3.4 电能的输送 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦电能输送，核心知识点为输电损耗来源及高压输电原理。通过预备知识填空、问题讨论衔接变压器知识，以小组讨论和展示为学习支架，构建前后知识脉络。 特色在于思维探究问题链引导科学推理，结合“西电东送”等实际情境设计例题变式，含思维导图辅助课堂小结。思路总结与分层习题助力知识应用，培养科学思维与探究能力，提升物理观念。

第三章 交变电流 4 电能的输送 【课标要求】通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。 【学习目标】 1．掌握输电损耗的来源。 2．掌握远程输电问题的计算。 3．结合之前对变压器的学习，进一步了解现实中的输电问题，从而解决实际问题。 【学习重难点】 重点：输电线上电压损失与功率损失产生的原因及如何减少两种损耗。 难点：高压输电电路图画法及电路图中三个回路的电压、电流、功率的关系。 课本导练 预备知识 一、降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求 （1）可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障； （2）保质：___________________________________________； （3）经济：___________________________________________。 2．输电线上的功率损失：_________________，I为输电电流，r为输电线的电阻。 3．降低输电损耗的两个途径 （1）减小输电线的电阻：___________________________________； （2）减小输电线中的电流：__________________________________。 二、电网供电 1．远距离输电的基本原理：__________________________________。 2．电网：_____________________________________________。 3．电网输电的优点 （1）_______________________________________________； （2）_______________________________________________； （3）_______________________________________________。 1．采用110高压输电，输送电功率为4800的电能，输电导线中的电流是多少？如果用110V电压输送同样功率的电能，输电导线中电流是多少？ 我们在初中曾经做过类似的题目，那时是用直流电路的知识来处理的。在纯电阻的交流电路中，同样有公式和。想想看，这里的U和I的含义与初中有什么不同？ 2．以下是一段关于输电线损失功率的推导。 将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率。设输电电压为U，则功率损失为（1），而（2），将（2）式代入（1）式，得到（3），由（3）式可知，要减小功率损失，就应当用低压送电和增大输电线的电阻R。这段推导错在哪里？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．从发电站输出的功率为200，输电线的总电阻为0.05Ω，用1100V和11两种电压输电。试估算两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失。 2．如果分别用220 V 和11kV 两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同，求两次输电所用导线的横截面积之比。 3．某水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的电压为250V．通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V．要求在输电线上损失的功率控制为5 KW．请你设计两个变压器的匝数比．为此，请你计算： （1）降压变压器输出的电流是多少?输电线上通过的电流是多少? （2）输电线上损失的电压是多少?升压变压器输出的电压是多少? （3）两个变压器的匝数比各应等于多少? 点评点拨 一、降低输电损耗的两个途径 思维探究 我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区 ，而用电量大的城市多在东部沿海地区．从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，如何减少电能的损耗？ 输电线上的电压损失 ΔU＝U－U′ ． 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 ，其中ΔU为输电线上的电压损失． 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 ，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，但这要多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难． 2．减小输电电流I，根据 ，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 ，输电线上的功率损耗将降为原来的 ． 例1． 中国发布的“双碳战略”， 计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和．电力作为远程输送能量的载体，特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一、若在输送电能总功率不变的情况下，仅将原来的500 kV高压输电升级为1000 kV的特高压输电，下列说法正确的是（ ） A．输电电流会变为原来的2倍 B．若输电线不变， 则输电线上损失的电压变为原来的 C．若输电线不变， 则输电线上损失的功率变为原来的 D．若输电线损失功率不变，则使用相同材料、粗细的输电线传输距离是原来的4倍 变式训练1． 如图所示是远距离输电的示意图，远距离输电要采用高压输电，输电电压330 kV、550 kV乃至750 kV的线路，称为超高压输电线路，输电交流电压为1000 kV（直流电压为 ）及以上的线路，称为特高压输电线路．我国已实现大功率的远距离输电，构建了大规模“西电东送”“北电南送”的能源配置格局，2018年，我国开始建造世界上容量最大的特高压多端直流输电工程．下列说法正确的是（ ） A．远距离输电的输送电压指升压变压器原线圈端电压 B．远距离输电的输送电压可以无限制地提高 C．远距离输电的输送电流指一次高压变电站副线圈的电流 D．特高压远距离输电可以采用交、直流结合的方式输电 变式训练2． 2023年8月 18日，世界首条35千伏公里级超导输电示范工程首次实现满负荷运行，刷新了我国商用超导输电工程最大实际运行容量的纪录．如图是某输电线路简化图，两理想变压器匝数比分别为 ， ，M、N间接入电压有效值恒为U的正弦交变电源，a、b、c三个电阻的阻值相等．则（ ） A．电源功率P一定时，输电电压U加倍，则流过电阻b的电流减半 B．电源功率P一定时，输电电压U加倍，则电阻b损耗的功率减半 C．M、N间电压U一定时，电阻c两端的电压为 D．M、N间电压U一定时，电阻c两端的电压为 思路总结： 计算输电导线上功率损失的四种方法 在远距离输电的过程中，由能量守恒定律可知，发电机输出的总功率等于输电线路上损失的热功率和用户得到的功率之和．计算输电导线上功率损失的四种方法如下： （1）______，I为输电导线中的电流，r为输电导线的电阻； （2）______，P为远距离输电的输送功率，U为输电电压，r为输电导线的电阻； （3）______， 为输电导线上损失的电压，为输电导线的电阻； （4）______， 为输电导线上损失的电压，I为输电导线中的电流． 二、远距离高压输电电路中的各种关系 思维探究 假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的总电阻是r．在图中，导线的电阻集中画为一个电阻r． 1． 怎样计算输电线路损失的功率？ 2． 在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？ 3． 通过第2步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？ 4． 怎样计算用户消耗的功率P？ 5． 在用户的用电功率一定的前提下，怎样才能减小输电流？ 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： ， ． （3）电流关系： ，I2＝I线＝I3， ． （4）输电电流：I线＝ ． （5）输电导线上损耗的电功率：ΔP＝P2－P3＝I线2R线＝ ＝ΔU·I线． （6）输电导线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3． 例2． 如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r（在图中把导线电阻集中画为r）．那么： （1）输送到用户两端的电压U′与U、P、I及r之间有哪些关系式？ （2）用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？为什么？ （3）功率损失的表达式是什么？降低功率损失有哪些途径？ 变式训练1． 如图所示是远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，发电机的输出电压恒定，输电线上损耗的功率为 ，变压器原副线圈的电压以及电流用图中的量表示，则当用户增多，处于用电高峰期时，下列说法正确的是（ ） A． 变大 B． 增大 C． 变大 D． 变小 变式训练2． “西电东送”是我国重要的战略工程，从西部发电厂到用电量大的东部区域需要远距离输电．图为远距离交流输电的示意图，升压变压器 和降压变压器 均为理想变压器， 的原线圈接有电压有效值恒定的交变电源，R为输电导线的电阻， 的副线圈并联多个用电器，下列说法正确的是（ ） A． 输出电压与 输入电压相等 B． 输出功率大于 输入功率 C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低 D．若用户接入的用电器增多，则 输出功率可能降低 思路总结： 在每个回路中，变压器的原线圈是前一个回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，变压器是联系各回路的桥梁． 在解决远距离输电问题时，输电过程示意图中表示的物理量不一定全用，由于物理量较多，一定要清楚每个字母表示的含义，不要混淆． 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 （1）现实中通常主要用增加导线的横截面积来减小输电损耗。（ ） （2）远距离输电时，输电电压越高越好。（ ） （3）输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比。（ ） （4）由P＝可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小。（ ） （5）使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。（ ） 【参考答案】 课本导练 预备知识 【答案】 一、1．（2）保证电能的质量电压和频率稳定． （3）输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 2．P＝I2r 3．（1）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）为减小输电电流，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． 二、1．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．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．（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，保障供电的质量． （3）合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高． 1．【答案】43.6A；43636A；在初中电路中U=IR，I表示电流，U表示电阻两端的电压； P=UI，U表示电压、I表示电流，UI表示电功率；在纯电阻交流电路中U=IR，电流、电压的表示与初中相同；对于P=UI，U表示输送电压，I表示输送电流。 2．【答案】见解析 展示讨论 1．【答案】9.09V；0.91V 2．【答案】2500：1 3．【答案】（1）25A，（2），（3）； 点评点拨 一、降低输电损耗的两个途径 【答案】 一个途径是减小输电线的电阻。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，例如铜、铝来制造输电线。此外，还要尽可能增加导线的横截面积。另一个途径是减小输电导线中的电流。 例1．【答案】D 变式训练1．【答案】D 变式训练2．【答案】AC 【答案】 ； r； ； 二、远距离高压输电电路中的各种关系 【答案】 （1）输电线上的电流为，所以输电线路损失的功率为 （2）由于线路上损失的功率有，当输电电流一定，线路电阻减为原来一半，结合上述公式可知，线路上损失的功率减为原来的二分之一；在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损损失的功率为原来的四分之一。 （3）由上述分析可知，当输电电流一定，线路电阻减为原来一半，结合上述公式可知，线路上损失的功率减为原来的二分之一；在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损损失的功率为原来的四分之一；所以降低输电电流可以有效降低输电线路的损耗。 （4）由电路知识有。 （5）用户得的功率为，损耗的电功率为，由之前的分析可知，输电电流为，所以综上分析可知，在保证用户的功率情况下，增大发电厂的电压可以减小输电电流。 例2．【答案】 （1）U′ ；（2）不相等．由于输电线有电阻，有一部分电能转化为电热损耗掉了； ．降低功率损失的两个途径：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U． 变式训练1．【答案】B 变式训练2．【答案】BD 小结小测 二、课堂小测 【答案】 × √ √ × √ 学科网（北京）股份有限公司 $