第3章 第4节 电能的远距离输送-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第4节　电能的远距离输送 【核心素养目标】 物理观念 掌握高压交流输电、高压直流输电的概念。 科学思维 会求解远距离输电问题。 科学探究 会利用模型解决远距离输电问题。 科学态度与责任 知道生活中的远距离输电问题。 一、采用高压输电的原因 1．两种损失 两种损失 原因分析 大小表示 减小办法 电功率损失 电流产生热效应 ΔP＝I2R 减小R 减小I 电压损失 输电线电阻和输电线电抗 ΔU＝IR 减小I 减小R 2.高压输电：在保证输送电功率P不变的前提下，提高输电电压，会减小电流，从而减小导线上的电功率损失和电压损失。 二、高压交流输电与直流输电 1．高压交流输电 (1)交流输电的缺陷：交流输电电路中不仅有电阻，而且还有电感和电容。 (2)交流输电网的要求： ①并联输电线中的交变电流必须同时达到最大值和最小值。 ②交变电流的频率必须相同。 2．高压直流输电 (1)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。 (2)高压直流输电的优点： ①节约线材；输电杆塔结构简单，占地面积小。 ②不会受到电感和电容的影响。 ③不需要考虑电网中各台交流发电机的同步运行问题。 (3)在输电过程中应注意下两点： ①在输送功率和输电电压一定时，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小。 ②使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。 三、电能的利用与社会发展 1．电能的优点 电能通过发电厂和电力网实现了集中生产、分散使用，便于传输和分配。电动机灵活、小巧、适应力强，更加广泛地应用于工业生产领域。 2．电能的来源及转化 电能是二次能源，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。 3．电能的社会价值与弊端 电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者。但不可再生能源的过度开发和利用，又带来了水土流失、环境污染、生态失衡等严重后果。 学生用书第85页 1．判断正误 (1)由P＝UI知，电功率损失与电流成正比。(　×　) (2)高压输电是通过减小输电电流来减小电路的电能损耗。(　√　) (3)仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少。(　√　) (4)在输送功率和输电电压一定的情况下，使用同种材料的导线时，越粗的导线损耗的电压越小。(　√　) (5)直流输电比交流输电的技术要求更高，输电原理也更复杂。(　√　) 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。 知识点一　输电线上的电压和电能损失 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．计算输电线上的电压损失和功率损失 (1)电压损失：由于输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压U3比起始端电压U2要低，这就是输电线路上的电压损失，ΔU＝U2－U3＝IR线。对于交流电路，感抗和容抗也会造成电压损失，高中阶段暂不研究。 (2)功率损失：由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因。设输电电流为I，输电线的电阻为R线，则功率损失为ΔP＝I2R线。 2．减小输电线上电压、功率损失的方法 根据电压损失的表达式ΔU＝IR线和功率损失ΔP＝I2R线可知，要减少输电线上的电压损失和功率损失，有两种方法： (1)减小输电线的电阻R线：根据电阻定律可知R线＝ρ，要减小输电线的电阻R线，可采用下述方法： ①减小材料的电阻率ρ。银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的是铜或铝作输电线材料。 学生用书第86页 ②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离。 ③增加导线的横截面积。可适当增大横截面积，太粗不可能，既不经济又架设困难。另外，用增大输电导线横截面积的方法来减小电阻，对低压照明电路有效