 高中物理公式大全及知识点汇总整理版2024
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内容举例： 电能的输送
一、输送电能的基本要求
1. 可靠：保证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：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. 由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成内能而损失掉。
设输电导线中的电流为I，输电导线的电阻为R，则输电导线上的功率损失为ΔP=I2R。
2. 减少输电导线上的功率损失的两个途径
(1)减小输电导线的电阻
由电阻定律R=ρl/S可知，距离一定，选用电阻率ρ小的材料制造导线、增大导
线的横截面积S可减小电阻。
(2)减小输电导线中的电流
由P=UI可知，当输送功率P一定时，升高电压可以减小输电电流。
3. 易错警示
(1)要准确理解输电线始端电压U、线路上损失的电压ΔU及输电线的末端电压U'间的关系，即U=U'+ΔU。
(2)千万不能用ΔP=U^2/r计算功率损失，因为U不是输电线电阻r上所分担的电压。
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，这就是电网。
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)可以减小断电的风险，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。
导师点睛 发电站一般建在靠近能源产地的地方，发电站的电一般是通过电网传输的，主要目的是调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。
提高输电电压是减少电能损失行之有效的办法，因此，电能的输送必须使用变压器，先升压后降压，变成用户需要的电压即可使用。
简单的高压输电模型如下：
在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区通过降压变压器降到所需电压。
四、输电线上的电压损失和功率损失
1. 输电线上的电压损失
(1)电压损失：输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降落，致
使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。
(2)减少电压损失的两种方法：一是减小输电导线的电阻，二是减小输电电流。
2. 输电线上的功率损失
(1)功率损失的原因及计算
①功率损失的原因：任何输电线都有电阻，因此当电流通过输电线向远方输送时，输电线因有电阻而发热。
②功率损失的计算：ΔP=I2R，I为输电线上的电流，R为输电线电阻。
(2)减少功率损失的方法
由ΔP=I2R可知，减少输电线上功率损失的方法主要有两种：减小输电导线的电阻和减小输电导线中的电流。
①减小输电线的电阻R。由R=ρl/S知：
a. 减小输电线长度l：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小l来减小R。
b. 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，若使用电阻率更小的金属制作导线，如银，成本太高。
c. 增大输电导线的横截面积S：这种方法要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电
线的架设带来很大的困难。
②减小输电导线中的电流I。根据I=P/U知：
a. 减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的，所以不现实。
b. 提高输电电压U：在输送功率P和输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原
来的n倍，根据ΔP=(P/U)^2·R知，输电线上的功率损失将降为原来的1/n^2 。
根据以上分析可知，采用高压输电是减少输电线上功率损失最有效、最经济的措施。
五、远距离输电问题中的基本关系
1. 输电线路的构成
由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成，即“三个回路两个变压器”，如图所示。
2. 基本关系
(1)功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3。
(2)电压关系： U_1/U_2 =n_1/n_2 ，U_3/U_4 =n_3/n_4 ，U2=ΔU+U3。
(3)电流关系： I_2/I_1 =n_1/n_2 ，I_4/I_3 =n_3/n_4 ，I2=I3=I线。
(4)输电电流：I线=P_2/U_2 =P_3/U_3 =(U_2-U_3)/R_线 。
(5)功率损失：P损=I线ΔU=I_线^2R线=(P_2/U_2 )^2R线。
(6)输电导线上的电压损失：ΔU=I线R线=U2-U3。
易错警示 输电电压和损失电压的区别：输电电压是指升压变压器的输出电压，即图中的U2；损失电压也称为输电导线电阻上的电压，是指电流通过输电导线降落在输电导线电阻上的电压，即图中的ΔU。
六、高压输电中两类问题的分析方法
1. 输送功率恒定：当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损耗的功率就减少到原来的1/n^2 。在传输功率相同的情况下，提高输电电压，降低输电电流能有效降低在传输过程中的功率损失，电压越大损失越小。故为了降低传输过程中的功率损失，可采用特高压输电。
2. 输电电压恒定：画出输电的电路图，如图(a)所示，在远距离输电过程中，发电厂输
入升压变压器的电压U1恒定，高压输电线的电阻不变，升压变压器和降压变压器都是理想变压器。
(1)变压器线圈匝数不变、用户负载变化问题分析思路
(2)等效电阻思路
很多变压器问题中，可以将变压器和负载等效为一个电阻，按照直流电路进行分析，比如图(a)中，设用户电阻为R，将降压变压器和用户等效为电阻R'，如图(b)所示，经论证，R'=(n_3/n_4 )^2R。利用这种思路处理一些变压器动态变化类问题，简单高效。
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