2020版高中物理第三章电磁感应第5讲高压输电学案新人教版选修1-1

2020版高中物理第三章电磁感应第5讲高压输电学案新人教版选修1-1

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＝ρ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＝，损失的功率P损＝I2R＝，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.‎ 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；‎ 9‎ ‎(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＝I2R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＝I2R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.‎ 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＝I2Rt和R＝ρ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 9‎ 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＝I2R＝R，U增大，P损减小，I＝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P1＝P2，P3＝P4，P2－P3＝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＝IR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＝ ‎(2)输电线上的电压损失：ΔU＝U2－U3‎ ‎(3)电压的关系：＝，＝ ‎(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3－5－2‎ A.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 9‎ 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.P B.P－·r C.P－ D.r 答案　B 解析　输电线上的电流I＝，损失的功率P损＝I2r，故用户得到的功率P用＝P－P损＝P－·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＝，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＝I2r，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＝，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＝I2R，应减小导线电阻，或减小输电电流 D.上述说法均不对 9‎ 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＝而错选选项B.正确的思路是由I线＝，可知ΔU＝R线，故选项A错误；ΔP＝‎ R线，故选项C正确；由ΔP＝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＝I2R＝()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　BD ‎2.远距离输电都采用高压输电的方式，其主要优点是(　　 )‎ 9‎ 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＝I2R，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＝，提高电压后输电线上的电流降为原来的 B.根据公式I＝，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＝I2R，提高电压后输电线上功率损失为原来的 D.根据公式P＝，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＝知，I线为原来的，由P损＝R知，P损为原来的.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(　　 )‎ 9‎ 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＝，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＝，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＝I2R＝，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U0，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U1.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. B.I2R C. D.IU0－I2R 答案　B 解析　输电线上损失的电压U＝U0－U1，‎ 输电导线损失的电功率P＝I2R，‎ P＝＝，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U1时，输电线上损失的功率为P1；输电电压为U2时，输电线上损失的功率为P2.则P1∶P2为(　　 )‎ A.U∶U B.U1∶U2‎ C.U∶U D.U2∶U1‎ 答案　C 解析　输送的功率一定，由P＝UI知，I＝，则P损＝I2R＝，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.‎ 9‎ ‎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＝，则输电线上损耗的功率P损＝I2R＝，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＝.输电线中损失的功率P损＝I2R＝()2R＝.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∶U＝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I1，其末端间的电压为U1.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I2.则(　　)‎ 图3－5－3‎ A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为Ir D.输电线路上损失的电功率为I1U 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U2，则有I1U1＝U2I2，U2＝‎ 9‎ ，选项A正确；输电线上的电压降为ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，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＝Ir，选项D错误.‎ 9‎