人教版高中物理选修1-1学案：3.5高压输电

3.5 高压输电
[学习目标定位] 1.了解为什么要用高压输电.2.知道减少远距离输送电能损失的主要途径.3.了解电网供电的优点，了解输电的新技术．
知识点
一、远距离输电的电能损失
1．影响电能损失的因素：输电线的电阻越大，输电线上通过的电流越大，在输电线上产生的热量就越多，损失的电能越多．
2．减少输电线路上的损耗的方法
(1)减小输送线路的电阻；
(2)减小输送线路的电流．
3．降低导线电阻的方法：选择导电性能好的材料做导线，且使导线粗一些．
4．降低输电电流的方法：在输送功率不变的情况下，提高(填“提高”或“降低”)输送电压，输电线中的电流就会减小．
二、电网供电
1．将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来，形成全国性或地区性输电网络，叫做电网．
2．电网供电的优点是：(1)节约成本，提高效益；(2)使电力的供应更可靠、质量更高.
知识探究
一、远距离输电
[问题设计]
1．葛洲坝电站通过发电机把水的机械能转化为电能，发电功率可达271.5 万千瓦，从葛洲坝电站发出的电输送到武汉、上海等地，在如此远距离输电过程中，主要需考虑哪些方面的问题？
答案 输电导线上电能的损失
2．远距离输电中，通常是通过架设很高的、很粗的高压电线把电能输送到目的地的，远距离输电为什么要用高电压？
答案 输送功率一定时，提高输送电压，可以减小导线中的电流，从而减小损失的功率．
[要点提炼]
1．电能损失的原因：电流的热效应．
2．减少电能输送时损失的途径
(1)降低导线电阻
①选择导电性能好的材料做导线．
②增加导线的横截面积．
③降低导线电阻的措施的局限性：电阻率较小的金属一般比较贵重；导线横截面积增大不仅增加材料消耗，还会给架线工作增大困难．
(2)降低输电电流——提高输电电压
①由P ＝UI 知，在输送功率不变的情况下，减小电流就必须增大电压．
②由P ＝UI 和P 热＝I2R 可知，在P 不变的情况下，电压提高一倍，热损耗功率将会减少为
原来的14
. 3．远距离输电过程的示意图(如图1所示)
图1
理想变压器：P1＝P2，P3＝P4，P2－P3＝P 损．
4．输电线上的功率损失和电压损失
(1)输电线上的功率损失
设输电线电阻为R 线，输电线上的电流为I 线，则功率损失P 损＝I 2线R 线．
(2)输电线上的电压损失
ΔU 表示电压损失，U 表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，那么有ΔU ＝U －U′. 说明 输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比，输出电压提高为原来的n 倍，导线上电能的损失就减为原来的1n2
. 二、电网供电及其作用
1．电网的定义：将多个电厂发的电通过输电线、变压器连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网．
2．电网供电的作用
(1)可以在一些能源产地使用大容量的发电机组，减少发电设施的重复建设，降低运输一次能源的成本，获得最大的经济利益；
(2)可以保证发电和供电系统的安全与可靠，调整不同地区电力供需平衡，保障供电的质量；
(3)使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理的调度电力，使电力供应更加可靠、质量更高．
例题
一、输电线路功率损失的计算
例1 关于减少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 ＝U2R
，应降低输电电压，或增大导线电阻 B ．由P ＝IU ，应降低输电电压，或减小输电电流
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
解析 解此题关键是分清U 是输电电压，而不是输电线上的电阻引起的电压降落，故C 正确，A 、B 、D 错．
答案 C
例2 输电导线的电阻为R ，输送电功率为P.现在分别用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∶U2
B ．U 21∶U 22
C ．U 22∶U 21
D ．U2∶U1
解析 由P ＝UI 得输电线中的电流I ＝P U .输电线中损失的功率P 损＝I2R ＝R ＝P2R U2
.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P 损1∶P 损2＝U 22∶U 21.
答案 C
二、远距离输电
例3 某电站发电机组的总输出功率为440 kW ，现用220 V 的电压，用铝导线将其送到离电站10 km 远的工厂，要求电能输送过程中的损耗为输出功率的10%，求铝导线的总电阻应为多大？
解析 由P ＝UI 可求出输送电能的电流，
I ＝P U ＝440 000220 A ＝2 000 A ， 由P 损＝I2R 可求出铝导线的总电阻，
R ＝P 损I2＝ηP I2＝0.1×440 0002 0002
Ω＝1.1×10－2 Ω. 答案 1.1×10－2 Ω。