第三章 4.电能的传输-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

4.电能的传输 【核心素养目标】 物理观念 了解输电线上电能损失的影响因素，知道降低输电损耗的两个途径。 科学思维 知道高压输电的原因，会利用变压器的规律和能量守恒的观点对简单的远距离输电进行定性分析和计算。 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、电能输送中的电压损失和电能损耗 1．电压损失：输电线自身存在着电阻，输电过程中存在电压损失U损，U损＝Ir。 2．功率损耗：输电线路消耗的功率，P损＝I2r。 3．减小电压、功率损耗的方法 (1)减小电阻：由r＝ρ可知，输电距离一定时，使用电阻率小的材料(一般用铝材料)，增大导线横截面积可减小电阻。 (2)提高输电电压：由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流，即采用高压输电。 二、远距离输电系统 　目前世界各国都采用电网供电，在发电站内用升压变压器升压，然后再进行高压输电，在用电区通过降压变压器降到所需电压。 三、直流输电 　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；同一电网的发电机同步运行，技术上存在困难，所以有些大功率输电线路采用直流输电。 1．判断正误 (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。(　　) (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。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 2．链接实景如图为一高压输电线路，随着电压的增加，用电危险性也会跟着增加，为什么还要采用高压输电？ 提示：输电功率P＝UI，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，可减小输电电流，从而减少输电线上的电能损失。 学生用书↓第91页 知识点一　输电线上的电压和功率损失问题 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)输送到用户两端的电压U′与U、P、I及r之间有哪些关系式？ (2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？为什么？ (3)功率损失的表达式是什么？降低功率损失有哪些途径？ 提示：(1)U′＝U－ΔU＝U－Ir＝U－r。 (2)不相等。由于输电线有电阻，有一部分电能转化为电热损耗掉了。 (3)ΔP＝I2r＝r。降低功率损失的两个途径：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U。 1．输电线上的电压损失ΔU 输电线上的电压损失ΔU是输电线路始端电压U与输电线路末端电压U′的差值，ΔU＝U－U′＝Ir＝r。 2．输电线上的功率损失ΔP (1)原因：输电线有电阻r，电流I流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失。 (2)计算式：①ΔP＝I2r；②ΔP＝ΔUI；③ΔP＝。 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知，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)减小输电电流I：根据I＝可知，在输送功率P与输电线电阻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，输电线上的功率损失将降为原来的。 假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响，则(　　) A．输电电流变为原来的2倍 B．输电线上损失的电压将变为原来的2倍 C．输电线上损失的电压将变为原来的 D．输电线上损失的电功率将变为原来的 C　[由于P输不变，根据输送电功率P输＝U输I输可知，输电电流I输＝∝，当U输变为原来的2倍时，则I输变为原来的，故A错误；当输电电流变为原来的时，根据输电线上损失的电压ΔU＝I输R线∝I输可知，输电线上损失的电压也变为原来的，故B错误，C正确；输电线上损失的电功率P损＝IR线∝I，所以输电线上损失的电功率将变为原来的，故D错误。] 特别提醒 计算功率损失和电压损失的三点提醒 1．输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指在输电线路上损失的电压ΔU＝I输r。 2．输送功率是指高压输电线起始端输出的功率，损失功率是输电线上损失的功率。 3．输电线上的电流由I输＝计算，而不能由I输＝计算。 针对练1.(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