2018-2019学年高中物理（沪科）选修3-2（课件+检测）：3.1　高压输电原理 (3份打包)

3.1　高压输电原理 学 习 目 标 知 识 脉 络 1．知道远距离输电线上的损失与哪些因素有关． 2．知道交流输配电网的设计． 3．掌握输电线上的功率损失和电压损失的计算．(重点、难点) 4．掌握高压输电原理及减少输电线上功率损失的方法．(难点) [自 主 预 习·探 新 知] [知识梳理] 一、远距离输电为什么要用高电压 1．电能损耗的根本原因 输电线有电阻，输电线的电阻把电能转化为内能而损失掉． 2．减少损耗的途径 (1)可以增大导线横截面积以减小输电电阻． (2)采用升高输电电压的方法，以减小输电电流从而减小电能损耗． 3．高压输电的原理 由输电线上损耗的电功率公式P损＝可知，提高输送电能的电压，可以更有效的减小输电线路上的电能损失． 二、交流输配电网 1．电能输送的系统性 高压输电有效地解决了电能在输电线路上的损耗问题，但也不是电压越高越好，电压越高，对输电线路及其有关设备的绝缘性能要求越高，会受到更多因素的影响． 2．输电线路的构成 建造电能输配电网是为了确保电能的输送经济、可靠，发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到220 kV以上，进行高压送电；在用电区，先由第一级变电站将电压降到110 kV，再送到第二级变电站，将电压降到10 kV送到用电区．对普通生活用电，则要用降压变压器进一步降到220_V. [基础自测] 1．思考判断 (1)采用高压输电可以节省电线材料，减少输电线上能量损耗． (√) (2)采用高压输电，可减少电能损耗，因而电压越高越好． (×) 【提示】　综合考虑，并不是电压越高越好． (3)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I＝. (×) 【提示】　U为输电电压，并不是导线两端电压． (4)远距离输电是应用了提高电压和减小电阻两个方面来实现的． (√) (5)高压输电中的高电压，到用户那里可以直接应用． (×) 【提示】　高压输电中的高电压，到用户那里要用降压变压器逐步降到220 V. (6)由P＝I2r可知减小输电线电阻和降低输电电流可减小输电损失．(√) 2．(多选)远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)(　　) 【导学号：53932080】 A．功率损失是原来的 B．功率损失是原来的 C．电压损失是原来的 D．电压损失是原来的n倍 BC　[设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻为R，则输电电流I＝，故选项C正确．]，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的，可知ΔU∝，故选项B正确；线路上的电压损失ΔU＝IR＝，当输电电压U升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的，可知ΔP∝，线路的功率损失ΔP＝I2R＝ 3．交流输电线路中功率损失的主要原因(　　) A．输电导线具有电阻 B．输电导线具有容抗 C．输电导线具有感抗 D．以上说法均不正确 A　[电能的主要损耗是电热，由△P＝I2R可知A选项正确．] [合 作 探 究·攻 重 难] 远距离输电用高电压的原因 1．电压损失(图3­1­1)：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． 图3­1­1 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． 3．减小输电线路上电压损失和功率损失的方法：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铜或铝作输电线材料． 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，在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大．故这种方法在高压输电中的应用效果不佳． (2)减小输电电流：在输电功率一定的条件下，根据P＝UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U.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，根据ΔU＝IR线＝.所以减小输电电流，采用高压输电的方法比减小输电线电阻的方法更有效． ·R线知，输电线上的功率损失将降为原来的，根据Δ