第3章 第4节 电能的远距离输送（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（鲁科版2019）

第4节　电能的远距离输送 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 建立关于电能输送的能量观念。了解从发电站到用户的输电过程。 1.理解降低输电损耗的两个途径，理解高压输电的原理，会计算输电损失。 2．掌握远距离输电的典型电路，并能利用电路知识，变压器规律等解决有关问题。 能够进行损失电压和功率的科学探究。知道远距离输电时，输电线上损失与哪些因素有关。掌握控制变量法。 能认识到物理学的理论发展是推动技术进步的源泉；对交变电流及远距离输电等有进一步了解的兴趣；能领会发电机和电动机的发明及应用对人类生活和社会发展的深远影响，能体会基础科学的重大发现在工业革命和社会发展中的作用。 [对应学生用书P67] 知识点一 采用高压输电的原因 1.两种损失比较 主要原因 大小表示 减小办法 电功率损失 输电线有电阻，通过电流产生焦耳热 ΔP＝I2R 减小输电线的电阻R，减小输电电流I 电压损失 输电线电阻的电压降 ΔU＝IR 2.降低两种损失的途径——高压输电❶ 输送一定功率电能，输电电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能越少，线路上电压的损失也越少。 1．为了减少能量损失，要高压输电，而且越高越好。(　×　) 2．输送功率一定时，提高输送电压，可以减少功率损失。(　√　) 知识点二 高压交流输电与直流输电 1.高压交流输电系统 (1)输电环节：在发电站附近用升压变压器升高电压，用输电线输送到远方，在用电地区附近，用降压变压器降到所需电压。 (2)远距离输电的电路图如图所示： 2．高压直流输电❷ (1)采用高压直流输电的原因：当交流输电功率很大时，导线的电感、电容引起的电压及电能损失很大；同一电网供电的发电机需同步运行，技术上存在困难。 (2)高压直流输电系统的工作程序：交变电流升压后输送到整流器，把高压交变电流变换成高压直流电流，经由高压直流线路输送到用电地区后，将高压直流电流变换成高压交变电流，再经降压变压器降压。 知识点三 电能的利用与社会发展 1.发电机、电动机在工业上的运用，克服了蒸汽机在使用过程中存在的不少难题，体现出许多优越性。 2．目前使用的电能，主要来自热能、水能、原子能、风能等其他形式的能量，这些能量转换为电能都离不开发电机❸。 3．电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者。 1．高压直流输电与高压交流输电的区别在于输送环节。(　√　) 2．现实中主要通过增加导线的横截面积来减小输电损耗。(　×　) 批注❶：高压输电的基本要求有： (1)可靠：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：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 批注❷：高压直流输电系统的优点： (1)当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄； (2)直流输电的能量损耗小； (3)对通信干扰小； (4)不需要考虑电网中的各台交流发电机的同步运行问题等。 批注❸：火力发电是利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能将水加热，产生高压水蒸气，推动汽轮机转动，带动发电机的转子转动，将机械能转化为电能，再通过外电路把电能输送出去；水力发电和风力发电则是直接利用水和风带动发电机的转子转动，将机械能转化为电能。 [对应学生用书P69] 探究点一　输电线上的电压损失、功率损失问题　(科学思维之提升) ►情境探究 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)用户端的电压U′与U、P、I及r之间的关系式是什么？ (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？降低功率损失的途径有哪些？ 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。降低功率损失有两个途径：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。 ►探究归纳 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′＝I·R线＝·R线。 2．输电线上的功率损失ΔP (1)原因：输电线有电阻R线，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线； 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线：根据R线＝ρ可知，可以减小电阻率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