(讲义)第3章 4 电能的传输-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

4．电能的传输 学习任务 1．理解远距离输电时决定电能损耗的因素，理解高压输电的原因。 2．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计算。 3．知道交变电流从发电站到用户的输电过程。 知识点一　电能输送中的电压损失和电能损耗 1．电压损失 (1)损失原因：导线自身存在电阻r。 (2)电压损失大小：U损＝Ir。 2．输电线上的功率损耗 (1)输电线上的功率损耗：P损＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。 (2)降低输电损耗的两个途径 ①减小输电线的电阻，即在输电线长度l和材料一定的情况下，通过增大导线横截面积S来实现。 ②减小输电电流I，即在输送功率一定的情况下，由P＝UI知，可以通过提高输电电压U来减小I。 知识点二　远距离输电系统 1．基本环节 2．电路原理图(如图) 　用户得到的电能与发电站输出的电能相等吗？ 提示：不相等，在送电过程中输电线上有电阻，损失一部分电能。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)仅仅从减少能量损耗的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损耗的能量越少。 (√) (2)在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小。 (√) 知识点三　直流输电 1．直流输电的优点：不存在电感和电容引起的电压及电能损失。 2．直流输电的基本过程：在发电站区域经变压器升压，由整流设备将交流电变成直流电，用高压直流电进行远距离传输，在用户区域由逆变器将直流电变回交流电，经变压器降压送给用户。 3．直流输电示意图 　高压交流输电和高压直流输电的优缺点？ 提示：高压交流输电方便升压、降压；缺点是受电容、电感影响较大，同一电网发电机必须同步运行。高压直流输电不受电容、电感影响，但不方便升压、降压。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)直流输电的优点是不存在电能损失。 (×) (2)直流输电过程中电路中始终是直流电。 (×) 中国的特高压直流输电技术世界领先。世界首个海拔4000米以上的高海拔特高压直流试验线段工程——中国电力科学研究院西藏高海拔特高压直流试验线段顺利通过验收。该试验线段具备高海拔苛刻条件下±500千伏、±800千伏、±1100千伏、±1300千伏直流及1000千伏交流特高压工程试验能力，当之无愧地成了目前世界上海拔最高、电压等级最高、功能最全的特高压试验基地。如图所示，输送功率为P，发电厂输出的电压为U，两条导线的总电阻是r，在图中把导线电阻集中画为r，请思考： (1)输电线中的电流为多少？在发电厂输送功率一定时，输电线中的电流与输电线电阻及用电器电阻有关系吗？ (2)输电线上功率损失的表达式是什么？ (3)为什么远距离输电必须用高压呢？ 提示：(1)发电厂相当于一个电源，由P＝UI可知，输电线中电流为I＝，与输电线电阻及用电器电阻无关。 (2)功率损失表达式ΔP＝I2r＝r。 (3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得，要减小能量损耗，就要减小输电电流I，必须提高输出电压U。 考点1　输电线上电压和功率损失的计算 1．输电线上的电功率损失 (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失。 (2)计算式：①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P线＝。 2．输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或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，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的。 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。 【典例1】　某变电站用220V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＝220V时，损失功率ΔP1＝20%P 又因为ΔP1＝R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＝440V。 [答案]　440V [母题变式]　 在[典例1]中，若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的多少倍？ 提示：ΔP＝I2R线 则＝＝＝ 输电线的电阻应变为原来的。 计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端的电压)U和输电线上的损失电压ΔU。 (1)P损＝ΔUI＝，ΔU是输电线两端的电压差，即输电线上损失的电压。 (2)P损＝R线，U是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压。 [跟进训练] 1．远距离输电，