1.理解輸電線上電能的損失與哪些因素有關(guān)。(科學(xué)思維)2.理解減小電能損失的兩個途徑以及高壓輸電的原理。(科學(xué)思維)3.知道遠(yuǎn)距離輸電的典型電路,并能利用變壓器和電路的規(guī)律解決實(shí)際問題。(科學(xué)思維)4.通過對遠(yuǎn)距離輸電的學(xué)習(xí),了解并體會物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的貢獻(xiàn)。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)
基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
一、降低輸電損耗的兩個途徑1.輸送電能的基本要求(1)可靠:保證供電線路　　　　　　工作,故障少。?(2)保質(zhì):保證電能的質(zhì)量——　　　　和　　　　穩(wěn)定。?(3)經(jīng)濟(jì):輸電線路建造和運(yùn)行的　　　　低、　　　　　　　　少。?
2.降低輸電損耗的兩個途徑(1)輸電線上的功率損失ΔP=　　　　,I為輸電電流,r為輸電線的電阻。?(2)降低輸電損耗的兩個途徑①減小輸電線的電阻:在輸電距離一定的情況下,為了減小　　　　,應(yīng)當(dāng)選用　　　　　　的金屬材料,還要盡可能增加導(dǎo)線的　　　　　　　。?
②減小輸電導(dǎo)線中的電流:為減小輸電　　　　,同時又要保證向用戶提供一定的電功率,就要提高輸電　　　　。?
通過提高輸電電壓實(shí)現(xiàn)
二、電網(wǎng)供電1.遠(yuǎn)距離輸電基本原理
在發(fā)電站內(nèi)用　　　　變壓器　　　　　　　　　　　,然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電。到達(dá)數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后,先后經(jīng)“一次高壓變電站”“二次變電站”降到10 kV左右,然后,一部分電能送往用電量大的工業(yè)用戶,另一部分經(jīng)低壓變電站的　　　　變壓器降壓后供給其他用戶。?2.通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來,形成全國性或地區(qū)性的　　　　　　　　,這就是　　　　。?
3.優(yōu)點(diǎn)(1)減少發(fā)電設(shè)施的重復(fù)建設(shè),降低一次能源的　　　　　　　　。?(2)可保證發(fā)電和供電的安全可靠,方便調(diào)整　　　　　,使電力供應(yīng)更加　　　　、　　　　更高。?
情境鏈接如圖為一高壓輸電線路,隨著電壓的增加,用電危險性也會跟著增加,為什么還要采用高壓輸電?
提示 輸電功率P=UI,在輸送功率一定的情況下,提高輸電電壓,可以減小輸電電流,從而減少輸電線上的電能損失。
教材拓展在遠(yuǎn)距離輸電過程中,如何完成高壓輸電和低壓用電?
提示 利用升壓變壓器提高電壓進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓輸電,到達(dá)用戶端后利用降壓變壓器降低電壓提供低壓用電。
易錯辨析(1)增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。(　　)(2)高壓輸電是通過提高電壓、減小輸電電流來減少輸送電路的發(fā)熱損耗。(　　)(3)高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好。(　　)
提示 增加導(dǎo)線橫截面積,減小了導(dǎo)線的電阻,發(fā)熱功率減小。
提示 輸送功率一定的情況下,電壓越高,輸電電流越小,導(dǎo)線上發(fā)熱功率越小。
提示 電壓越高,對輸電電路和變壓器的要求就越高,技術(shù)難度增大,建造與維護(hù)成本增大。
(4)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時,用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。(　　)(5)遠(yuǎn)距離輸電時,若升壓變壓器匝數(shù)比為1∶n,降壓變壓器匝數(shù)比為n∶1,則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。(　　)
提示 用戶得到的電壓取決于降壓變壓器。
提示 由于輸電導(dǎo)線有電阻,電路上電壓會有損耗,升壓變壓器輸入的電壓大于降壓變壓器輸出的電壓。
探究點(diǎn)一　輸電線上的電壓損失和功率損失
如圖所示,輸送功率為P,發(fā)電廠輸出的電壓為U,兩條導(dǎo)線的總電阻是r,在圖中把導(dǎo)線電阻集中畫為r,請思考:
(1)輸電線中的電流為多少?在發(fā)電廠輸送功率一定時,輸電線中的電流與輸電線電阻及用電器電阻有關(guān)系嗎?(2)輸電線上功率損失的表達(dá)式是什么?
要點(diǎn)提示 (1)發(fā)電廠相當(dāng)于一個電源,由P=UI可知,輸電線中電流為I= ,與輸電線電阻及用電器電阻無關(guān)。
1.電壓損失輸電線始端電壓U與輸電線末端電壓U'的差值。ΔU=U-U'=IR。2.功率損失(1)遠(yuǎn)距離輸電時,輸電線有電阻,電流的熱效應(yīng)引起功率損失,損失的電功率ΔP=I2R。(2)若輸電線上損失的電壓為ΔU,則功率損失還可以表示為
3.減小電壓、功率損失的方法(1)減小輸電線的電阻由R=ρ 可知,距離l一定時,使用電阻率小的材料,增大導(dǎo)體橫截面積可減小電阻。(2)減小輸電電流I由P=UI可知,當(dāng)輸送功率一定時,升高電壓可以減小電流。
【例1】 (多選)在遠(yuǎn)距離輸電時,輸送的電功率為P,輸送電壓為U,所用導(dǎo)線的電阻率為ρ,橫截面積為S,總長度為L,輸電線損失的電功率為P',用戶得到的電功率為P用,則下列關(guān)系式正確的是(　　)
方法技巧　輸送的功率(電壓)、損失的功率(電壓)、用戶得到的功率(電壓)分別對應(yīng)于輸電過程的“始”“中”“末”。只有理解好“輸送”“損失”“得到”的含義,才能避免“張冠李戴”。
1.(多選)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A處采用550 kV的超高壓向B處輸電,輸電線上損耗的電功率為ΔP,到達(dá)B處時電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下,改用1 100 kV特高壓輸電,輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣',到達(dá)B處時電壓下降了ΔU'。不考慮其他因素的影響,則(　　)
探究點(diǎn)二　高壓輸電線路的分析與計(jì)算
某發(fā)電站向遠(yuǎn)處送電的示意圖如圖所示,其中各部分的物理量已在圖上標(biāo)注,在這個電路中包括三個回路。(發(fā)電機(jī)內(nèi)阻、n1、n2、n3、n4線圈的電阻均忽略不計(jì))。請思考:
(1)用圖中的電壓和電流表示出四個功率和損耗功率,并寫出它們間的關(guān)系。(2)每個變壓器中的電流、電壓、功率有什么關(guān)系?
要點(diǎn)提示 (1)P1=U1I1,P2=U2I2,P3=U3I3,P4=U4I4,ΔP=ΔUI2。P1=P2,P3=P4,ΔP=P2-P3。
輸送過程如圖所示,可以劃分為三個回路
(1)分析遠(yuǎn)距離輸電線路的有效方法是理清三個回路,抓住兩個聯(lián)系,掌握一個定律,其關(guān)系如下表所示:
特別提示　(1)注意區(qū)別:①輸電電壓U與輸電線上降落的電壓ΔU;②輸電功率P與輸電線上損失的功率ΔP。(2)抓住不變量:輸送電功率不變,由P=UI判斷出輸電電流I的變化,從而由ΔU=IR、ΔP=I2R判斷ΔU、ΔP的變化。
【例2】 如圖所示,發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶,升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器,若發(fā)電機(jī)的輸出功率是100 kW,輸出電壓是250 V,升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1∶25。
(1)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流。(2)若輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的4%,求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。
答案 (1)6 250 V　16 A　(2)15.625 Ω　6 000 V
因?yàn)棣=U2-U3=I2R線,所以U3=U2-I2R線=6 000 V。
2.(多選)(2023山東濟(jì)寧一中期末)遠(yuǎn)距離輸電示意圖如圖所示,升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2=1∶5,每根輸電線的電阻r=1 Ω,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為n3∶n4=10∶1,在T1的原線圈兩端接入一正弦式交變電流,用電設(shè)備兩端的電壓為U4=220 V,消耗的電功率為11 kW,兩變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(　　)A.T1原線圈兩端的電壓為442 VB.T1原線圈兩端的電壓為441 VC.輸電線上損失的電功率為50 WD.輸電線上損失的電功率為25 W
1.(高壓輸電線路的分析與計(jì)算)如圖所示,某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P=100 kW,發(fā)電機(jī)的電壓U1=250 V,經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電,輸電線總電阻R線=8 Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4=220 V。已知輸電線上損失的功率P線=5 kW,假設(shè)兩個變壓器均是理想變壓器,下列說法正確的是(　　)
A.發(fā)電機(jī)輸出的電流I1=40 AB.輸電線上的電流I線=625 AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=190∶11D.用戶得到的電流I4=455 A
=4 000 V,輸電線上損失的電壓為U線=I線R線=25×8 V=200 V,故降壓變壓器輸入電壓為3 800 V,降壓變壓器匝數(shù)比為3 800∶220=190∶11,選項(xiàng)C正確;降壓變壓器輸出功率等于輸入功率,即P4=P3=(100-5) kW=95 kW,則用
2.(輸電線上的電壓損失和功率損失)三峽電站某機(jī)組輸出的電功率為5×105 kW。(1)若輸出的電壓為2×105 V,則輸電線上的電流為多少?(2)某處與電站間每根輸電線的電阻為10 Ω,則輸電線上損失的功率為多少?它占輸出功率的幾分之幾?(3)若將電壓升高至5×105 V,輸電線上的電流為多少?輸電線上損失的功率又為多少?它占輸出功率的幾分之幾?
(2)輸電線上損失的功率ΔP=I2·2r=2 5002×2×10 W=1.25×108 W
3.(高壓輸電線路的分析與計(jì)算)某小型水力發(fā)電站的發(fā)電輸出功率為5×104 W,發(fā)電機(jī)的輸出電壓為250 V,輸電線總電阻R線=5 Ω。為了使輸電線上損失的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的4%,必須采用遠(yuǎn)距離高壓輸電的方法,在發(fā)電機(jī)處安裝升壓變壓器,而在用戶處安裝降壓變壓器。設(shè)用戶所需電壓為220 V,不計(jì)變壓器的能量損失。求:(1)輸電線上的電流。(2)升、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比。(3)可供多少盞“220 V　40 W”的白熾燈正常工作?

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