高中物理第3章交变电流4电能的输送新人教版选择性必修第二册

3．对高压输电(输送回路)中几个电压的理解 (1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。 (2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。 (3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(ΔU＝U2－U3＝ I2R)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上 产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输
提示：低压输电线较细，电阻较大，另外当输电功率一定时，由于 电压低，故输电电流I＝P/U较大。因此输电线上的电压损失ΔU＝IR线较 大，致使末端用户得到的电压远低于额定电压(有时才160 V)，到了过节 的时候，各家用电器增多，线路电流又会增大，导线上分压更多，用户 电压更低，这些现象更加明显。经过低压改造后，以上现象不明显了。
知识点 3 电网供电
1．远距离输电基本原理 在发电站内用__升__压___变压器，然后进行远距离输 电，在用电区域通过__降__压___变压器降到所需的电压。 2．电网 通过网状的输电线、_变__电__站__，将许多电厂和广大用户_连__接__起__来__， 形成的全国性或地区性的输电网络。
『判一判』 (4)从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电。( × ) (5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电 压可以高于发电机输出的电压。( √ ) (6)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比 为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。 ( ×)
答案：(1)25 A
380 (2) 11
远距离输电问题的四个关键 (1)画出一个模型——远距离输电模型图。 (2)抓住输电的两端——电源和用电器。 (3)分析两条导线——输电导线。 (4)研究两次电压变换——升压和降压。
对点训练❷ 图甲为远距离输电示意图，理想升压变压器原、 副线圈匝数比为1∶100，理想降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1， 远距离输电线的总电阻为100 Ω，若升压变压器的输入电压如图乙所 示，输入功率为750 kW，下列说法中正确的是( C )
列说法正确的是( B ) A．输电线上的电流
(3)输电电流：I 线＝UP22＝UP33＝U2R－线U3 (4)输电导线上损耗的电功率： P 线＝I 线 ΔU＝I2线R 线＝UP222R 线
典|例|剖|析 典例 2 (2023·江苏徐州高二期中)某水电站到用户之间要进行远 距离输电，水电站发电机输出功率为2×105 W，输出电压250 V，采用 理想变压器输电，所用输电线的总电阻为16 Ω，输电线上损失的功率为 发电机输出功率的5%。用户所需要的电压为220 V，求： (1)输电线上通过的电流为多少； (2)降压变压器原、副线圈匝数比为多少。
的家用电器都正常工作，求：
型号
AED6500S
输出电压范围 220 V～300 V
最大输出功率
60 kW
(1)输电线路中的电流； (2)发电机的实际输出电压； (3)在输电线路上损失的电功率。 解析：(1)依题意，可得输电线路中的电流为 I＝UP＝552×20103 A＝250 A。 (2)发电机的实际输出电压为 U 发电机＝IR 线＋U，R 线＝2xr，代入相关 数据求得 U 发电机＝240 V。 (3)在输电线路上损失的电功率为 P 线＝ΔUI＝(U 发电机－U)I＝(240－ 220)×250 W＝5 kW。 答案：(1)250 A (2)240 V (3)5 kW
『判一判』 (1)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。 (√) (2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的发热 损耗。( √ ) (3)高压输电必须综合考虑各种因素 ，不一定是电压越高越好。 (√)
『选一选』 (多选)(2023·海南东方市高二月考)中央电视台《焦点访谈》栏目曾 多次报道某些边远落后的农村电价过高、农民负担过重的问题。造成电 价高的客观原因主要是电网陈旧老化，电能损耗严重。为了保障农民的 利益，在进行电网改造的时候，电力部门必须考虑尽可能减少输电线上 的能量损耗。下列方法可行的是( AC ) A．提高输送电压 B．将铝线换成银线 C．适当增大输电线的截面积 D．缩短输电线长度
课内互动探究
探究 降低输电损耗的两个途径 情|境|导|入
我国农村电网的低压改造已基本结束，低压改造使 我国广大农民获得了实惠。农村电网改造前，某些村庄 经常出现以下现象(离变压器较远的用户)：
(1)电灯不亮，达不到额定功率，换额定功率越大的灯泡越是不亮； (2)日光灯不能启动； (3)洗衣机“没劲”等。 尤其是节假日，这些现象更明显，这是为什么呢？
解析：(1)升压变压器输出功率 P1＝P2＝2×105 W，
输电线上损失的功率 P 损＝P2×5%＝1×104 W，
根据公式 P 损＝I22R 线，
所以 I2＝ 1×16104A＝25 A。
(2)降压变压器输入功率 P3＝P2－P 损＝2×105 W－0.1×105 W＝
1.9×105 W，
降压变压器输入电压 U3＝PI23＝1.9×25105V，因此nn34＝UU43＝31810。
解析：由P＝UI可知，用户功率不变，增大输送电压可使输电线路 电流减小，由焦耳定律Q＝I2Rt，可知，电流减小可以减少输电线上的能 量损耗，A正确；将铝线换成银线虽然比铝的电阻小，但银不稳定，易 折损，造价成本高等缺点不适用于当输送电线，B错误；适当增大输电 线的截面积，可使电阻减小，结合A中分析，可以减少输电线上的能量 损耗，C正确；缩短输电线长度，虽能使电阻减小，但每条输电线路都 是经过规划的，不能随意更改，D错误。
『想一想』 如图为一高压危险标志，随着电压的增加用电危险性也会跟着增 加，那为什么还要采用高压输电？
答案：采用高压输电，可减小输电线上的电能损失。
解析：在输送功率一定的情况下，由公式 ΔP＝I2R＝UP2R＝UP22R，可 得输送电压 U 越高，电能损失 ΔP 越小，即输电电压越高，电能损失越 小。
典|例|剖|析
典例 1 (2023·贵州镇远县高二期中)用一台型号为AED6500S的柴
油发电机给灾民临时安置区供电，输电线路示意图如图所示，发电机规
格如下表所示。该发电机到安置区的距离x＝500 m，输电线路中火线和
零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻r＝8×10
－5 Ω，安置区家用电器的总功率P＝55 kW，若这些额定电压U＝220 V
要|点|提|炼
1．输电线上的电压损失：ΔU＝U－U′＝Ir＝UPr。 2．输电线上的功率损失 (1)ΔP＝I2r，其中 I 为输电线上的电流。 (2)ΔP＝ΔU·I 或 ΔP＝ΔUr 2，其中 ΔU 为输电线上的电压损失。
3．减小输电线路上功率损失的方法主要有两种
(1)减小输电线的电阻 R。根据 R＝ρSl 可知： ①减小输电线长度 l：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减 小 l 来减小 R。 ②减小电阻率 ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。 ③增大导线的横截面积 S：这要耗费更多金属材料，增加成本，同 时给输电线的架设带来很大的困难。
(2)减小输电电流 I。根据 I＝UP可知： ①减小输送功率 P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少 损耗的目的。 ②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＝UPR 知，输电线上的电 压损失将变为原来的n1。根据 P 损＝UP2R 知，输电线上的功率损耗将降为 原来的n12。故采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的 措施。
A．用户端交变电流的频率为100 Hz B．用户端电压为250 V C．输电线中的电流为30 A D．输电线的损耗功率为180 kW
解析：由题图乙知，周期为 0.02 s，所以频率 f＝50 Hz，A 错误；输 电线上有电压的损耗，所以用户端电压小于 250 V，B 错误；对升压变压 器，有UU12＝nn12，由题图知 U1＝250 V，可得 U2＝25 000 V，输电线电流 I ＝UP2＝30 A，C 正确。输电线损耗的功率为 P 损＝I2r＝90 kW，D 错误。
课堂小结
易错辨析警示
易错点：不能区分输电电压和输电线上损失的电压
案例 (2023·湖南张家界高二上期末)中央电视台某节目多次报道
某些边远落后农村电价过高，农民负担过重的问题，不利于国家扶贫政
策的展开，为减少远距离输电的损耗，某发电站采用高压向外输送电
能。若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R。则下
A．输电线上损失电压为UPR B．输电线上损失电功率为U－RU′2 C．用户得到的功率为UR′2 D．用户得到的功率为UU′P
解析：输电线上的电流为 I＝UP，故损失 ΔU＝IR＝UPR，用户得到的 功率为 P′＝U′I＝UU′P，A、D 正确。输电线上损失电功率为 ΔP＝ΔRU2 ＝U－RU′2，B 正确；用户端的电阻并非 R，故不能用UR′2表示用户端 得到的功率，C 错误。
探究
远距离输电电路及基本关系
情|境|导|入
如图是我们常见的高压输电线路。 (1)由电厂输出的电压采用什么方法获得高电压？ (2)如何获得用户所需的220 V的电压？ 提示：(1)用升压变压器得到高压。 (2)用降压变压器得到用户所需的220 V电压。
1．输送过程图要|点|提来自炼2．输电过程 电路被划分为三个独立的回路，每个回路均可以应用闭合电路欧姆 定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不 同回路的桥梁。
电线上的电压损失。
4．减小输电线路上电压损失的方法 根据ΔU＝IR可知有两种： (1)减小输电线路的电阻。 (2)减小输电电流I，即提高输电电压。 5．基本关系式 (1)功率关系P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3 (2)电压、电流关系 UU12＝nn12＝II12，UU34＝nn34＝II34 U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I 线
第三章 交变电流
4．电能的输送
目标体系构建 课前预习反馈 课内互动探究 课堂小结 易错辨析警示 课堂达标检测
目标体系构建
1．了解从发电站到用户远距离输电过程，知道远距离输电时通常 采用高压输电的原因。
2．能运用相关知识分析求解远距离输电中的相关问题，掌握远距 离输电问题的分析方法。
3．能从降低输电损耗情境中发现并提炼问题，提高分析探究问题 的能力。
1．可靠 保证供电线路__正__常___工作。 2．保质 保证供电质量——电压和频率要_稳__定____。 3．经济 线路建造和运行的费用低——成本低，电能损耗__少___。
知识点 2 降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失 ΔP＝__I2_r__，I为输电电流，r为输电线的电阻。 2．降低输电损耗的两个途径 (1) 减 小 输 电 线 的 _电__阻____ ： 在 输 电 距 离 一 定 的 情 况 下 ， 为 了 减 小 __电__阻___ ， 应 当 选 用 __电__阻__率__小___ 的 金 属 材 料 ， 还 要 尽 可 能 增 加 导 线 的 __横__截__面__积___。 (2)减小输电导线中的__电__流___：为减小输电__电__流___，同时又要保证 向用户提供一定的电功率，就要提高输电__电__压___。
1．物理观念：从能量守恒的角度理解发电厂输出的电功率和用户 得到的电功率之间的差异。
2．科学思维：经历建立远距离输电模型的过程，体会建立理想模 型的思维方法。
3．科学态度与责任：理解工程技术要兼顾科学、技术、经济等多 种因素，知道电网供电是远距离输电的重要发展。
课前预习反馈
知识点 1 输送电能的基本要求
输电线上电压和功率损失的计算方法 (1)U 损＝IR 线＝UPR 线＝U－U 。 用户 (2)P 损＝I2R 线＝UP2R 线＝P－P 。 用户
对点训练❶ (多选)某电站不用变压器直接向用户输送电能， 若输电功率为P，输电电压为U，输电线电阻为R，用户得到的电压为 U′，则下列说法中正确的是( ABD )