第4節(jié) 電能的遠(yuǎn)距離輸送

第4節(jié)電能的遠(yuǎn)距離輸送核心素養(yǎng)點(diǎn)擊

物理觀念(1)了解提高輸電電壓是降低遠(yuǎn)距離輸電損耗的有效途徑。(2)了解高壓交流輸電、高壓直流輸電的概念。科學(xué)思維(1)會用相關(guān)知識解釋實(shí)際的輸電問題。(2)通過建立遠(yuǎn)距離輸電模型的過程，體會建立模型的思維方法。科學(xué)探究利用模型解決遠(yuǎn)距離輸電問題?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任理解工程技術(shù)要兼顧科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多種因素，知道電網(wǎng)供電是遠(yuǎn)距離輸電的重要發(fā)展。I2R輸電線電阻輸電電流橫截面積電阻率②從公式P＝IU來看，在保證功率不改變的情況下，要減小輸送電流就必須提高

。前一種方法的作用十分有限，一般采用后一種方法。(3)拓展一步：電容與電感對交流輸電線路的影響①電容器具有“

”的作用。②電感器具有“

”或“通低頻、通直流、阻高頻”的作用。輸電電壓通交流、隔直流通直流、阻交流2．判一判(1)為了減少能量損失，要高壓輸電，而且越高越好。

()(2)輸送功率一定時(shí)，提高輸送電壓，可以減少功率損失。

()(3)我國已經(jīng)可以使用1000kV的特高壓輸電線路。

()×√√提示：不對。U為輸電電壓，而不是加在輸電導(dǎo)線上的電壓，即U≠Ir，而輸電電流可通過P＝UI求得。(2)高壓直流輸電①組成部分高壓直流輸電系統(tǒng)主要由

、直流線路和逆變器三部分構(gòu)成。實(shí)際上直流輸電系統(tǒng)只在輸電這個(gè)環(huán)節(jié)是

，發(fā)電環(huán)節(jié)和用電環(huán)節(jié)仍是

，輸電過程中只用兩根導(dǎo)線。②節(jié)省材料，輸電結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小。③不存在感抗和容抗引起的損耗。④不需要考慮電網(wǎng)中的各發(fā)電機(jī)的同步運(yùn)行問題。整流器直流交流(3)電能的利用與社會發(fā)展①電能的優(yōu)點(diǎn)：電能通過發(fā)電廠和電力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了集中生產(chǎn)，分散使用，便于

和分配。電動機(jī)靈活、

、適應(yīng)力強(qiáng)，更加廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。②電能的來源及轉(zhuǎn)化：電能是二次能源，主要來自熱能、水能、

、風(fēng)能等其他形式的能，這些能量轉(zhuǎn)化為電能都離不開

。③電能的社會價(jià)值與弊端：電能的利用提高了勞動

，解放了勞動者。但不可再生能源的過度開發(fā)和利用，又帶來了水土流失、

、生態(tài)失衡等嚴(yán)重后果。傳輸小巧原子能發(fā)電機(jī)生產(chǎn)率環(huán)境污染2．判一判(1)從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電。

()(2)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。

()(3)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，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。

(

)××√3．選一選如圖所示為某發(fā)電站電能輸送示意圖，已知發(fā)電機(jī)的輸出電壓、輸電線的電阻及理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)均不變。若用戶電阻R0減小，下列說法正確的是

(

)A．發(fā)電機(jī)的輸出功率減小B．輸電線上的功率損失減小C．用戶得到的電壓減小D．輸電線輸電電壓減小解析：若用戶電阻R0減小，則降壓變壓器輸出功率增大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出功率增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若用戶電阻減小，則降壓變壓器輸出功率增大，導(dǎo)致輸電線上電流增大，輸電線上損失的電壓增大，輸電線上的功率損失增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若用戶電阻減小，輸電線上損失的電壓增大，則降壓變壓器原線圈輸入電壓減小，由于降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比不變，故降壓變壓器副線圈輸出電壓(即用戶得到的電壓)減小，選項(xiàng)C正確；發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則升壓變壓器的原線圈輸入電壓不變，由于升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)不變，則輸電線輸電電壓不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：C探究(一)

輸電線上的電壓損失和功率損失[問題驅(qū)動]如圖所示，假定發(fā)電廠輸出的電壓為U，輸送功率為P，輸電線路中的電流是I，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)。那么：(1)用戶兩端的電壓是多大？(2)用戶得到的電能與發(fā)電廠輸出的電能相等嗎？(3)輸電線上功率損失的原因是什么？某變電站用220V的電壓輸電，導(dǎo)線上損失的功率為輸送功率的20%。若要使導(dǎo)線上損失的功率降為輸送功率的5%，則輸電電壓應(yīng)為多少？[答案]

440V[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．用U1＝U和U2＝kU兩種電壓來輸送電能，若輸送的功率相同，在輸電線上損失的功率相同，導(dǎo)線的長度和材料也相同，則在兩種情況下導(dǎo)線的橫截面積S1∶S2為

(

)A．k∶1

B．1∶kC．k2∶1 D．1∶k2答案：C

2．小明分別按圖1和圖2電路探究遠(yuǎn)距離輸電的輸電損耗，將長導(dǎo)線卷成相同的兩卷A、B來模擬輸電線路，忽略導(dǎo)線的自感作用。其中T1為理想升壓變壓器，T2為理想降壓變壓器，兩次實(shí)驗(yàn)中使用的燈泡相同，燈泡的電壓相等。兩次實(shí)驗(yàn)中

(

)A．都接直流電源

B．A兩端的電壓相等C．A損耗的功率相等

D．圖1中A的電流較大答案：D

答案：AD

探究(二)遠(yuǎn)距離輸電問題與電路分析[問題驅(qū)動]如圖所示是我們常見的高壓輸電線路。(1)由電廠輸出的電壓采用什么方法獲得高電壓？(2)如何獲得用戶所需的220V的電壓？提示：(1)采用升壓變壓器變壓獲得高電壓。(2)用戶端采用降壓變壓器變壓獲得220V電壓。

3．遠(yuǎn)距離輸電問題的分析方法處理遠(yuǎn)距離輸電問題的關(guān)鍵是抓住一圖三線，一圖即輸電的電路圖，三線即三個(gè)關(guān)系：功率關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系，抓住一圖三線，按照從前向后或從后向前的順序，即可找到突破口。

如圖所示，一小型發(fā)電站通過升壓、降壓變壓器把電能輸送給用戶，已知發(fā)電機(jī)的輸出功率為500kW，輸出電壓為500V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶10，兩變壓器間輸電導(dǎo)線的總電阻為2Ω。降壓變壓器的輸出電壓為220V，不計(jì)變壓器的損耗。求：(1)輸電導(dǎo)線上損失的功率；(2)降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比。遠(yuǎn)距離輸電問題的解題步驟(1)正確畫出輸電過程示意圖并在圖上標(biāo)出各物理量。(2)抓住變壓器變壓前后各量間的關(guān)系，求出輸電線上的電流。(3)計(jì)算電路功率問題時(shí)常用關(guān)系式：P損＝I線2R線，注意輸電線上的功率損失和電壓損失。(4)電網(wǎng)送電遵循“用多少給多少”的原則，說明原線圈中的電流由副線圈中的電流決定。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．如圖所示，甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時(shí)間變化的圖像，則

(

)A．用戶用電器上交流電的頻率是100HzB．發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500VC．輸電線的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定D．當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí)，輸電線上損失的功率減小答案：D

提示：輸電線上的功率損失P損＝UI是錯(cuò)誤的，因?yàn)檩旊婋妷篣不是加在輸電線上的電壓。二、注重學(xué)以致用和思維建模2．

(多選)某輸電線路橫穿公路時(shí)，要在地下埋線通過。為了保護(hù)輸電線不至于被壓壞，可預(yù)先鋪設(shè)結(jié)實(shí)的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過。如圖所示，電線穿管的方案有兩種，甲方案是鋪設(shè)兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過，乙方案是只鋪設(shè)一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過，如果輸電導(dǎo)線輸送的電流很強(qiáng)，那么，以下說法正確的是(

)A．無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流，甲、乙兩方案都是可行的B．若輸送的電流是恒定電流，甲、乙兩方案都是可行的C．若輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的D．若輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的解析：若題圖甲中電線通交流電，因變化的電流周圍產(chǎn)生變化的磁場，故每根鋼管中都產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致能量損耗較大。若題圖乙中電線通交流電，由于兩根導(dǎo)線中的電流方向是相反的，如果它們相互足夠靠近，則它們在周圍的每一點(diǎn)上產(chǎn)生大小幾乎相等，方向相反的磁場，這樣能使渦流減弱到很小。若題圖甲、乙中電線通恒定電流，則都產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場不產(chǎn)生電場，因此不產(chǎn)生渦流，沒有能量損耗。因此B、D正確，A、C錯(cuò)誤。答案：BD

3．

用一臺某型號的柴油發(fā)電機(jī)給某一臨時(shí)安置區(qū)供電，如圖所示。

發(fā)電機(jī)到安置區(qū)的距離是400m，輸電線路中的火線和零線均為

單股銅導(dǎo)線，該型號導(dǎo)線單位長度的電阻為2.5×10－4Ω，安置區(qū)家用電器的總功率為44kW，當(dāng)這些額定電壓為220V的家用電器都正常工作時(shí)

(

)A．輸電線路中的電流為20AB．發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓為300VC．在輸電線路上損失的電功率為8kWD．如果該柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的是正弦式交變電流，則其輸出電壓最大值是300V答案：C

4．如