2019-2020学年高中物理第二章交变电流第七节远距离输电学案粤教版选修3-2.docxVIP

第七节远距离输电

[学科素养与目标要求]

物理观念：1.了解远距离高压输电的原理.2.理解输电线上电能损失的影响因素．

科学思维：1.体会降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况.2.能分析远距离输电的基本过程，会对基本的远距离输电线路进行定量计算.3.体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计基本的供电框架图．

一、从发电站到用户的输电线路

1．输电线路：由发电站、升压变压所、输电导线、高压变电所、低压变电所和用户组成．

2．示意图

二、为什么要用高压输电

1．输电线上的功率损失：ΔP＝I2R，其中I为输电电流，R为输电导线的电阻．

2．减少电能损失的两种方法

(1)在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积．

(2)为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压．

三、直流输电

1．高压直流输电的原因：高压交流线路中电感、电容引起的电能损失很大，因此采用高压直流输电．

2．直流输电过程

1．判断下列说法的正误．

(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比．(√)

(2)由P＝U2r可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小．(×)

(3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压．(√)

(4)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等．(×)

2．输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为________________．

答案U∶U

一、降低输电损耗的两条途径

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)用户两端的电压是多大？

(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？

(3)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？

答案(1)U′＝U－ΔU＝U－PUr.

(2)不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和．

(3)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．

功率损失表达式：ΔP＝I2r＝P2U2r，所以降低功率损耗的两条途径为：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.

如图1所示：

图1

1．输电线上的电压损失

ΔU＝U－U′＝Ir＝PUr.

2．输电线上的功率损失

(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＝ΔU2r，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＝ρLS，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，但这要多耗费金属材料，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＝PU，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1n，输电线上的功率损耗将降为原来的1n2.

例1三峡水电站某机组输出的电功率为50万千瓦．

(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？

(2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？

(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？

答案(1)2500A(2)1.25×108W14

(3)1000A2×107W125

解析(1)由P＝UI得I＝PU＝5×108W2×105V＝2500A.

(2)输电线上损失的功率

ΔP＝I2·2r＝25002×2×10W＝1.25×108W

损失功率与输出功率之比为ΔPP＝1.25×108W5×108W＝14.

(3)将电压升高至50万伏时，I′＝PU′＝5×108W5×105V＝1000A

输电线上损失的功率

ΔP′＝I′2·2r＝10002×2×10W＝2×107W

损失功率与输出功率之比为ΔP′P＝2×107W5×108W＝125.

例2(多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是()

A.U12R线 B.U1－U22R线

C．I2R线 D．I(U1－U2)

答案BCD

解析输电线功率损耗P损＝I2R