高中物理第2章交变电流7电能的输送教师用书教科版选修3-2

7．电能的输送

1．两种损失比较

2.(1)由r ＝ρl S

知，导线一般选铝为材料，ρ一定，在导线长度l 确定情况下，要减小电阻，只能通过增大输电线的横截面积，这种方法给架设施工带来困难．

(2)由P ＝UI 知，输送电功率不变的前提下，提高输电电压，会减小输电电流，从而减小导线上的发热损失和电压损失．这是降低两种损耗的有效途径．

[再判断]

(1)由P ＝UI 知，功率损耗与电流成正比．(×)

(2)电能的损耗受电流的影响比受电阻的影响更为显著．(√) (3)减小输电线电阻是降低电能损耗的最佳途径．(×) [后思考]

电能输送中，U 为输电电压，r 为输电线电阻，则输电线中电流为I ＝U r

对不对，为什么？ 【提示】 不对，因为U 是输电电压，而不是输电线上损失的电压ΔU ，输电线中电流应为I ＝ΔU r

.

[合作探讨]

探讨1：“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？

【提示】 不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P ＝IU ，且在P 一定的条件下得出的结论，两者没有联系．

探讨2：减少输电线上的功率损失为什么要依靠高压输电？

【提示】 (1)电阻R ＝ρL S

告诉我们，在输电距离L 一定、选用电阻率ρ较小的铜或铝作导线后，必须增大导线的横截面积．但这样会耗费大量的金属材料，输电线太重也会给架设带来困难．

(2)在线路和输送功率P 不变时，P ＝UI 告诉我们提高输电电压可大大减少功率损失． [核心点击] 1．功率损失的原因

在电能输送过程中，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉．

2．功率损失的大小

(1)设输电导线的总电阻为R ，输电电流为I ，则损失功率为P 损＝I 2

R .

(2)设输送的总电功率为P ，输电电压为U ，输电线的总长度为L ，横截面积为S ，电阻率为ρ，则输电电流I ＝P U ，输电线电阻R ＝ρL S

，所以输电线上的功率损失可表示为P 损＝

I 2R ＝⎝ ⎛⎭

⎪⎫P U 2·ρL S . 3．减小功率损失的方法

根据公式P 损＝I 2

R 可知，减小输电线路上功率损失的方法有两种： (1)减小电阻 据R ＝ρL S

判断，

①减小输电线的长度L ：由于输电距离一定，所以在实际中不可能通过减小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为输电线材料．

③增大导线的横截面积S ：这要多耗费金属材料，增大成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．

(2)减小输电导线的电流I 据I ＝P U

判断，

①减小输送功率：在实际中不能通过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 ：在输送电功率P 一定，输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到

原来的n 倍，据P 损＝⎝ ⎛⎭

⎪⎫P nU 2

R 可知，输电线上的功率损耗将降为原来的1n

2.

1．(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，其优点是( )

【导学号：31310119】

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

【解析】 由P ＝IU 得I ＝P

U

，输送的电功率P 一定，采用高压输电，输电线中的电流就小，由P 线＝I 2

r ，要求输电线损耗一定的情况下，就可选横截面积较小的输电线，从而可以节省输电线的铜材料．若输电线确定，则可减少输电线上的能量损失，故A 、C 正确；交流电的频率是一定的，升高电压无法改变交流电的频率．输电的速度就是电磁波的传播速度，是一定的，故B 、D 错误．

【答案】 AC

2．某用电器离供电电源的距离为L ，线路上的电流为I ，若要求线路上的电压降不超过

U ，已知输电线的电阻率为ρ，该输电线的横截面积最小值是( )

A.ρL

R B.2ρLI

U

C.

U ρLI

D.

2UL Iρ

【解析】 由欧姆定律有IR ≤U ，由电阻定律有R ＝ρ2L S ，由以上两式解得：S ≥2ρLI

U

，

故B 正确．

【答案】 B

3．(多选)(2016·陕西高二检测)在远距离输电时，输送的电功率为P ，输送电压为U ，所用导线的电阻率为ρ，横截面积为S ，总长度为L ，输电线损失的电功率为P ′，用户得到的电功率为P 用，则P ′、P 用的关系式正确的是( )

【导学号：31310120】

A ．P ′＝U 2S

ρL

B ．P ′＝P 2ρL

U 2S

C ．P 用＝P －U 2S

ρL

D ．P 用＝P ⎝

⎛⎭

⎪⎫

1－

PρL U 2S 【解析】 输电线电阻R ＝ρL S

，输电电流I ＝P

U

，故输电线上损失的电功率为P ′＝I 2

R

＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2ρL S ＝P 2

ρL U 2S ，用户得到的功率为P 用＝P －P ′＝P ⎝

⎛⎭⎪⎫1－PρL U 2S .

【答案】 BD

1．远距离输电系统

在发电站附近用升压变压器升高电压，用输电线输送到远方，在用电地区附近，用降压变压器降到所需电压．

远距离输电电路图如图2­7­1所示：

图2­7­1

2．直流输电

(1)使用环节：大功率高压输电环节中使用直流输电． (2)直流输电系统

―交流―交流――→

―交流―交流[再判断]

(1)高压输电是通过减小输电电流来减小电路的电能损耗．(√)

(2)远距离输电时，若输送的电功率一定，输电电压越高，输电电流就越小，电能损失就越小，所以输电电压越高越好．(×)

(3)直流输电比交流远距输电技术要求更高，输电原理也更复杂．(√) [后思考]

交流输电有哪些局限性？要克服这些局限性，应怎样去做？

【提示】 交流输电的局限性有：(1)当交流输电功率很大时，电容、电感引起的电压及电能损失很大；

(2)同一电网供电的发电机同步运行，技术存在困难．要克服上述局限性，大功率输电线路可采用直流输电．

[合作探讨]

探讨1：一般远距离输电电压要经历几次变化？

【提示】 发电机组输出电压10 kV ，发电站内升压到几百千伏，在“一次高压变电站”降到100 kV 左右，“二次变电站”降到10 kV 左右，低压变电站降到220 V 或380 V.

探讨2：请根据输电原理图(如图2­7­2所示)写出图中标出的各量之间的关系．

图2­7­2