沪科版高中物理选修32第3章第1节《高压输电原理》word学案.docx
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沪科版高中物理选修32第3章第1节《高压输电原理》word学案
学案1 高压输电原理
[学习目标定位]1.掌握输电过程中降低输电损耗的两个途径.2.理解高压输电的原理.3.会对简单的远距离输电线路进行定量计算．
1．电阻定律：
在温度不变时，同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比，导体电阻与构成它的材料有关，即R＝ρ
.
2．电功率P＝UI，热功率P＝I2R.
一、远距离输电为什么要用高电压
1．减少输电线上电能损耗的两条途径：
（1）降低输电导线的电阻．
（2）减小输电线中的电流．
2．由P＝UI可知，当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输电电流．
3．提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的电能损耗，这就是远距离输电需采用高电压的根本原因．
二、交流输配电网
发电机发出的交变电流先送到升压变电站，将电压升高到220kV以上，由高压输电线向远处输送．在用电区，先由第一级变电站将电压降到110kV，再输送到第二级变电站，将电压降到10kV，送到用电区．对普通生活用电，则还要用变压器将电压降到220V.
远距离输电为什么要用高电压
[问题设计]
如图1所示，假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是R，在图中导线电阻集中画为r，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么：
图1
（1）远距离大功率输电面临的困难是什么？
（2）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？
降低输电损耗的两个途径是什么？
（3）为什么远距离输电必须用高压呢？
答案
（1）在输电线上有功率损失．
（2）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，所以降低输电损耗的两个途径为：
①减小输电线的电阻R；②减小输电电流I.
（3）因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得，要减小输电电流I，必须提高输出电压U.
[要点提炼]
输电线上的电压损失和功率损失（设输电线上电阻为R，电流为I）
1．电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝IR.
2．功率损失
（1）远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2R.
（2）若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝
，ΔP＝ΔU·I.
3．减小电压、功率损失的方法
（1）减小输电线的电阻
由R＝ρ
可知，距离L一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻．
（2）减小输电电流I
由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．
[延伸思考] 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？
答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压ΔU＝Ir较大，用户得到的电压U－ΔU变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗．
一、降低输电损耗的途径
例1
如图2所示为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是（ ）
图2
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
答案 ABD
解析 由P损＝I2R和R＝ρ
，P损越小，所以A正确．由P＝UI及P损＝I2R知B正确，C错误．电压越高，对输电线路绝缘性能和对变压器的要求越高，实际输送电能时，要综合考虑各种因素，故D正确．
二、输电线上功率损失的计算
例2
发电厂发电机直接向学校供电，发电机输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则下列关于输电线损失的功率的式子中错误的是（ ）
A.
B.
C．I2RD．I（U1－U2）
答案 A
解析 用P＝U2/R求电阻上损失的功率时，U要与电阻R相对应，选项A中的U1是输出电压不是输电线上的电压，故A是错误的．B中的U1－U2是输电线上的电压，因此，B是正确的．C、D中的电流I是输电线中的电流，故C、D都是正确的．
例3
三峡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）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？
它占输出功率的几分之几？
（3）若将电压升高至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？
它占输出功率的几分之几？
解析
（1）由P＝UI得I＝
＝
＝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
＝
＝
（3）将电压升高至50万伏时，I′＝
＝
＝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
＝
＝
答案
（1）2500A
（2）1.25×108W
（3）1000A 2×107W
针对训练 在我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气，高压输电线因结冰而造成严重损毁，如图3所示，为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：
利用电流的热效应除冰．在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；若输电功率和输电线电阻不变，除冰时，需要输电线上热耗功率为9ΔP，则除冰时（ ）
图3
A．输电电流为3IB．输电电流为9I
C．输电电压为3UD．输电电压为
U
答案 AD
解析 高压线上的热耗功率为ΔP＝I2R线①
若热耗功率变为9ΔP，则9ΔP＝I′2R线②.
由①②得I′＝3I，A对．又输送功率不变，P＝UI＝U′I′，得U′＝
U，所以D对．
1．（降低输电损耗的途径）中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有（ ）
A．提高输送功率B．增大输送电流
C．提高输电电压D．减小输电导线的横截面积
答案 C
解析 电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径：
（1）减小输电导线中的电流，即可提高输电电压；
（2）减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故C正确．
2．（输电线上功率损失的计算）远距离输电，原来用电压U0输送，输电线上损失的功率为P0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为____U0.
答案 10
解析 设输送功率为P，则P0＝（
）2R线，0.01P0＝（
）2·R线，所以U＝10U0.
3．（输电线上功率损失的计算）一座小型发电站，用总电阻是0.5Ω的输电线把电输送给用户，发电站输送的电功率是20kW.假如用250V的电压输电，估算输电导线上的功率损失和用户得到的功率．假如改用500V的电压输电，输电线上的功率损失和用户得到的功率又各是多少？
答案 3.2kW 16.8kW 0.8kW 19.2kW
解析 假如用250V的电压输电，输电导线上的功率损失为P损＝（
）2R＝（
）2×0.5W＝3.2kW
用户得到的功率为
P用＝P－P损＝20kW－3.2kW＝16.8kW
假如改用500V的电压输电，输电导线上的功率损失为
P损′＝（
）2R＝（
）2×0.5W＝0.8kW
用户得到的功率为
P用＝P－P损′＝20kW－0.8kW＝19.2kW.
题组一 降低输电损耗的途径
1．远距离输送交流电都采用高压输电．我国正在研究用比1000kV高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是（ ）
A．可节省输电线的材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减小输电线上的能量损失
D．可加快输电的速度
答案 AC
解析 由于远距离输电，往往输送电功率一定，根据P＝UI，输送电压U越高，则输送电流I＝
越小，据P线＝I2R知，当要求在输电线能量损耗一定的情况下，输电线电阻可略大，导线可做得细一些或选择电阻率大的材料（非铜材）；若输电线确定，即R确定，则可减小线路上的能量损耗，故A、C项正确；而交流电的频率是一定的，不需调节，输电的速度就是电磁波的传播速度，也是一定的，故B、D项不正确．
2．远距离输电时，在输送功率不变的条件下（ ）
A．增加导线的电阻，可以减小输电电流，提高输电效率
B．提高输电电压，可以减小输电电流，提高输电效率
C．提高输电电压，势必增大输电导线上能量的损耗
D．提高输电电压，势必增大输电导线上的电流
答案 B
解析 在输送功率一定的前提下，P输＝U输·I输，P损＝I
·R线，η＝
×100%，所以选项B正确．
3．关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是（ ）
A．由功率P＝
，应降低输电电压，增大导线电阻
B．由P＝IU，应低电压小电流输电
C．由P＝I2R，应减小导线电阻或减小输电电流
D．上述说法均不对
答案 C
解析 输电时导线上损失的电压ΔU＝IR，它不同于输电电压，P＝
或P＝IU中的U应为导线上损失的电压，故A、B错误，导线上功率的损失为发热损失，P＝I2R，故C正确．
题组二 输电线上功率损失的计算
4．在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损失的电功率（ ）
A．随输电线电阻的增大而增大
B．和输送电压的平方成正比
C．和输电线上电压降落的平方成正比
D．和输电线中电流的平方成正比
答案 ACD
解析 由损失功率公式P损＝I2R线＝（
）2R线＝
.
5．中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。
假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为（ ）
A.
B.
C．2PD．4P
答案 A
解析 在超高压输电中，设输送电功率为P′，输电电压为U，输电线电阻为R，则输电线上损耗的电功率为P＝
2R，当输电电压升为原来的2倍时，输电线损耗的电功率变为原来的
，故选A.
6．输电导线的电阻为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（ ）
A．U1∶U2B．U
∶U
C．U
∶U
D．U2∶U1
答案 C
解析 由P＝UI得输电线中的电流I＝
.输电线上损失的功率P损＝I2R＝（
）2R＝
，即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比．所以两次输电线上损失的功率之比P损1∶P损2＝U
∶U
7．某发电厂原来用11kV的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220kV输电，输送的电功率都是P.若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是（ ）
A．根据公式I＝
，提高电压后输电线上的电流降为原来的
B．根据公式I＝
，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍
C．根据公式P损＝I2R＝
R，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的
D．根据公式P损＝
，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍
答案 AC
解析 输电线上电流为I＝
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