第三章 第4节　电能的传输（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第4节　电能的传输 课程内容要求 核心素养提炼 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上电能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． 1．科学思维：通过对降低输电损耗的分析，体会科学思维在构建物理模型中的重要作用． 2．科学态度与责任：通过对简单的远距离输电线路的分析与计算，体会科技对社会发展的推动作用． [对应学生用书P59] 1．原因：输电导线自身存在电阻． 2．电压损失： U损＝Ir．(不考虑电感和电容) 3．功率损失：P损＝I2r． 4．降低输电损耗的两个途径 由公式P损＝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，尽可能增大导线的横截面积．但过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗也给架设工程带来困难． (2)减小输电线中的电流：在输送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. 前一种方法的作用效果十分有限，一般采用后一种方法． [思考] 电能输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则某同学认为输电线中的电流为I＝.该同学的想法对不对，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，输电线中的电流应为I＝. 1．远距离输电系统 (1)电网供电：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． (2)交流供电系统示意图 2．直流输电 [对应学生用书P60] 探究点一　输电线上电压和功率损耗的计算 　(1)为什么在用电高峰期家中的白炽灯亮度较暗？ (2)“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？ 提示　(1)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，实际功率变小，因此白炽灯灯光较暗． (2)不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送电能的角度，由P＝IU，且在P一定的条件下得出的结论，两者没有联系． 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)三个计算公式：①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P线＝. 2．输电线上的电压损耗 若用U表示输电线的始端电压，U′表示输电线的末端电压，则U线＝U－U′(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，则输电导线上因发热而损失的功率P损＝I2R线＝R线，因此，若将输电电压提高到nU，则P损将减小为原来的. 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，但在高中阶段计算中，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． 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＝I1R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 [变式]　在[例1]中，若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的几分之几？ 解析　ΔP＝I2R线 则＝＝＝ 输电线的电阻应变为原来的. 答案　 [题后总结]　计算输电线上功率损耗的方法 1．ΔP＝I2R，I为输电线上的电流，R为线路电阻． 2．ΔP＝，U线为输电线路上损耗的电压，R为线路电阻． 3．ΔP＝U线I，U线为输电线上损耗的电压，I为线路上的电流． [训练1]　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．减短输电线长度 C．减少通电时间 D．采用高压输电 D　[从造成电能损失的原因分析，要减少电能损失，需要减小电阻或减小输电电流．减小电阻的方法实现起来较困难，因此应当采用高压输电，减小输电电流．D正确．] [训练2]　随着社会发展，人类对能源的需求日益增加，节能变得愈加重要．甲、乙两地采用电压U进行远距离输电，输电线上损耗的电功率为输入总功率的(k＞1).在保持输入总功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用5U的电压输电，若不考虑其他因素的影响，输电线上损耗的电功率将变为输入总功率的(　　) A．　　　B． C．5k　　　D．25k A　[设输送的电功率为P.当输送电压为U时，在线路上损失的功率为ΔP＝I2R，由I＝，得ΔP＝.同理，当输送电压为5U时，在线路上损失的功率为ΔP′＝，由题