第3章 第4节 电能的远距离输送（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版）

本讲义聚焦电能的远距离输送核心知识点，系统梳理高压输电原因（减少功率损失的途径）、高压交直流输电原理与区别、输电功率及电压关系，以及电能利用与社会发展的联系，通过概念解析、公式推导、例题及练习题搭建学习支架。 该资料以“多维度理解”建构物理观念，“全方位练明”通过判断、计算等题型培养科学思维（模型建构、科学推理），典例结合实际情境体现科学态度。课中辅助教师授课，课后助力学生查漏补缺，强化知识应用能力。

第4节　电能的远距离输送(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。 1.掌握高压交流输电、高压直流输电的概念。 2.会应用整体法、隔离法求解远距离输电问题。 3.会利用模型解决远距离输电问题。 4.知道生活中的远距离输电问题。 逐点清(一)　采用高压输电的原因 [多维度理解] 1.输电损失：电流流过输电导线时，因电流的热效应损失的电功率P=I2R。要减小输电时的电功率损失，需要减小输电线电阻和输电电流。 2.降低输电损失的两个途径 (1)要减小输电线的电阻，从R=ρ看，在输电线长度一定的情况下，可以增大导线的横截面积，但过粗的导线会耗费更多的金属材料，同时也给架线施工带来很大困难;还可以选用电阻率较小的材料做导线。 (2)从公式P=IU来看，在保证输送电功率不变的情况下，要减小输送电流就必须提高输电电压。 3.电容与电感对交流输电线路的影响 (1)电容器具有“通交流、隔直流”的特性。 (2)电感器具有“通直流、阻交流”或“通低频、通直流、阻高频”的特性。 4.计算功率损失的四种方法 (1)ΔP=I2R，I为输电线中的电流，R为输电线的电阻。 (2)ΔP=R，P为远距离输电的输送功率，U为输电电压，R为输电线的电阻。 (3)ΔP=，ΔU为输电线上损失的电压，R为输电线的电阻。 (4)ΔP=ΔU·I，ΔU为输电线上损失的电压，I为输电线中的电流。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)远距离输送交变电流时，导线的电阻是影响电压损失的因素之一。 (√) (2)输电电压越高越好。 (×) (3)在电能的输送过程中，U为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为I=。 (×) 2.发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，对输电导线上损耗的功率表达不正确的是 (　　) A.　　　　　　　　 B. C.I2R D.I(U1-U2) 解析：选A　输电导线上损失的电压U=U1-U2，输电导线上损耗的电功率P=I2R=(U1-U2)I=，故选A。 3.假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV 的特高压输电，不考虑其他因素的影响。则 (　　) A.输电电流变为原来的2倍 B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C.输电线上降落的电压将变为原来的 D.输电线上损耗的电功率将变为原来的 解析：选C　根据输送电功率P输=U输I输及P输不变可知，输电电流I输=∝，当U输变为原来的2倍时，I输变为原来的，A错误;输电线上降落的电压U降=I输R线∝I输，所以，当输电电流变为原来的时，输电线上降落的电压也变为原来的，B错误，C正确;输电线上损耗的电功率P损=R线∝，所以输电线上损耗的电功率将变为原来的，D错误。 逐点清(二)　高压交流输电与直流输电 [多维度理解] 1.高压交流输电 (1)基本环节 发电厂(站)高压输电线路用户 (2)电路原理图 2.高压直流输电 (1)工作程序 交变电流升压后输送到整流器，把高压交变电流变换成高压直流电流，经由高压直流线路输送到用电地区后，通过逆变器将高压直流电流变换成高压交变电流，再经降压变压器降压。实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线。 (2)节省材料，输电结构简单，占地面积小。 (3)不存在感抗和容抗引起的损耗。 (4)不需要考虑电网中的各台交流发电机的同步运行问题。 3.高压输电过程的几个电压的区别 (1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。 (2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。 (3)损失电压： ①表示形式：输电线始端电压与末端电压的差值，即ΔU=U2-U3=I2R。 ②形成原因：输电线上的电压损失原因是输电线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比始端电压低。 4.输电过程的几个基本关系 (1)功率关系：P1=P2，P2=P线+P3，P3=P4。 (2)电压、电流关系： ====，U2=ΔU+U3， I2=I3=I线。 (3)输电电流：I线===。 (4)输电导线上损耗的电功率： P线=I线ΔU=R线=R线。 　　[典例]　有一台内阻为1 Ω的发电机，为一个学校提供照明用电，如图所示，升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻R=4 Ω。全校共22个班，每班有“220 V　40 W”的灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则： (1)发电机的输出功率为多大? (2)发电机的电动势为多大? (3)输电线损耗的电功率为多大? (4)输电效率是多少?(保留三位有效数字) [解析]　(1)降压变压器的输出功率为P4=22×6×40 W=5 280 W，且U3=×U4=×220 V=880 V，所以I2=I3== A=6 A 对升压变压器，发电机的输出功率 P1=P2=U2I2=(U3+I2R)I2=U3I2+R=5 424 W。 (2)因为U2=U3+I2R=880 V+6×4 V=904 V，所以U1=U2=226 V，而U1I1=U2I2，则I1==4I2=24 A，所以发电机的电动势E=U1+I1r=226 V+24×1 V=250 V。 (3)输电线损耗的电功率P损=R=62×4 W=144 W。 (4)输电效率η=×100%=×100%≈97.3%。 [答案]　(1)5 424 W　(2)250 V　(3)144 W (4)97.3% [变式拓展]　对应[典例]的情境，若使电灯数减半并正常发光，发电机的输出功率是否减半? 提示：电灯减少一半时，n'P灯=2 640 W I2'== A=3 A，所以P出'=n'P灯+I2'2R=2 640 W+32×4 W=2 676 W< 发电机的输出功率减少了一半还要多，这是因为输电线上的电流减少了一半，输电线上电功率的损耗减少为原来的。 [全方位练明] 1.(双选)快速铁路的电力机车供电系统如图所示，发电厂利用升压变压器将低压交流电的电压升至110 kV，牵引变电所利用降压变压器将电力系统输送来的高压交流电降至27.5 kV，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压不变，输电线的电阻R不能忽略。若机车功率增大，则 (　　) A.升压变压器的输出电压增大 B.降压变压器的输出电压增大 C.输电线上损耗的功率增大 D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 解析：选CD　因为发电厂的输出电压不变，升压变压器不变，所以升压变压器的输出电压不变，A错误;升压变压器的输入功率等于输出功率，若机车功率增大，则升压变压器的输出功率增大，由公式P=UI可知升压变压器的输出电流增大，输电线上的功率损耗ΔP=I2R增大，输电线上的电压损耗ΔU=IR增大，降压变压器的输入电压减小，则降压变压器的输出电压减小，B错误，C正确;设升压变压器的输出电压为U2，输出电流为I，则输电线上损耗的功率占总功率的比例为=，因为电流I增大，所以输电线上损耗的功率占总功率的比例增大，D正确。 2.(2023·山东高考)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1=250 V，输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4=50∶1，输电线总电阻R=62.5 Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4=220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是 (　　) A.发电机的输出电流为368 A B.输电线上损失的功率为4.8 kW C.输送给储能站的功率为408 kW D.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶44 解析：选C　对发电机端，由P1=U1I1得，I1=2 000 A，故A错误;对用户端由P4=U4I4得，I4=400 A，对降压变压器由=得，I3=8 A，对输电线由P损=R得，P损=4 kW，故B错误;由能量守恒定律得P1=P损+P4+P5，解得输送给储能站的功率P5=408 kW，故C正确;对降压变压器由=得，U3=11 000 V，对输电线有U损=I3R=500 V，则U2=U3+U损=11 500 V，对升压变压器有==，故D错误。 逐点清(三)　电能的利用与社会发展 [多维度理解] 1.蒸汽机的广泛使用使社会生产力得以飞跃发展，引发了第一次工业革命，人类社会进入蒸汽机时代。 2.发电机、电动机在工业上的运用，克服了蒸汽机在使用过程中的不少难题，体现许多优越性。由于发电机和电动机的发明和使用，电力的应用日益广泛。电力成为工厂机器的主要动力，电力也被广泛地应用于生活领域。 3.电能是二次能源。日常生活中使用的电能，主要来自其他形式能量的转换，包括热能(火力发电)、水能(水力发电)、原子能(核电)、风能(风力发电)等。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)发电机可以将热能转换为电能。 (√) (2)电动机可以将电能转换为机械能。 (√) (3)电能属于二次能源，是由其他形式的能量转换而来的。 (√) 2.(双选)发电机和电动机的发明使人类步入了电气化时代，下列关于电动机和发电机的说法正确的是 (　　) A.发电机和电动机的作用是相同的，都是把其他形式的能转化成电能 B.发电机是把电能转化成机械能，而电动机是把其他形式的能转化成电能 C.发电机和电动机统称为电机 D.通过电机可以实现电能与其他形式的能相互转换 解析：选CD　发电机工作时消耗其他形式的能产生电能，而电动机把电能转化成机械能，故A、B错误;发电机和电动机统称为电机，可以实现电能与其他形式的能相互转换，故C、D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $