人教版高中物理选修1-1 高压输电学案

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 ＝ρlS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 2R ＝P 2R U2，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14.三、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 2R 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 2R 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 2Rt 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 2R ＝P 2U 2R ，U 增大，P 损减小，I ＝PU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＝PU 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3－5－2A.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.PB.P －P 2U 2·rC.P －U 2rD.P 2U2r 答案 B解析 输电线上的电流I ＝P U，损失的功率P 损＝I 2r ，故用户得到的功率P 用＝P －P 损＝P －P 2U 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 2r ，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 2R，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 2R ，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 2R 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 2R ＝(PU)2R .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 BD2.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120B.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 2R ，提高电压后输电线上功率损失为原来的1400D.根据公式P ＝U 2R，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 2R ＝P 2RU2，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 20R B.I 2R C.U 21RD.IU 0－I 2R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 2R ，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 21∶U 22 B.U 1∶U 2 C.U 22∶U 21 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 2R ＝P 2R U2，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 2R ＝P 2R U2，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 2R ＝(P U )2R ＝P 2R 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＝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3－5－3A.用户端的电压为I 1U 1I 2B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I 21r 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 1I 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.。