2024-2025学年高中物理讲义（人教版2019）选修第二册11电能的输送.docx
电能的输送
知识点：电能的输送
一、输送电能的基本要求
1．可靠：指供电线路可靠地工作，故障少．
2．保质：保证电能的质量——电压和频率稳定．
3．经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．
二、降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻．
2．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积．
(2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压．
三、电网供电
1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压．
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．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益．
(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡．
(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．
技巧点拨
一、输电线上的电压和功率损失
1．输电线上的电压损失
图2
ΔU＝U－U′＝Ir＝eq\f(P,U)r.
2．输电线上的功率损失
(1)ΔP＝I2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻．
(2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝eq\f(?ΔU?2,r)，其中ΔU为输电线上的电压损失．
3．减少电压损失和功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻r，根据r＝ρeq\f(L,S)，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但过粗的导线会多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．
(2)减小输电电流I，根据I＝eq\f(P,U)，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的eq\f(1,n)，输电线上的功率损耗将降为原来的eq\f(1,n2).
二、解决远距离高压输电问题的基本方法
1．首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
2．理清三个回路：
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝U4I4.
3．常用关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.
(2)电压关系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4).
(3)电流关系：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，I2＝I线＝I3，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3).
(4)输电电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(ΔU,R线).
(5)输电线上损耗的电功率：
ΔP＝P2－P3＝I线2R线＝eq\f(?ΔU?2,R线)＝ΔU·I线．
(6)输电线上的电压损失：
ΔU＝I线R线＝U2－U3.
例题精练
1．（2021?淄博二模）图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器。升压变压器原、副线圈匝数比为1：100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表显示加在报警器两端的电压（报警器未画出）。未出现火警时，升压变压器的输入功率为750kW。下列说法中正确的有（）
A．降压变压器副线圈输出的交流电方向每秒钟改变50次
B．未出现火警时，降压变压器的输入电压为22kV
C．未出现火警时，降压变压器的输出功率为570kW
D．当传感器R2所在处出现火警时，电压表的示数变大
【分析】由图乙知交流电的周期0.02s，所以频率为50Hz，进而求每秒钟电流改变次数；
根据升压变压器的输入电压，结合匝数比求出输出电压，从而得出输送电流，根据输电线的电阻得出降圧変圧器的输入电压，根据闭合电路的动态分析判断电流与电压的变化。
【解答】解：A、如图乙所示，根据升压变压器输入电压可知交流电的周期T＝0.02s，一个周期内电流改变2次，故每秒钟电流改变n＝×2次＝100次，故A错误；
B、未出现火警时，由P＝U1I1知，升压变压器的输入电流为：I1＝，其中P＝750kW＝7.5×105W，U1＝＝V＝250V，解得：I1＝3000A，
根据升压变压器的匝数之比等于电流反比可知：＝，则I2＝30A，
根据升压变压器的匝数之比等于电压之比可知：＝，则U2＝25000V，
则未出现火警时，降压变压器的输入电压为U3＝U2﹣I2r＝2500