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

该高中物理导学案围绕电能的输送展开，引导学生掌握电能输送的基本要求、输电损耗的影响因素、减小损耗的途径及远距离输电电路分析，通过联系电路规律与变压器原理，搭建从理论到实际应用的学习支架。 资料注重物理观念（能量观念、电路规律）与科学思维（模型建构、科学推理）的培养，通过典例解析和当堂达标设计，帮助学生深化对高压输电原理的理解，提升运用规律解决实际问题的能力，助力形成严谨的科学探究习惯。

第4节 电能的输送 学案 核心素养目标 1.知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。 2.知道远距离输电时输电线上电能的损耗与哪些因素有关。 3.理解减小电能损耗的两个途径以及高压输电的原理。 4.知道远距离输电的典型电路，能利用变压器和电路的规律解决远距离输电问题。 基础知识： 知识点一　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，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。 2．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。 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。前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 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。 知识点二　电网供电 1．远距离输电基本原理 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，获得最大经济效益。 (2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。 (3)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 重难点理解： 一、输电线上的电压和功率损失问题 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。 计算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)输送功率是加在高压输电线起始端的功率，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，而不能由I输＝计算。　 典例1：(多选)输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为10 W；接2时，匝数比为1∶2，R上的功率为P。以下判断正确的是(　　) A． r＝10 Ω B．r＝5 Ω C．P＝45 W D．P＝22.5 W 解析　当开关S接1时，左侧变压器次级电压U2＝3×7.5 V＝22.5 V，电阻R上的电压，即右侧变压器的次级电压U4＝＝10 V，电流I4＝＝1 A，则右侧变压器初级电压U3＝×10 V＝20 V，电流I3＝×1 A＝0.5 A，则r＝＝5 Ω，当开关S接2时，设输电电流为I，则右侧变压器的次级电流为0.5I；右侧变压两边电压关系可知＝，解得I＝3 A，则R上的功率P＝(0.5I)2R＝22.5 W，故选B、D。答案　BD 二　远距离输电 1．远距离输电的几个基本关系式 (1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。 (2)电压关系：＝，U2＝U线＋U3，＝。 (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P损＝P2－P3＝I线2R线＝＝U线I线。 (6)输电导线上的电压损失U线＝I线R线＝U2－U3。 2．处理远距离输电的方法技巧 (1)画好一张图——远距离输电示意图。 (2)抓住电两端——发电站和用户。 (3)分析一条线——输电线。 (4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压。 (5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)。 典例2：风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比； (2)用户得到的电功率是多少。 解析　(1)输电线损失的功率 P损＝P×4%＝100 kW×4%＝4 kW 输电线电流I2＝ ＝ A＝20 A 升压变电器输出电压U2＝＝ V＝5×103 V 升压变压器原、副线圈匝数比：＝＝＝ 电压损失U损＝I2R线＝20×10 V＝200 V 降压变压器原线圈端电压U3＝U2－U损＝4 800 V 降压变压器原、副线圈匝数比＝＝。 (2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为 P用＝P－P损＝P(1－4%)＝100×96% kW＝96 kW。 答案　(1)1∶20　240∶11　(2)96 kW 当堂达标： 1．关于电能输送的以下分析，正确的是(　　) A．由公式P＝知，输电电压越高，输电线上功率损耗越少 B．由公式P＝知，输电导线电阻越大，输电线上功率损耗越少 C．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电导线上功率损耗越大 D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比 2．某用电器离供电电源的距离为l，线路上的电流为I。若要求线路上的电压降不超过U。已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是(　　) A. B．I2ρ C. D. 3．(多选)为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：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，功率损耗为ΔP；除冰时，输电线上的功率损耗需要变为9ΔP，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U 4．(多选)远距离输电示意图如图所示，其中T1、T2为理想变压器，输电线总电阻可等效为电阻r，灯泡L1、L2相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯泡L1正常发光。下列说法正确的是(　　) A．仅闭合开关S，灯泡L1会变亮 B．仅闭合开关S，r消耗的功率会变大 C．仅将滑片P下移，电流表的示数会变大 D．仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小 参考答案： 1.解析：C　输电线上损耗的功率P损＝IU损＝I2R线＝，U损指输电线上损失的电压，而不是输电电压，当输电线中的电流越大，输电线上损失的电压越大，不能说明功率损失与电流成正比，选项C正确。 2.解析：C　因为导线的总长度为2l，所以电压降U＝IR＝Iρ，解得S＝，故选项C正确。 3.解析：AD　输电线的电阻为R线，正常供电时高压线上的功率损耗ΔP＝I2R线；若除冰时功率损耗变为9ΔP，则9ΔP＝I′2R线，可得I′＝3I，A正确，B错误。输送功率不变，即P＝UI＝U′I′，输电电流变为I′＝3I，则输电电压U′＝U，C错误，D正确。 4.解析：BC　当闭合S时，T2副线圈中电流增大，T2原线圈中电流也增大；此时输电线电阻r上损失的电压和功率增大；此时T2输入电压UT2初＝UT1次－Ir减小，灯泡两端电压UT2次减小，灯泡会变暗，故A错误，B正确。仅将滑片P下移，T1副线圈匝数增大，则T1输出电压增大，T2的输入电压增大，灯泡两端电压也增大，T2副线圈中电流变大，则T2原线圈中电流变大，输电线电阻r消耗的功率会变大；变压器T1副线圈中电流变大，则原线圈中电流也变大，即电流表的示数会变大，故C正确，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $