第4节 电能的远距离输送（教学课件）物理鲁科版选择性必修第二册

本高中物理课件聚焦电能的远距离输送，通过学校电费与莱芜电厂实际数据导入，计算220V直接供电时导线截面半径，对比电压升高20倍后的方案，构建问题链连接输电功率、电压、电流与损耗的关系，形成学习支架。 亮点在于以核心素养为导向，物理观念层面帮助学生建立“输电功率-电压-电流-损耗”联系，科学思维通过推导P损=I²R分析电压选择逻辑，科学探究设计不同电压下输电线路发热对比实验，科学态度结合新疆风电站等实例渗透能源责任意识，助力学生理解应用，为教师提供结构化教学内容。

第3章 交变电流与远距离输电 物理选择性必修第二册•鲁科版2019 第4节 电能的远距离输送 导入新课 通过百度地图与查阅学校电费知：学校所需电功率P用=9.1×104W，莱芜电厂到学校电线长度L=2.2×104m，铝导线电阻率ρ=2.8×10-8Ω•m，若电厂电压220V直接供电，导线损耗P损≤9%P用通过计算说明架设铝导线的截面半径是多少？ 物理观念 能理解电能远距离输送的基本原理，掌握高压输电方法，建立“输电功率、电压、电流与损耗”的定量关系认知。 科学思维 能推导输电线上功率损耗公式（P损=I2R），分析电压与损耗的关联，运用规律设计合理输电方案，提升定量分析与逻辑推理能力。 科学探究 能通过模拟实验（如不同电压下输电线路发热对比），观察输电损耗现象，收集数据并分析高压输电的优势，培养实验观察与数据分析能力。 科学态度 与责任 认识高压输电对国家能源调配的重要意义，体会物理规律在解决实际能源问题中的价值，增强关注能源安全与可持续发展的责任意识。 学习目标 重点难点 重点 理解高压输电降低功率损耗的原理，掌握输电功率与损耗的关系。 难点 推导输电线路功率损耗公式，分析实际输电系统的电压选择逻辑。 莱芜发电厂 十七中 220V 220V 远距离输送 若电厂电压升高为原来的20倍供电，导线损耗P损≤9%P用通过计算说明架设铝导线的截面半径变为多少？ 方案比较 01. 在我国常采用100kV、220kV、330kV、和550kV等高压方式将电能从发电厂经变电站输送给用户。 采用高压输电的原因 02. 新疆达板城风力发电站 1. 电能输送的优点： 2. 输送电能的基本要求： 可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。 “方便和节约” 保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。 经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。 可靠、保质、经济． 电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压 。 输送电压： 电源对外发出的功率即输送功率。 输送功率： 远距离输电为什么要采用高压方式呢？ 10kV 几百kV 100kV 10kV 220V/380V 发电机 其它形式能 电能 电能的输送模型 电能 电能 变压器 远距离大功率输电面临的困难是什么？ 思考： 在输电线上有功率损失。 1、功率损失 发电厂 用户 U送 U用 U损 r 输电导线 远距离输电，导线的电阻不能忽略。电流流过输电导线时，电流的热效应会引起电功率的损失。 （2)降低输电损耗的途径是什么？ （1)怎样计算输电线上损失的功率？ 减小输电线电阻 减小输电线电流 2、电压损失 发电厂 用户 U送 U用 U损 r 输电导线 造成电压损失的因素: （1）输电线电阻造成电压损失 （2）输电线的感抗和容抗造成电压损失． (高中阶段计算中只考虑输电线电阻造成的电压损失) 减小电阻的方法： 用较经济且电阻率较小的铜或铝作输电线 太粗不可能,既不经济又架设困难 减小输导线的长度L 不可行，因为要保证输电距离 减小材料的电阻率ρ 增加导线的横截面积 减小电流的方法： 由 P=IU 可知 (1)减小输送功率P (2)提高输电电压U 两种方式比较： (2)提高输电电压U ：由 可知在输送功率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，输电线上的功率损失降为原来的 倍。 (1)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。 在 100 km 左右时采用 110 kV 的电压输电 在100至300 km 时则采用 220 kV 的电压 在我国 更远距离采用更高电压输电 高压输电线路：输电电压为110 kV、220 kV 的线路 特高压输电线路：输电交流电压为1000kV及以上的线路 远距离输电时，要综合考虑输送功率的大小，技术和经济等各种因素，选择合适的输送电压。 ( 直流电压为±800kV ) 高压交流输电与直流输电 03. 远距离输电线路示意图 ∆P ∆U、 ~ 用 户 U1 I2 P1 U2 U3 U4 I1 P2 n1 n2 n4 n3 I3 I4 P3 P4 发电厂 R 发电回路 高压送电回路 用户回路 在高压输电三个回路中，各部分的功率、电压和电流关系如何？ 升压变压器 降压变压器 功率关系 电压关系 电流关系 1 4 2 2 3 U U U U R I F 用 线 r I1 I3 I4 n1 n2 n3 n4 P1 P2 P3 P4 升压变压器 降压变压器 输电导线 1 4 2 2 3 U U U U R I F 用 线 r I1 I3 I4 P1 P2 P3 P4 升压变压器 降压变压器 P1=U1I1 P2=U2I2 P3=U3I3 P4=U4I4 I线 交流输电时，输电导线有一定电感，大功率输电时，电感对交变电流的阻碍作用甚至超过电阻。 输电线架在空中，导线和大地之间就构成了一个电容器。 输电线铺设在地下（ 海底 ），需要用绝缘层隔开导线与大地（海水），导线和大地（海水）之间也构成了一个电容器。 感抗和容抗（ 合称电抗 ）会造成交流输电线路上的电压和电能的损失。 交变电流通过时，都会产生容抗。 1.电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 电网供电 04. 1.电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 现代供电系统把许多发电站连成一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的各台发电机发出的交变电流并网时必须做到同步，即并联输电线中的交变电流必须同时达到最大值和最小值，并且交变电流的频率必须相同。 电网 随着供电系统的迅速扩大、输电功率和输送距离的不断增加，技术难题越难克服。 电网供电 优点：合理调度电力，减少断电风险 我国的电网：国家电网和南方电网。 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。 课堂小结 降低输电损耗 的两个途径 电网供电 1.减少输电线的电阻 2.减少输电线的电流 r 输电线 输电线 电 源 用 户 U送 P用=UI－I2r 1.(采用高压输电的原因)(多选)远距离输送交变电流都采用高压输电。采用高压输电的优点是(　　) A.可节省输电线的材料 B.可根据需要调节交变电流的频率 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 提升训练 解析:远距离输电时往往输送的电功率一定,根据P=UI知,输送电压U越高,则输送电流 越小,根据P损=I2r知,在输电线上的功率损失一定的情况下,输电线电阻可略大些,导线可做得细一些或选择电阻率略大的材料(非铜材料);若输电线确定,即r确定,则可减小输电线上的能量损耗,故选项A、C正确。交变电流的频率是一定的,不需调节,输电的速度就是电磁波的传播速度,故选项B、D错误。 提升训练 2.(输电线上的电压损失和功率损失)(多选)为了消除高压输电线上的冰,假设利用电流的热效应除冰。若在正常供电时,高压线上输电电压为U,电流为I,热消耗功率为P损;除冰时,输电线上的热功率需要变为9P损,则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)(　　) 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 提升训练 答案:AD 提升训练 3.(远距离输电分析)下图为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流是I2。下列说法正确的是(　　) 答案:A 提升训练 提升训练 Lavf57.62.100 I= U 解析:输电线上损失的功率为P损=I2R线=R线,由该式可知要使P损增大为原来的9倍,输电电流应变为原来的3倍或输电电压变为原来的,故选项A、D正确。 A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为r D.输电线路上损失的电功率为I1U 解析:根据理想变压器的工作原理,得I1U1=I2U2,所以用户端的电压U2=,选项A正确;输电线上的电压降U'=I1r=U-U1,选项B错误;变压器的输入功率P1=I1U-r=I1U1,选项C错误;输电线路上损失的电功率P'=r=I1(U-U1),选项D错误。 $