U1I1