3.4 电能的输送-【重难点手册】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）浙江专用

重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 第4节 电能的输送 重点和难点 课标要求 1.了解从变电站到用户的输电过程.知道远距离输电时应用高电压 重点：电能输送过程的能量损耗 的道理 难点：远距离输电的基本原理 2.积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定 的成就感。 -01一必备知识梳理 基础梳理 知识点1降低输电损耗的两个途径 1.输送电能的基本要求 国敲黑板 (1)可靠：保证供电线路正常工作 1.输电电压是指加在高压 (2)保质：保证供电质量，即电压和频率要稳定， 输电线起始端的电压U,输电 (3)经济：线路建设和运行的费用低，即能耗少、电价低. 导线损失的电压是指通过输电 线路后降低的电压，△U=Ir. 2.输电过程中的损耗 2.输送功率是指高压输 (1)电压损失U 电线起始端输出的功率，损失 由于输电导线有电阻，电流通过导线时就会产生电势降落，致 功率是指输电线路上消耗的 使输电线路末端电压U3比起始端电压U,要低，电压损失△U=U2一 功率 U3.对于交流输电线路来说，造成电压损失的原因既有电阻又有 3.无论是减少输电线路 感抗和容抗，其中电阻造成的电压损失△U=IR.如果△U太大就 上的功率损失，还是减小电压 会导致用电单位的用电器不能正常工作 损失，都要求提高输电电压以 (2)功率损失 减小输电电流. 任何输电导线都有电阻，在输送电能的过程中，电流流经输 电导线，导线就会发热，致使一部分电功率损失掉 3.降低输电损耗的两个途径 卫划重点7 由P损=R可知，减小输电导线电阻和减小输电电流是降 降低 减小输电线的电阻 损耗 低输电损耗的两个基本途径， 减小输电线中的电流 能的 (1)减小输电导线电阻，据R=p专有： 输送 功率与电流、电压的关系 高 输 电压损失：△U=1r ①减小输电线长度L:由于输电距离一定，所以在实际中不 功率损失：△P-,=(△U四 可能通过减小L来减小R, ②减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料. 104 第三章 交变电流么 ③增大导线的横截面积S: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1，据1号有： ①减小输送功率P:在实际中不能以用户少用或不用电为代 价来达到减小损耗的目的. ②提高输电电压U:在输送功率P一定、输电线电阻R一定 的条件下，将输电电压提高到原来的n倍，据P损= R知，输 电线上的功率损耗将降为原来的2 n 知识点2电网供电 1.输电过程 刀划重点7 如图所示，发电厂用升压变压器把发电机组输出的电压(10kV 要减少输电时电能的损 左右)升压到几百千伏再向远距离送电.到达用电区之后，由“一 失，既可以增加输电导线的横 截面积，又可以采用高压输电 次高压变电站”降到一百千伏左右，在更接近用户的地点再由“二 以减小输电线中的电流，为什 次变电站”降到十千伏左右.然后，一部分送往工业用户，另一部 么远距离输电都要采用高压 分经低压变电站降到220V或380V,送给其他用户. 输电呢？ 发电站，升压变压器 [答案：利用升压变压器 长距离输电线路 提高输送电压以减小输电线 一次高压变电站 二次高压变电站 上的电流容易做到且成本较 工厂 低，比如电压升高到原来的 其他用户 2倍，输电电流变为原来的分 低压变电站 2.远距离输电的基本原理 损失的功率变为原来的行，而 由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电 如果增加输电导线的横截面 时，在发电站内还需要用升压变压器将电压升高到几百千伏后再 积，使功率损失变为原来的 向远方输电，到达用电区后再用降压变压器降到所需的电压，基 ,则输电导线的横截面积需 1 本电路如图所示 变为原来的4倍，大大增加了 U U R U U 架设成本，并且输电导线的横 截面积不可能无限地增大.] 发 用 n n 机 升压变压器 降压变压器 3.远距离输电的几个基本关系 (1)功率关系：P1=P2,P3=P4,P2=P线十P3 105 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 份电旺电流关系始--瓷--心-a十 司敲黑板 在解决远距离输电问题 U3,I2=I3=1线、 时，输电过程示意图中表示的 (3)输电电流：1线= P2_P3_U2-U3 物理量不一定全用，由于物理 U2 U3 R 量较多，一定要清楚每个字母 (4)输电导线上损耗的电功率： 表示的含义，不要混淆 P损=P线=I线U线=I线R= R= (U2-U3)2 R 4.电网及电网供电的优点 通过网状的输电线和变电站，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.实际运用电网 供电的主要优点如下： (1)降低能源运输的成本，获得最大经济效益， (2)减小断电风险，调节不同地区电力的供需平衡，保障供电 的质量 (3)合理调度电力，使电力供应更加可靠，质量更高： 重难拓展 重难点1远距离输电问题的分析 1.有关远距离输电问题，应首先画出远距离输电的电路图， 卫记方法7 并将已知量和待求量写在电路图上的相应位置.如图所示，主要 输电电路相关问题的计算步骤 由发电机、升压变压器(n1<n2)、输电导线、降压变压器(3> 1.画出供电示意图，将已 n4)、用电器等组成。 知量和待求量写在图中相应 的位置。 2.以变压器铁芯为界，分 发 用 出各个回路，各回路可独立运 用欧姆定律分析 2.以变压器为界，将整个输电的电路划分为几个独立的回 3.各回路间通过变压器 路，在每个回路中，要清楚哪是“电源”，哪是“用电器”，每个回路 线圈匝数比与电压比、电流比 均可以应用闭合电路欧姆定律和串、并联电路规律，而变压器的 的关系以及总功率不变等条 件列式计算. 电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁 3.分析方法通常有两种，即顺向（即从发电→用户）分析和逆 向分析，分析时抓两头（电源和用户）、一条线（输电线）、两次变压 (升压和降压).几个回路的物理量间关系如下： (1)第一个回路P1=U1I1. (2)第二个回路 ①电流关系：I2=I线=I3 ②电压关系：U2=U线十U 106 第三章 交变电流 ③功率关系：P2=P线十P3,P3=U3I3,P2=U2I2 卫对点练 (3)第三个回路P4=U4I4· 某发电厂原来用11kV的 (4)第一个回路与第二个回路之间 交流电压输电，后来改用升压 变压器将电压升高到220kV U1_,P1=P2I21 I1_n2 U2 n2 输电，两种情况下输送的电功 率都是P.若输电线路的总电 (5)第二个回路与第三个回路之间 阻为R,则下列说法中正确的 U_,P=P41 I3_n4 是(). Us nA A根据公式1-号，升压 P (6)输电效率刀 变压器原线圈通过的电流降 箱电效率y是×16的%-山-)×10%-h肾× 为原来的易 1m%.g-光×10%=-l-×10o%-1-号×10K 区根辐公式1一日关高 例1如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW, 电压后，输电线上的电流增加 为原来的20倍 输出电压为400V,向距离较远的用户供电，为了减少电能损失， C.根据公式P=IR,提 使用2kV高压输电，最后用户得到220V、9.5kW的电力.求： 高电压后输电线上的功率损 发 耗减少为原来的 D.根据公式P1=P2,提 升压变压器 降压变压器 高电压后，输电线上的功率损 耗不变 (1)水电站升压变压器原、副线圈的匝数比”1； [答案：C n2 (2)用户降压变压器原、副线圈的匝数比”3 n4 解机(1)升压变压器原、副线图的匝数比为”-=400 n2U2-2000 5 (2)输电线上损失的电功率与导线电阻R和输送电流有关， 即P损=IR,而输送电流又取决于输电电压及输送功率，有I= ,所以R P P损一P损 10000-9500 T2 2=202,降压变压器 P2 1000012 U, .2000 原线圈上的电压为U3=U2-IR=(2000一5×20)V=1900V, 所以降压变压器原，副线图臣数比为--_190_95 n4U4220 11 107 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） -02一关键能力提升。一 题型1输电线上电压和功率的损失 题型2远距离高压输电的分析与计算 例1（多选）如图所示为远距离输电的示 例②(2025·湖北黄冈中学模拟预测) 意图，变压器均为理想变压器，升压变压器T (多选)为全面推进乡村振兴，某地兴建了小型 的原、副线圈匝数比为k1,降压变压器T2的 水电站.如图所示，该水电站交流发电机的输 原、副线圈匝数比为k2.升压变压器原线圈两 出功率为P=1000kW,发电机的输出电压U1 端接入电压u=√2 osin wt的交流电源，用户 =250V,经变压器升压后向远处输电，输电线 的总电阻为R(可视为纯电阻)，输电线的总电 总电阻为R线=162，在用户处的降压变压器 阻为2x,不考虑其他因素的影响，下列说法正 输出电压U4=220V.在输电过程中，要求输电 确的是( 线上损耗的功率为发电机输出功率的4%.假 设升压变压器、降压变压器均为理想变压器， 下列说法正确的是( rUo A.输电线上损失的电压为 用 1(r十kR) k2RUo B.用户获得的电压为 升压变压器 降压变压器 k(2r+kR) A.发电机输出的电流I1=400A 2rUd C输电线上损失的电功率为k(2r十k号R) B.输电线上的电流I线=250A C.降压变压器的匝数比n3:n4=960：11 kRUR D.用户消耗的电功率为(T十R) D.用户得到的电流I4=4363A 解析升压变压器原线圈电压有效值为U,= 解析根据电功率公式P=UI,发电机输 P U,升压变压器副线圈两端电压U2-, 出电流11一U=4000A,A错误；输电线上损 输电线上损失的电压U=I2X2r,降压变压器原 耗的功率为发电机输出功率的4%，由P线= 线圈两端电压U3=U2一△U,降压变压器副线圈 4%P=I线R线，可得I线= P线 √R线 =50A,B错 两端电压U,又U=R,1日 之2 误；降压变压器原线圈得到的功率为P3=96%P 2rUo k2RUo =960kW,降压变压器原线圈得到的电压U3 联立解得U= k(2rR)U.- 1(2r+R)' 故A错误，B正确；输电线上损失的电功率为 960X10V=19200V,根据理想变压器电压 50 △P=I2X2r= 2rUR (2r+k号R)2,故C正确；用户 与线圈匝数成正比关系，降压变压器的匝数比 n3:n4=U3:U4=19200:220=960:11,C正 U kRU 消耗的电功率为P= R k1(2r+号R),故 确；用户得到的电流14=￡4=P3=960X10A 220 D错误， =4363A,D正确. 答案BC 答案CD 108 第三章 交变电流么出 口03-核心泰养聚焦。 考向1对远距离高压输电的理解 C.仅适当增加2，用户端的电压增大 例①(2023·浙江6月卷)我国1100kV D.仅适当增加n2,整个电路消耗的电功率 特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备 减小 将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将 解析设用户端的总电阻为R,右侧降压 直流变换成交流.下列说法正确的是( ) 变压器的匝数比为，则可将降压变压器和用 A.送电端先升压再整流 户端等效为一个等效电阻，则等效电阻的阻值 B.用户端先降压再变交流 R等效=k2R,仅增加用户数，用户端的总电阻减 C.1100kV是指交流电的最大值 小，等效电阻的阻值减小，又交流发电机的输 D.输电功率由送电端电压决定 出电压即升压变压器的输入电压U1不变，升 压变压器的匝数比不变，所以升压变压器的输 解析升压和降压都需要在交流的时候才 能进行，故送电端应该先升压再整流，用户端应 出电压U,不变，则由1，R十，可知输电线 该先变交流再降压，故A正确，B错误；1100kV 路上的电流增大，由P=Ir可知r消耗的功 指的是交流电的有效值，故C错误；输电的 率增大，A正确；结合A项分析和U原= 功率是由用户端负载的总功率来决定的，故 D错误. U,R丝可知，右侧降压支压器的输入电压减 R等效十r [答案A 小，又降压变压器的原、副线圈匝数比不变，可 命题意图 考查对远距离高压输电的理解 知用户端的电压减小，B错误；仅适当增加n2, 核心素养 结合A项分析可知，左侧升压变压器的输出电 物理观念、科学思维 素养水平水平2 压U2变大，等效电阻的阻值不变，则与B项分 考向2远距离输电问题 析同理可得，用户端的电压增大，C正确；输电 例2(2025·湖北卷)（多选）在如图所示 的输电线路中，交流发电机的输出电压一定， 线路中的电流12R十，则升压变压器原 两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的 线圈中的电流【1=I2,整个电路消耗的电功 原、副线圈匝数分别为n1、n2,两变压器间输电 n2 线路电阻为r.下列说法正确的是( nU月 率P总=U1I1= ,所以整个电路 n(r十R等效) 消耗的电功率增大，D错误。 答案AC 命题意图 考查远距离输电问题 A.仅增加用户数，r消耗的功率增大 核心素养 物理观念、科学思维 素养水平水平4 B.仅增加用户数，用户端的电压增大 109