2017沪科版高中物理选修(3-2)第3章第1节《高压输电原理》word学案.doc

1、学案 1 高压输电原理 学习目标定位 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 1电阻定律：在温度不变时，同种材料的导体，其电阻 R 与它的长度 L 成正比，与 它的横截面积 S 成反比，导体电阻与构成它的材料有关，即 R . LS 2电功率 PUI ，热功率 PI 2R. 一、远距离输电为什么要用高电压 1减少输电线上电能损耗的两条途径： (1)降低输电导线的电阻 (2)减小输电线中的电流 2由 PUI 可知，当输送的功率一定时，采用升高输电电压的方法，就可以减小输 电电流 3提高输送电能的电压，可以更有效地减小输电线路上的

2、电能损耗，这就是远距离输 电需采用高电压的根本原因 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 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 将 电 压降 到 220 V. 远距离输电为什么要用高电压 问题设计 如图 1 所示，假定输电线路中的电流是 I，

3、两条导线的总电阻是 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：PI 2R，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，要减小输电电

4、流 I，必须提高输 出电压 U. 要点提炼 输电线上的电压损失和功率损失(设输电线上电阻为 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UUU IR. 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 PI 2R. (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. U2R 3减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 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减小电 LS 阻 (2)减小输电电流 I 由 PUI 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流 延伸思考

5、 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 变低，达不到额定功率，因此白炽灯灯光较暗 一、降低输电损耗的途径 例 1 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 2 A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 I 2R 和 R ，P 损 越

6、小，所以 A 正确由 PUI 及 P 损 I 2R 知 B 正 LS 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，故 D 正确 二、输电线上功率损失的计算 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. U21R U1 U22R CI 2R DI (U1U 2) 答案 A 解析 用 PU 2/R 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 输出电压不是输电

7、线上的电压，故 A 是错误的B 中的 U1U 2 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)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 出功率的几分之几？ (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？ 它占输出功率的几分之几？ 解析 (1)由 PUI 得 I 2 500 A PU 5108 W2105 V (2)输电线上损失的功率 PI 22r2

8、 500 2210 W1.2510 8 W 损失功率与输出功率之比为 PP 1.251085108 14 (3)将电压升高至 50 万伏时，I 1 000 A PU 5108 W5105 V 输电线上损失的功率 PI 22r1 000 2210 W210 7 W 损失功率与输出功率之比为 PP 21075108 125 答案 (1)2 500 A (2)1.2510 8 W 14 (3)1 000 A 2 107 W 125 针对训练 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

9、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 3 A输电电流为 3I B输电电流为 9I C输电电压为 3U D输电电压为 U 13 答案 AD 解析 高压线上的热耗功率为 PI 2R 线 若热耗功率变为 9P，则 9PI 2R 线 . 由得 I3I，A 对又输送功率不变，PUI U I ，得 U U，所以 D 13 对 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

10、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，即增大导线的横截面积，故 C 正确 2(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 P0，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_U 0. 答案 10 解析 设输送功率为 P，则 P0( )2R 线 ，0.01P 0( )2R 线 ，所以 U10

11、U 0. PU0 PU 3(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，输电导线上的功率损失为 P 损 ( )2R( ) PU 20103250 20.5 W3.2 kW 用户得到的功率为 P 用 PP 损 20 kW3.2 kW16.8 kW 假如改用 50

12、0 V 的电压输电，输电导线上的功率损失为 P 损 ( )2R( )20.5 W0.8 kW PU 20103500 用户得到的功率为 P 用 PP 损 20 kW 0.8 kW19.2 kW. 题组一 降低输电损耗的途径 1远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比 1 000 kV 高得多的电压进 行输电采用高压输电的优点是( ) A可节省输电线的材料 B可根据需要调节交流电的频率 C可减小输电线上的能量损失 D可加快输电的速度 答案 AC 解析 由于远距离输电，往往输送电功率一定，根据 PUI，输送电压 U 越高，则输 送电流 I 越小，据 P 线 I 2R 知，当要求在输电线能量损

13、耗一定的情况下，输电线电阻 PU 可略大，导线可做得细一些或选择电阻率大的材料(非铜材 )；若输电线确定，即 R 确定， 则可减小线路上的能量损耗，故 A、C 项正确；而交流电的频率是一定的，不需调节，输 电的速度就是电磁波的传播速度，也是一定的，故 B、D 项不正确 2远距离输电时，在输送功率不变的条件下( ) A增加导线的电阻，可以减小输电电流，提高输电效率 B提高输电电压，可以减小输电电流，提高输电效率 C提高输电电压，势必增大输电导线上能量的损耗 D提高输电电压，势必增大输电导线上的电流 答案 B 解析 在输送功率一定的前提下，P 输 U 输 I 输 ，P 损 I R 线 ，2输 10

14、0%，所以选项 B 正确 P输 P损P输 3关于减小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，增大导线电阻 U2R B由 PIU ，应低电压小电流输电 C由 PI 2R，应减小导线电阻或减小输电电流 D上述说法均不对 答案 C 解析 输电时导线上损失的电压 UIR ，它不同于输电电压，P 或 PIU 中的 U2R U 应为导线上损失的电压，故 A、B 错误，导线上功率的损失为发热损失，PI 2R，故 C 正确 题组二 输电线上功率损失的计算 4在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损失的电功率( ) A随输电线电阻的增大而增大 B和输送电压的

15、平方成正比 C和输电线上电压降落的平方成正比 D和输电线中电流的平方成正比 答案 ACD 解析 由损失功率公式 P 损 I 2R 线 ( )2R 线 . P输U输 U2损R线 5中国已投产运行的 1 000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设 甲、乙两地原来用 500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为 P.在保持输送电功率 和输电线电阻都不变的条件下，现改用 1 000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响， 则输电线上损耗的电功率将变为( ) A. B. P4 P2 C2P D4P 答案 A 解析 在超高压输电中，设输送电功率为 P，输电电压为 U，输电线电阻

16、为 R，则 输电线上损耗的电功率为 P 2R，当输电电压升为原来的 2 倍时，输电线损耗的电功( PU) 率变为原来的 ，故选 A. 14 6输电导线的电阻为 R，输送电功率为 P.现分别用 U1 和 U2 两种电压来输电，则两次 输电线上损失的功率之比为( ) AU 1U 2 BU U21 2 CU U DU 2U 12 21 答案 C 解析 由 PUI 得输电线中的电流 I .输电线上损失的功率 P 损 I 2R( ) PU PU 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 P2RU2 比所以两次输电线上损失的功率之比 P 损 1P 损 2U U2 21

17、7某发电厂原来用 11 kV 的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到 220 kV 输电，输送的电功率都是 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 PU 120 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 UR C根据公式 P 损 I 2R R，提高电压后输电线上的功率损失减为原来的 P2U2 1400 D根据公式 P 损 ，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的 400 倍 U2R 答案 AC 解析 输电线上电流为 I ，也可以用 I 来表示，其中 U 为输电线上电阻 R 两 PU UR 端的电

18、压，而不是输送电压，故 A 正确，B 错误；输电线上的功率损失为 P 损 I 2R R， C 正确；如果用 P 损 ，则 U 应为 R 两端的电压 U，故 D 错误 P2U2 U2R 8某发电站采用高压输电向外输送电能，若输送的总功率为 P0，输电电压为 U，输 电导线的总电阻为 R.则下列说法正确的是( ) A输电线上的电流 I UR B输电线上的电流 I P0U C输电线上损失的功率 P ( )2R P0U D输电线上损失的功率 P U2R 答案 BC 解析 输电线上的电流 I ，B 项对；因输电电压不等于导线上的电压，A、D 项错； P0U 输电线上的功率损耗 PI 2R( )2R，C

19、项对 P0U 9输电线路的电阻为 R，发电站输出功率为 P，输电电压为 U，则用户得到的功率为( ) AP BP( )2R PU CP D( )2R U2R PU 答案 B 解析 用户得到功率 P 得 PI 2RP( )2R，所以 B 正确 PU 10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 ， 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 ( ) AP U2SL BP P2LU2S CP 用 P U2SL DP 用 P (1 ) PLU2S 答案 BD 解析 输电线电阻 R ， LS 输电

20、电流 I ， PU 故输电线上损失的电功率为 PI 2R( )2 PU LS P2LU2S 用户得到的功率为 P 用 PP P(1 ) PLU2S 故选 B、D. 11用相同材料制成的导线向同一处用户输送 10 kW 的电功率，在输电电压 U1110 V 和 U2220 V 两种情况下，要求输电线中损失的电功率相同，则两种情况下导线截面积 之比为_ 答案 41 解析 由公式：P 损 ( )2R 线 得 P输U输 ，再由 R 得 . R1R2 U21U2 14 LS S1S2 41 12我国西部特别是云、贵、川有大量的水力资源，西电东送是西部大开发的重要项 目之一据报道，云南大朝山在 2005

21、年已建成 100 万千瓦的水力发电站设电站输电电压 为 25 万伏，则输电线上的电流是_ A如输电线总电阻为 40 ，则电流通过输电 线时，在输电线上发热消耗的功率为_ kW.如将输电电压升高到 100 万伏，则输电 线上发热消耗的功率为_ kW.根据以上数据得出你认为合理的输电方法是 _ 答案 410 3 6.410 5 410 4 提高输电电压 解析 当输电电压 U125 万伏时， I1 A410 3 A PU1 10010410325104 输电线上热功率 P 热 1I R(410 3)240 W6.410 5 kW21 当输电电压 U2100 万伏时， I2 A110 3 A PU2

22、100104103100104 输电线上热功率 P 热 2I R(110 3)240 W410 4 kW2 由以上计算可知：在输电功率 P 一定时，输电电压越高，输电线上损失的热功率 P 热 越小，故合理的输电方法是提高输电电压 13有一个发电站，输送功率为 P500 kW，当使用 U5 kV 的电压输电时，测得安 装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差 4 800 度求： (1)这时的输电效率 和输电线的总电阻 r； (2)若想使输电效率提高到 98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输 电？ 答案 (1)60% 20 (2)22.4 kV 解析 (1)由于输送功率为 P500 kW，一昼夜输送电能 EPt 12 000 度，终点得到 的电能 E7 200 度，因此输电效率 100%60%.输电线上的电流 I 100 EE PU A，而输电线损耗功率为 P 损 kW200 kW，因此可得 r 20 . 4 80024 P损I2 (2)输电线上损耗的功率 P 损 ( )2r ，故 ，原来 P 损 200 kW，现要 PU 1U2 UU P损P损 使 P 损 10 kW ，计算可得输电电压应调节为 U22.4 kV.