第三章 4.电能的输送-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

4.电能的输送 知识点一 情境导入 　提示：在输电功率及输电距离一定的情况下，根据P＝UI可知提高输电电压，可减小输电电流，再由P＝I2R可知可以减少输电线上的电能损失。 新知导读 1.（2）频率　（3）电能　2.I2r 易错辨析 （1）√　（2）×　（3）×　（4）× 知识点二 情境导入 提示：（1）与发电厂连接的变压器是升压变压器。 （2）与用户连接的变压器是降压变压器。 （3）输电线路部分是高压线路。 新知导读 1.升压　降压　2.输电线　变电站 易错辨析 （1）√　（2）√　（3）× 4.电能的输送 知识点一 解析：（1）设输送功率为P，输电电压U1＝220 V时，损失功率ΔP1＝20％P 又因为ΔP1＝R线，I1＝ 解得ΔP1＝ R线 现要求ΔP2＝5％P，同理ΔP2＝ R线 因此可得＝＝ 所以U2＝2U1＝440 V。 （2）由ΔP＝I2R线可知 ＝＝＝ 输电线的电阻应变为原来的。 即学即练 　AD　若输电电压为U，则流过输电线的电流为I1＝，输电线上的电压损失U损＝I1R＝，输电线上的功率损失P损＝R＝，A正确，B错误；若输电电流为I，则输电线上的电压损失U损＝IR，输电线上的功率损失P损＝I2R，C错误，D正确。 知识点二 【例2】　（1）　（2）20 Ω　（3） 解析：（1）升压变压器的原、副线圈匝数比＝＝＝。 （2）已知输电功率为10 kW，而用户得到的功率为9.5 kW，所以损失的功率为0.5 kW 而输电电流取决于输电电压及输电功率，则有I2＝ 所以R＝＝＝ Ω＝20 Ω。 （3）降压变压器原线圈上的电压U3＝U2－I2R＝U2－R＝V＝1 900 V 所以降压变压器的原、副线圈匝数比＝＝。 即学即练 1.C　升压变压器原线圈的电流为I1＝＝20 A，根据＝可得，输电线电流为I2＝×20 A＝1 A，输电线上损耗的功率为P损＝R线＝100 W，故A、B错误；用户端获得的电功率为P4＝10×103 W－100 W＝I4U4，把U4＝220 V代入，解得用户端的电流为I4＝45 A，故C正确；降压变压器的匝数比为＝＝，故D错误。 2.AD　由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率。P出－P损＝P入，故D正确；＝，＝，因为U1＝200 V＜U4＝220 V，U2＞U3＝U2－U线，故＞，故B、C错误，A正确。 【素养培优】 【典例】　D　直流输电线上的电流I＝＝ A＝4×103 A，故A错误；降压变压器的输入电压U2＝U－IR＝1 100×103 V－4×103×10 V＝10.96×105 V，则降压变压器的原副线圈匝数比＝＝＜，故B错误；直流输电线上损失的功率为ΔP＝I2R＝×10 W＝1.6×108 W，损失的电压ΔU＝IR＝4×103×10 V＝4×104 V＝40 kV，故C错误；若保持输送电功率不变，改用550 kV输电，直流输电线的电流I0＝＝ A＝8×104 A，则直流输电线上损失的功率为ΔP0＝R＝×10 W＝6.4×108 W，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.电能的输送 1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关，知道降低输电线上的能量损失的方法。 2.了解交变电流从发电站到用户的输电过程及简单的电网结构。 3.应用理想变压器、电路知识会对简单的远距离输电线路进行有关分析及计算。 知识点一　降低输电损耗的两个途径 　情境：如图所示为我国的某高压输电线路的局部图，输电电压越高，用电的安全性要求也会越高。 问题：在输电功率及输电距离一定的情况下，根据P＝UI、P＝I2R，说明为什么要采用高压输电？ 1.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　　　稳定。 （3）经济：输电线路建造和运行的费用低，　　　　损耗少。 2.输电线上的功率损失：P＝　　　　，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：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）减小输电导线中的电流：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。 4.高压输电 （1）现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV的特高压。 （2）输电电压并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。 （3）实际输送电能时，要综合考虑输送功率的大小、距离的远近、技术和经济等要求，选择合适的输电电压。 【易错辨析】 （1）输送到用户两端的电压U'与U、I及r之间的关系为U'＝U－Ir。（　　） （2）由P＝可知输电电压越小，输电线上损失的电功率就越小。（　　） （3）输电的电压越高越好。（　　） （4）通过技术改造，用户得到的电能与发电厂输出的电能可能相等。（　　） 1.输电线上的电压损失ΔU 输电线上的电压损失ΔU是输电线路始端电压U与输电线路末端电压U'的差值，ΔU＝U－U'＝IR线＝R线。 2.输电线上的功率损失ΔP （1）原因：输电线有电阻R线，电流I流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失。 （2）三种计算方式：①ΔP＝I2R线；②ΔP＝ΔUI；③ΔP＝。 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线：根据R线＝ρ知，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I＝可知，在输送功率P与输电线电阻R线一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减小为原来的，输电线上的功率损失将降为原来的，电压损失降为原来的。 【例1】　某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20％，现改变输电电压或输电线电阻，使导线上损失的功率为输送功率的5％。 （1）若输电线的电阻不变，输电电压应变为多少？ （2）若输电电压不变，输电线的电阻应变为原来的多少倍？ 尝试解答 易错提醒 功率损失和电压损失的三点提醒 （1）输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指输电线路上的电压降ΔU＝I输R线。 （2）输送功率指电源向输电线提供的总功率，损失功率是输电线上的发热功率（不考虑其他因素）。 （3）输电线上的电流由I输＝计算，注意I输≠。 　〔多选〕（人教版选择性必修第二册P67·T2改编）某发电站输出电功率为P，输电线的总电阻为R，则下列关于输电线上的电压损失和功率损失说法正确的是（　　） A.若输电电压为U，则U损＝ B.若输电电压为U，则P损＝ C.若输电电流为I，则U损＝ D.若输电电流为I，则P损＝I2R 知识点二　电网供电 　　 情境：图甲为我国美丽的三峡大坝一景，三峡电站的年设计发电量882亿kWh；图乙为某火力发电厂（或水电站）发出的电能输送到用户的基本供电简图。 问题：（1）与发电厂连接的变压器是升压变压器还是降压变压器？ （2）与用户连接的变压器是升压变压器还是降压变压器？ （3）输电线路部分是高压还是低压线路？ 1.远距离输电的基本原理 在发电站内用　　　　变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过　　　　变压器降到所需的电压。 2.电网 通过网状的　　　　、　　　　，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）合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 【易错辨析】 　（1）由于输电导线有电阻，电能的输送过程中有一部分电能转化为电热。（　　） （2）使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于或低于发电机输出的电压。（　　） （3）远距离输电时，若升压变压器匝数比为1∶n，降压变压器匝数比为n∶1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压一定相等。（　　） 　解决电网供电问题的两个关键 1.熟悉电网供电的原理示意图 2.理清电网供电的基本关系 （1）电压关系：＝，U2＝U线＋U3，＝。 （2）电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝。 （3）功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。 （4）输电电流：I线＝＝＝＝。 （5）电压损失：U线＝U2－U3＝I线R线。 （6）功率损失：P损＝P2－P3＝R线＝＝U线I线。 【例2】　如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV高压输电，最后用户得到220 V、9.5 kW的电力，求： （1）水电站升压变压器的原、副线圈匝数比； （2）输电线路导线电阻R； （3）降压变压器的原、副线圈匝数比。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.（2025·江西九江期末）如图所示为某发电厂向用户供电的线路示意图，已知发电厂的输出功率为10 kW，输出电压为500 V，用户端电压为220 V，输电线总电阻R＝100 Ω，升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶20，变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A.升压变压器原线圈的电流为1 A B.输电线上损耗的功率为1 000 W C.用户端的电流为45 A D.降压变压器的匝数比n3∶n4＝500∶11 2.〔多选〕某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则（　　） A.＞ B.＜ C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 直流输电 1.交流输电的局限性：随着电力系统的扩大，交流输电遇到了一些技术困难。 （1）现代的供电系统是把许多电站连成一个电网，要使电网内的许多发电机同步运行，技术上有一定困难。 （2）远距离输电时，线路上的电容、电感对交变电流的影响也不能忽略，有时它们引起的电能损失甚至大于导线电阻引起的电能损失。 2.直流输电的优势：在远距离输电这个环节使用直流，可以减少感抗和容抗引起的电能损失。 3.直流输电的模式 （1）原理：由于发电机产生的仍是交流，用户使用的也主要是交流。为此，在送电端有专用的“整流”设备将交流变换为直流，在用户端也有专用的“逆变”设备再将直流变换为交流。 （2）直流输电模式：如图所示。 （3）应用：目前我国的新疆昌吉至安徽古泉新建了±1 100 kV特高压直流输电工程。这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。直流特高压输电技术已成为我国“西电东送”战略的技术基础。 【典例】　我国已投产运行的1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程。输电线路流程和数据可简化为如图所示，若直流线路的输电线总电阻为10 Ω，变压与整流等造成的能量损失均不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变。当输送功率为4.4×109 W时，下列说法正确的是（　　） A.直流输电线上的电流为8×103 A B.降压变压器的原副线圈匝数比大于2∶1 C.直流输电线上损失的功率为1.6×107 W，损失的电压为40 kV D.若保持输送电功率不变，改用550 kV输电，直流输电线上损失的功率为6.4×108 W 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：完成课后作业　第三章　4. 3 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $