(讲义)第3章 第4节 电能的远距离输送-【提分教练】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 1．了解高压交流输电与直流输电及其优缺点。 2．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。 3．会利用模型解决远距离输电问题。 4．知道生活中的远距离输电问题。 知识点一　采用高压输电的原因 1．两种损失比较 两种损失 主要原因 大小表示 减小办法 电功率损失 输电线有电阻，电流流过时产生焦耳热 ΔP＝I2R 减小R 减小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 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。 　在电能的输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为I＝，这种说法是否正确？ 提示：不对，U为输电电压，而不是加在输电导线上的电压。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (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。 (√) (3)电压损失ΔU＝IR线和电功率损失ΔP＝I2R线中I可以通过I＝ 求得。 (√) 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)远距离输电电路图如图所示： 2．高压直流输电 (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同步运行，技术上也存在困难。 (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。 (3)高压直流输电系统的优点 ①不存在感抗和容抗引起的损耗。 ②节省材料，输电结构简单，占地面积小。 ③不需要考虑电网中的各发电机的同步运行问题。 　在交变电流电路中感抗、容抗类似于电阻对电流的阻碍作用。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)高压直流输电与高压交流输电的区别在于输送环节。 (√) (2)在直流输电中，不要求供电的所有发电机同步运行。 (√) 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。与蒸汽机相比，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．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。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。高铁、动力机械等，都是利用电动机的通电线圈受到磁场的力的作用而发生转动，将电能转化为机械能。 3．电能的利用提高了劳动生产率，解放了劳动者。 　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。 3．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电能是一次能源，可以再生。 (×) (2)输电线的电阻共计为r，输送的电功率为P，用电压U送电，则用户能得到的电功率为P－r。 (√) 如图所示的输电线路，为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？怎样才能减小导线上损失的电压呢？ 提示：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，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗；为减小导线上损失的电压可减小输电线电阻，提高输电电压。 考点1　输电线上电压和功率损失的计算 1．功率损失的原因 在电能输送过程中，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉。 2．若输电线的电阻为R线，输电电流为I，输电线始端和末端的电压分别为U和U′，则： (1)电压损失ΔU＝U－U′＝IR线。 (2)功率损失ΔP＝I2R线＝IΔU＝。 3．若输电功率P不变，输电电压提高到nU，可使输电电流减小到，则： (1)电压损失减小到。 (2)功率损失减小到。 【典例1】　在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站，输送的电功率P＝500 kW，当使用U＝5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h。 (1)求输电效率η和输电线的总电阻r。 (2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？ 思路点拨：输电线上损失的功率为P损＝I2r，输