高中物理(沪科)选修32课件：第3章 3.1 高压输电原理

(1)减小输电线的电阻R线：根据电阻定律可知R线＝ρ
l S
，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．
(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．(√ )
1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。
标
•
7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍受。
•
探
他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/192021/11/19November 19, 2021
固
新
8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不能在
方法更有效．
中国已投产运行的1 000 kV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500 kV的超高压输电，在保持输送电 功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其 他因素的影响．则( )
A．输电电流变为原来的2倍 B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C．输电线上降落的电压将变为原来的12 D．输电线上损耗的电功率将变为原来的12
思路点拨：由P＝UI分析电流变化，由ΔU＝I·r及P损＝I2·r分析电压损失
及功率损失．
C [根据输送电功率P输＝U输I输及P输不变，可知，输电电流I输＝
P输 U输
∝U1输，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的12，选项A错误；输电线上降落
的电压U降＝I输R线∝I输，所以，当输电电流变为原来的
1 2
[针对训练]
1．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，不正确的是( )
【导学号：53932081】
A．RU线21
B．U1－R线U22
C．I2R线
D．I(U1－U2)
A
[输电线功率损耗P损＝I2R线＝
图3-1-1
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 n2
，故选项B正确；线路上的电压
损失ΔU＝IR＝
PR U
，可知ΔU∝
1 U
，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损
失变为原来的1n，故选项C正确．]
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＝可知A选项正确．]
[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．
A [设发电机输出功率为P，则P＝UI，使输电电压U增大，则输电电流 I减小，又由输电线上损失的功率ΔP＝I2r得，输电线上损失的功率减小，所 以选项A正确．]
2．某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输 出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法中正确的是( )
[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3-1-1)：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．
U2线 R线
＝IU线，其中U线＝U1－U2，故B、
C、D正确，A不正确．]
交流输配电网
发电机将机械能转化为电能，并通过导线将电能输送给负载．发电机的 电能向用户输送时，为了减少在输电线上电能的损失应采用高压输电，此类 问题要构建远距离高压输电的模型，抓住能量守恒这条线索，是解决发电— 输电—用电类问题的关键．
(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＝
P U
R线知，输电线
上的电压损失将变为原来的1n，根据ΔP＝UP2·R线知，输电线上的功率损失将
降为原来的n12.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
为了减少火电站中煤的燃烧对大气的污染，要大力发展水电 站．三峡水利工程中某一水力发电站的发电机组设计为：水以v1＝3 m/s的速 度流入水轮机后以v2＝1 m/s的速度流出，流出水位比流入水位低10 m，水 流量Q＝10 m3/s，水轮机效率为75%，发电机效率为80%，试求发电机组的 输出电功率是多少(g取10 m/s2)?
第3章 电能的输送与变压器 3.1 高压输电原理
学习目标 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)
知识脉络
[自 主 预 习·探 新 知]
【导学号：53932080】 A．功率损失是原来的1n B．功率损失是原来的n12 C．电压损失是原来的1n 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＝
P U
，线路的功率损失ΔP＝I2R＝
P2R U2
，可知ΔP∝
1 U2
，当输电电压U
升高为原来的n倍时，功率损失变为原来的
A，选项A错误；
输电线上由电阻造成的电压损失为U损＝IR线＝6 000×2.5 V＝1.5×104 V，选
时，输电线上降落的
电压也变为原来的12，选项B错误，C正确；输电线上损耗的电功率P损＝I2输R线
∝I2输，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的14，选项D错误．]
1注意区别：①输电电压U与输电线上降落的电压ΔU；②输电功率P与 输电线上损失的功率ΔP.
2抓住不变量：输送电功率不变，由P＝UI判断出输电电流I的变化， 从而由ΔU＝IR、ΔP＝I2R判断ΔU、ΔP的变化.
1．高压输电电压为U，输电线电阻为r，则下列说法正确的是( )
【导学号：53932082】
A．若发电机输出功率不变，使输出电压变大，则输电线上损失的功率
变小
B．输电线上损失的功率为ΔP＝Ur2，故导线电阻越大，损失的功率越小
C．通过输电线的电流为I＝
U r
，故输电电压越高，电流越大，损失的功
率越大
D．以上说法都不对
思路点拨：水的机械能的一部分转化为电能，由能量守恒求解．
【解析】 水轮机在时间t内获得的机械能 E＝mgh＋12mv21－v22×75% J ＝Qtρgh＋12Qtρv21－v22×75% J ＝10×103×10×10×t＋12×10×103×t32－12×75% J＝7.8×105t J. 则发电机输出电能E电＝E×80%＝6.24×105t J， 发电机的输出功率P0＝Et电 ＝624 kW.
A．输电线上输送的电流大小为2.0×105A B．输电线上由电阻造成的电压损失为15 kV C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW D．输电线上损失的功率为ΔP＝Ur2，U为输电电压，r为输电线的电阻
B
[输电线上输送的电流为I＝
P U
＝3×50100k6kVW＝6
000
3．高压输电的原理
P20R
由输电线上损耗的电功率公式P损＝__U__2___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 __2_2_0__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＝Ur .
( ×)
【提示】 U为输电电压，并不是导线两端电压．
【解析】 (1)水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做
功，设水的流量为Q，则发电机的输入功率为P1＝ρQgh
所以输出功率为P2＝ηP1＝ηρQgh＝50%×1.0×103×4×9.8×5
W＝
9.8×104 W.
(2)设输电电压为U，输电线上的电流为I，电阻为R，损失的电功率为 P3，由P3＝I2R得
双
知
他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/192021/11/192021/11/192021/11/19
基
合 作 探 究 • 攻 重
课 时 分 层 作 业
难
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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)( )
I＝ PR3＝ 5%RP2＝ 5%×94.8×104A＝35 A 由P2＝IU得输电电压 U＝PI2＝9.8×35104 V＝2.8×103 V. (3)输电导线上损失的电压为 ΔU＝IR＝35×4 V＝140 V.
【答案】 (1)9.8×104 W (2)2.8×103 V (3)140 V
[当 堂 达 标·固 双 基]
2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。
3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。
自
4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。
当
主
堂
预
5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
达
习
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/192021/11/192021/11/1911/19/2021
【答案】 624 kW
1明确发电机的能量转化关系. 2明确输电电压和导线损失的功率. 3注意区分输电电压和输电导线上损失的电压以及它们的应用.
[针对训练] 2．某小河水流量为4 m3/s，水流下落的高度为5 m．现在利用它来发 电，设所用发电机的总效率为50%，g取9.8 m/s2，求： (1)发电机的输出功率； (2)若输电导线的总电阻为4 Ω，输电导线上损失的电功率为发电机输出 功率的5%，则需用多大的电压输送电能； (3)输电导线上的电压损失．