2019版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 3.1 高压输电原理学案 沪科版选修3-2.doc

13.13.1 高压输电原理高压输电原理目标定位 1.掌握输电过程中降低输电损耗的两个途径.2.理解高压输电的原理.3.会对简单的远距离输电线路进行定量计算.一、远距离输电为什么要用高电压如图 1 所示，假定输电线路中的电流为I，两条导线的总电阻为R，在图中导线电阻集中画为R，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么：图 1(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？(2)输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？(3)为什么远距离输电必须用高压呢？答案 (1)在输电线上有功率损失.(2)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.功率损失表达式：PI2R，所以降低输电损耗的两个途径为：减小输电线的电阻R；减小输电电流I.(3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由PUI得I ，PR，要减小输电电流I，P UP2 U2必须提高输出电压U.要点总结输电线上的电压损失和功率损失(设输电线的电阻为R，电流为I)1.电压损失输电线始端电压U与输电线末端电压U的差值.UUUIR.2.功率损失(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率 PI2R.(2)若输电线上损失的电压为 U，则功率损失还可以表示为 P，PU·I.U2 R3.减小电压、功率损失的方法2(1)减小输电线的电阻R由R可知，距离L一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可以减小电阻.L S(2)减小输电电流I由PUI可知，当输送功率一定时，Pr，升高电压可以减小电流.P2 U2延伸思考 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压 UIr较大，用户得到的电压UU较低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗.例 1 (多选)如图 2 所示为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是( )图 2A.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B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C.在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D.高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好答案 ABD解析 由P损I2R和R知S越大，R越小，P损越小，所以 A 正确.由PUI及P损L SI2R知 B 正确，C 错误.电压越高，对输电线路绝缘性能和对变压器的要求越高，实际输送电能时，要综合考虑各种因素，所以 D 正确.例 2 发电厂发电机直接向学校供电，发电机输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则下列关于输电线损失的功率的式子中错误的是( )A. B.U2 1 RU1U22RC.I2R D.I(U1U2)答案 A3解析 用P求电阻上损失的功率时，U要与电阻R相对应，选项 A 中的U1是输出电压不U2 R是输电线上的电压，故 A 是错误的.B 中的(U1U2)是输电线上的电压，因此，B 是正确的.C、D 中的电流I是输电线中的电流，故 C、D 都是正确的.例 3 三峡电站某机组输出的电功率为 50 万千瓦.(1)若输出的电压为 20 万伏，则输电线上的电流为多少？(2)若输出的电压为 20 万伏，某处与电站间每根输电线的电阻为 10 欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的百分比是多少？(3)若将电压升高至 50 万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的百分比是多少？答案 (1)2 500 A (2)1.25×108 W 25% (3)1 000 A 2×107 W 4%解析 (1)由PUI得I 2 500 AP U5 × 108 W 2 × 105 V(2)输电线上损失的功率 PI2·2r2 5002×2×10 W1.25×108 W损失功率与输出功率之比为 25%P P1.25 × 108 5 × 1081 4(3)将电压升高至 50 万伏时，I1 000 AP U5 × 108 W 5 × 105 V输电线上损失的功率 PI2·2r1 0002×2×10 W2×107 W损失功率与输出功率之比为4%P P2 × 107 5 × 1081 25针对训练 某水电站，用总电阻为 2.5 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，则下列说法正确的是( )A.输电线上输送的电流大小为 2.0×105 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kVC.若改用 5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为 9×108 kWD.输电线上损失的功率为 P，U为输电电压，R为输电线的电阻U2 R答案 B解析 输电线上输送的电流为I A6×103 A，A 项错误；输电线上P U3 × 106 × 103 500 × 103损失的电压为U损IR6×103×2.5 V1.5×104 V15 kV，B 项正确；当用 5 kV 电压输电时，输电线上损失的功率超过 3×106 kW，与实际情况相矛盾，故 C 项错误；当用公式P计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D 项错误.U2 R二、交流输配电网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，由高压输电线向远4处输送.在用电区，先由第一级变电站将电压降到 110 kV，再输送到第二级变电站，将电压降到 10 kV，送到用电区.对普通生活用电，则还要用变压器进一步将电压降到 220 V. 1.(降低输电损耗的途径)中央电视台焦点访谈多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化.近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有( )A.提高输送功率B.增大输送电流C.提高输电电压D.减小输电导线的横截面积答案 C解析 电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径：(1)减小输电导线中的电流，即可提高输电电压；(2)减小输电线的电阻，即增大输电导线的横截面积，故C 正确.2.(输电线上功率损失的计算)(多选)在我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气，高压输电线因结冰而造成严重损毁，如图 3 所示，为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰.在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为 P；若输电功率和输电线电阻不变，除冰时，需要输电线上热耗功率为 9P，则除冰时( )图 3A.输电电流为 3I B.输电电流为 9IC.输电电压为 3U D.输电电压为U1 3答案 AD解析 高压线上的热耗功率为 PI2R线若热耗功率变为 9P，则 9PI2R线由得I3I，A 对.又输送功率不变，PUIUI，得UU，所以 D 对.1 33.(输电线上功率损失的计算)远距离输电，原来用电压U0输送，输电线上损失的功率为5P0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的 1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为_U0.答案 10解析 设输送功率为P，则P0()2R线，0.01P0( )2R线，所以U10 U0.P U0P U4.(输电线上功率损失的计算)一座小型发电站，用总电阻是 0.5 的输电线把电输送给用户，发电站输送的电功率是 20 kW.假如用 250 V 的电压输电，估算输电导线上的功率损失和用户得到的功率.假如改用 500 V 的电压输电，输电线上的功率损失和用户得到的功率又各是多少？答案 3.2 kW 16.8 kW 0.8 kW 19.2 kW解析 假如用 250 V 的电压输电，输电线上的功率损失为P损( )2R()2×0.5 P U20 × 103 250W3.2 kW用户得到的功率为P用PP损20 kW3.2 kW16.8 kW假如改用 500 V 的电压输电，输电线上的功率损失为P损()2R()2×0.5 W0.8 kWP U20 × 103 500用户得到的功率为P用PP损20 kW0.8 kW19.2 kW.