3.4电能输送-2023-2024学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）

3.4电能输送原卷版 【电能输送知识点梳理】 一、输送电能的基本要求 1．可靠：指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：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 二、电能的输送 如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R. 1.输电线上的电压损失(如图)ΔU＝U－U′＝Ir＝r. 2．输电线上的功率损失(如图) (1)ΔP＝I2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻． (2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝，其中ΔU为输电线上的电压损失． 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，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，但过粗的导线会多耗费金属材料，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＝，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. 三、电网供电 1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压． 2．电网：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． 3．电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益． (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡． (3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． 四、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　发电机回路．该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机． 回路2　输送电路．I2＝I3＝IR，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3. 回路3　输出电路．I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用． 3．抓住两个物理量的联系 (1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2. (2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4. 4．掌握一个能量守恒定律 发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户． 5．常用关系 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4. (2)电压关系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝. (3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝. (4)输电电流：I线＝＝＝. (5)输电线上损耗的电功率：ΔP＝P2－P3＝I线2 R线＝＝ΔU·I线． (6)输电线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3. 6．输电线路功率损失的计算方法 P损＝P1－P4 P1为输送的功率，P4为用户得到的功率 P损＝IR线 I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻 P损＝ ΔU为输电线路上损失的电压，不要与U2、U3相混 P损＝ΔU·I线 注意：ΔU不要错代入U2或U3 【电能输送举一反三练习】 1．如图所示，高压输电线是远距离传输电能的重要组成部分，下列关于高压输电线的说法正确的是（　　） A．输电线应选用电阻率大的金属材料制作 B．高压输电线比普通导线粗，目的是增大导线电阻 C．输电线上方还有两条导线，其作用是把高压线屏蔽起来免遭雷击 D．在输送功率一定时，输电线上损失的功率跟输送电压平方成正比 2．为了保护埋在学校地下的输电线不被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．如图所示，某校兴趣小组研究了两种方案：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电线输送的电流较大且为交流电，你认为以下各位同学的证据与解释最合理的是（    ）．      A．黄同学认为乙方案可以节省钢材，一定是最佳方案 B．陈同学认为乙方案无法规避导线之间的相互作用力，只能选择甲方案 C．陆同学认为甲方案中一定会产生涡流，乙方案可大幅减小涡流，所以应该选择乙方案 D．沈同学认为远距离输电应该尽可能选择直流电，因为直流电不存在涡流等不利因素 3．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机的电压，经变压器升压后向远处输电