2018-2019版高中物理 第三章 电磁感应 第5讲 高压输电学案 新人教版选修1-1
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第5讲 高压输电
[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.了解电网在能源利用上的作用,认识科学技术对人类生活的深远影响.
一、降低导线电阻
1.采用导电性能好的材料做导线.
2.使导线粗一些.
3.降低导线电阻的措施的局限性:导线太粗,不仅要消耗大量金属材料,而且会给架线工作增加困难.
想一想 要降低导线的电阻可以采取哪些措施?减小导线的长度可以吗?
答案 根据电阻定律R =ρl
S
可知,要降低导线的电阻,可以减小材料的电阻率或增大导线的横截面积,根据实际情况导线的长度不能改变. 二、降低输电电流
1.在输送一定功率的电能时,要减小输送的电流,就必须提高输电的电压.
2.输电电压过高,会增加绝缘的困难,因而架线的费用增加,输电线路还容易向大气放电,增加电能的损失.
想一想 在输送一定功率的电能时,若输送电压增大到原来的2倍,损失的电能变为原来的多少倍?
答案 输电线上的电流I =P U ,损失的功率P 损=I 2
R =P 2R U
2,输电导线上损失的电能和输出电
压的平方成反比,输出电压提高到原来的2倍,导线上电能的损失就减为原来的1
4.
三、电网供电
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.
一、高压输电 1.目的:输送电能.
2.电能损失的原因:电流的热效应.
3.关键:减小输电线上电能的损失:Q =I 2
R 线t . 4.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,还会给架线增大困难. (2)降低输电电流——高压输电
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=I 2
R 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
.
例1 对于电能输送的以下说法,正确的是( ) A.输送电能的基本要求是:可靠、保质、经济 B.减少输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电 C.减少输电导线上功率损失的唯一方法是增大导线的横截面积
D.实际输送电能时,要综合考虑各种因素,如:输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等 答案 AD
解析 由Q =I 2
Rt 和R =ρl
S
分析可知选项A 、D 正确,选项B 、C 错误. 针对训练1 远距离输电中,在输送的电功率不变的条件下( ) A.只有增大输电线的电阻,才能减小电流,提高输电效率 B.只有提高输电电压,才能减小电流,提高输电效率
C.提高输电电压势必增大输电线上的能量损耗
D.提高输电电压势必增大输电线上的电流 答案 B
解析 由于输电线上的电能损耗P 损=I 2
R =P 2U 2R ,U 增大,P 损减小,I =P
U
减小,故B 正确,A 、
C 、
D 错误.
二、输电过程中的电能损失
1.远距离输电过程的示意图(如图3-5-1)
图3-5-1
理想变压器P 1=P 2,P 3=P 4,P 2-P 3=P 损 2.输电线上的功率损失和电压损失
(1)输电线上的功率损失:P 损=I 2
线R 线.其中输电线电阻为R 线,输送功率为P ,输电线上的电流为I 线=P
U 2
(2)输电线上的电压损失:ΔU =U 2-U 3 (3)电压的关系:U 1U 2=n 1n 2,U 3U 4=n 3n 4
(4)用户实际得到的功率P ′=P -P 损
例2 如图3-5-2所示是远距离输电的示意图,下列说法正确的是( )
图3-5-2
A.a 的输出电压等于b 的输入电压
B.a 是升压变压器,b 是降压变压器
C.a 是降压变压器,b 是升压变压器
D.a 的输出电压等于输电线上损失的电压 答案 B
解析 因电路导线有电阻,会有电压损失,故a 的输出电压要大于b 的输入电压.且a 的输
出电压减去输电线上的损失电压等于b 的输入电压,选项A 、D 错误;因能量损失与输送电压的平方成反比,故为减小电路能量损耗,要用高压输电,到用户要进行降压,选项B 正确,C 错误.
针对训练2 输电线的电阻为r ,输送电功率为P ,用电压U 送电,则用户得到的功率为( ) A.P
B.P -P 2
U 2·r
C.P -U 2
r
D.P 2U
2r 答案 B
解析 输电线上的电流I =P U
,损失的功率P 损=I 2
r ,故用户得到的功率P 用=P -P 损=P -
P 2
U 2
·r ,B 正确.
高压输电的优点
1.远距离输送交流电都采用高压输电,我国正在研究用比330 kV 高得多的电压进行输电,采用高压输电的优点是( ) A.可节省输电线的铜材料 B.可根据需要调节交流电的频率 C.可减少输电线上的能量损失 D.可加快输电的速度 答案 AC
解析 由P =IU 得I =P U
,输送的电功率P 一定,采用高压输电,U 大则I 小,输电线中的电流越小,由P 线=I 2
r ,在要求输电线损耗一定的情况下,就可选电阻率略大一点的材料作为导线.若输电线确定,则可以减少输电线上的能量损失,故选项A 、C 正确;交流电的频率是固定的,不需调节.输电的速度就是电磁波的传播速度,是一定的,故选项B 、D 错误. 2.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 =U 2
R
,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,或减小电流输电
C.由P =I 2
R ,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 解此题关键是分清U 是输电电压,而不是在输电线上的电阻引起的电压降落,故C 正确,A 、B 、D 错误.
输电线路上的电功率损失
3.远距离输送一定功率的交流电,若输电线电阻一定,下列说法正确的是( ) A.输电线上的电压损失跟输电电压成正比 B.输电线上的功率损失跟输电电压的平方成正比 C.输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比
D.输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比 答案 CD
解析 此题容易犯的错误是将输电电压与损失电压相混,
由P =U 2R 而错选选项B.正确的思路是由I 线=P 送U 送,可知ΔU =P 送
U 送
R 线,故选项A 错误;ΔP =
P 2送
U 2送
R 线,故选项C 正确;由ΔP =ΔU 2
R 线知,选项D 正确. 4.水电站向小山村输电,输送电功率为50 kW ,若以1 100 V 送电,则线路损失功率为10 kW ;若以3 300 V 送电,则线路损失功率变为( ) A.3.3 kW B.1.1 kW C.30 kW D.11 kW
答案 B
解析 设输送电功率为P ,输电电压为U ,线路电阻为R ,则损耗功率P 损=I 2
R =(P
U
)2
R .代入数据可得B 选项正确.
(时间:60分钟)
题组一、高压输电的优点 1.远距离输电要采用( ) A.低压输电 B.高压输电 C.强电流输电 D.弱电流输电
答案 BD
2.远距离输电都采用高压输电的方式,其主要优点是( )
A.可增大输电电流
B.可加快输电速度
C.可减少输电线上的能量损失
D.可防止不法分子窃电 答案 C
解析 根据在输电的过程中输送的功率一定,P =UI ,输送电压越高,输送电流越小,选项A 错误;输电电压不会改变输电的速度,选项B 错误;输电电压越高,输电电流越小,根据
P 损=I 2R ,知损失的功率越小,选项C 正确;与不法分子窃电无关,选项D 错误.
3.关于远距离输电,下列说法中正确的是( )
A.高压输电可以减少输电线上的功率损失,因此输电电压可以无限大
B.因为铜的电阻率比较小,因此远距离输电中常使用铜作为输电线材料
C.远距离输电中使用铝导线作为输电线材料,并且不需要包裹绝缘材料
D.增大导线面积可减小电阻从而减小输电线上的电能损失,因此输电线为一根粗导线 答案 C
解析 远距离输电用裸露的铝导线高电压输电,并且是由多股导线缠绕而成,以增加电流的通过面积.因受到多种制约,输电电压不能无限增大,故C 正确.
4.某发电厂原来用11 kV 的交流电输电,后来改用升压变压器将电压升高到220 kV 输电,输送的电功率为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 =P U ,提高电压后输电线上的电流降为原来的120
B.根据公式I =P U
,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 =I 2
R ,提高电压后输电线上功率损失为原来的1400
D.根据公式P =U 2
R
,提高电压后输电线上功率损失增为原来的400倍
答案 AC
解析 由I 线=P U 知,I 线为原来的120,由P 损=⎝ ⎛⎭
⎪⎫P U 2R 知,P 损为原来的1400.选项A 、C 正确.
题组二、输电线路上的电功率损失
5.在远距离输电中,当输送的电功率相同时,则关于输电导线上损失的功率下列说法正确的是( )
A.减小输电导线的横截面积,可以减小输电损失的功率
B.降低输送电压从而增大输送电流,可有效减小输电损失的功率
C.提高输送电压从而减小输送电流,可有效减小输电损失的功率
D.输电损失的功率与输送电压的二次方成正比 答案 C
解析 减小输电导线的横截面积,则输电线上的电阻增大,损耗的功率变大,选项A 错误;降低输电电压,由输电线上的电流I =P U ,知输电电流变大,损耗的功率变大,选项B 错误;提高输电电压,由输电线上的电流I =P U
,知输电电流变小,损耗的功率变小,选项C 正确;
损失的功率P 损=I 2
R =P 2R
U
2,知输电损失的功率与输送电压的二次方成反比,选项D 错误.
6.某学校用发电机直接供电,已知发电机的输出电压为U 0,发电机至学校之间输电导线的总电阻为R ,通过输电导线的电流为I ,学校的输入电压为U 1.下列几个计算输电导线上功率损失的关系式,其中正确的是( )
A.U 20
R B.I 2
R C.U 21
R
D.IU 0-I 2
R
答案 B
解析 输电线上损失的电压U =U 0-U 1, 输电导线损失的电功率P =I 2
R ,
P =U 2R =(U 0-U 1)2R
,选项B 正确.
7.进行远距离输电时,在输送的电功率和输电线电阻都保持不变的条件下,输电的电压为
U 1时,输电线上损失的功率为P 1;输电电压为U 2时,输电线上损失的功率为P 2.则P 1∶P 2为
( ) A.U 2
1∶U 2
2 B.U 1∶U 2 C.U 2
2∶U 2
1 D.U 2∶U 1
答案 C
解析 输送的功率一定,由P =UI 知,I =P U ,则P 损=I 2
R =P 2R U
2,知输电线上损失的电功率与
电压的平方成反比.故A 、B 、D 错误,C 正确.
8.中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后的农村用电电价过高,农民负担过重,其
中客观原因是电网陈旧老化.近年来进行农村电网改造,为减少远距离输电的损耗而降低电费价格,下列措施可行的是( ) A.提高输送电功率 B.提高输送电压 C.加快输电的速度 D.调节交流电的频率
答案 B
解析 根据输送功率P =UI ,则I =P U ,则输电线上损耗的功率P 损=I 2
R =P 2R U
2,知降低输送功
率、减小电阻和增大输送电压,可减小损耗的功率.故B 正确,A 、C 、D 错误.
9.输电导线的电阻为R ,输送电功率为P .现在分别用U 和2U 两种电压来输电,则两次输电线上损失的功率之比为( ) A.1∶2 B.2∶1 C.1∶4 D.4∶1
答案 D
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=I 2
R =(P U )2R =P 2R U
2.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 2
2∶U 2
1=4∶1.
10.如图3-5-3所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U ,用等效总电阻是r 的两条输电线输电,输电线路中的电流是I 1,其末端间的电压为U 1.在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I 2.则( )
图3-5-3
A.用户端的电压为
I 1U 1
I 2
B.输电线上的电压降为U
C.理想变压器的输入功率为I 2
1r D.输电线路上损失的电功率为I 1U 答案 A
解析 理想变压器输入和输出功率相同,设用户端得到的电压为U 2,则有I 1U 1=U 2I 2,U 2=
I 1U 1
I 2
,选项A 正确;输电线上的电压降为ΔU =I 1r ,或者ΔU =U -U 1,选项B 错误;理想变压器的
输入功率为P=I1U1,选项C错误;输电线路上损失的电功率为ΔP=I21r,选项D错误.。