高中物理 第4章 远距离输电 4.3 电能的远距离传输学案 鲁科版选修3-2-鲁科版高二选修3-2物.docx

第3讲电能的远距离传输
[目标定位]1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4.了解高压直流输电的原理．

一、为什么要采用高压输电
1．电功率损失
(1)损失的电功率P＝I2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比．
(2)在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中电流的方法．
2．电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法，或减小输电线电阻的方法．
3．高压输电：由P＝UI知，在保证P不变的情况下，必须提高输送电压U，才能减小电流I.
二、高压交流输电
1．远距离输电的基本思路．如图1所示．
在发电站内用升压变压器升高电压．然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压．

图1
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，形成全国性或地区性的输电网络．
3．电网送电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．
(2)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．
三、高压直流输电
直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线．整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换.

一、降低输电损耗的两个途径
1．输电导线上的功率损失
(1)损失功率计算：设输电电流为I，输电线电阻为R线，则输电线上的功率损失为ΔP＝I2R线．
(2)减小输电线上功率损失的方法：
①减小输电线的电阻R线：由R线＝ρeq\f(l,S)得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小ρ，增大S.
②减小输电电流I：由P＝UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流．
采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施．
2．输电线上的电压损失
(1)输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′，如图2所示，电压损失还可以表示为ΔU＝IR线＝eq\f(P,U)R线．

图2
(2)减少输电线上电压损失的方法：
①减小输电线的电阻．
②提高输送电压．
例1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)()
A．功率损失是原来的eq\f(1,n)B．功率损失是原来的eq\f(1,n2)
C．电压损失是原来的eq\f(1,n)D．电压损失是原来的n倍
答案BC
解析设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻为R线，则输电电流I线＝eq\f(P,U)，线路的功率损失ΔP＝Ieq\o\al(2,线)R线＝eq\f(P2R线,U2)，可知ΔP∝eq\f(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eq\f(1,n2)，故选项B正确；线路上的电压损失ΔU＝I线R线＝eq\f(PR线,U)，可知ΔU∝eq\f(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eq\f(1,n)，故选项C正确．
针对训练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，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是()
A.eq\f(U\o\al(2,1),R线)B.eq\f((U1－U2)2,R线)
C．I2R线D．I(U1－U2)
答案BCD
解析输电线功率损耗P损＝I2R线＝eq\f(U\o\al(2,线),R线)＝IU线，其中U线＝U1－U2，故B、C、D正确．
二、远距离输电及基本关系
1．输电线路的构成
由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成．
2．远距离输电的基本关系(如图3所示)

图3
(1)功率关系
P1＝P2，P3＝P4，P2＝ΔP＋P3→能量守恒
(2)电压、电流关系
eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)＝eq\f(I4,I3)→理想变压器
U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线→串联电路中电压、电流关系
(3)输电导线中电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(U2－U3,R线).
(4)输电导线上损耗的电功率：
ΔP＝ΔUI线＝Ieq\o\al(2,线)R线＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P2,U2)))2R线．
3．特别强调
(1)升压变压器副线圈的电压U2