第3章 第4节 电能的输送（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版 江苏专用）

第4节　电能的输送(赋能课——精细培优科学思维) 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.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关。 2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算。 3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程。 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:指保证　　　　可靠地工作,少有故障。  (2)保质:保证电能的质量——电压和　　　　稳定。  (3)经济:指输电线路建造和运行的费用　　　,电能损耗　　　。  2.降低输电损耗的两个途径 (1)途径一:减小输电线的电阻。根据P损=I2R,R=ρ,在输电距离一定的情况下,可增加导线的　　　　或选用　　　　较小的金属材料。  (2)途径二:减小输电导线中的电流。从公式P=IU来看,在保证功率不改变的情况下,要减小输送电流,就必须提高　　　　。  [情境思考] 为了检验输送电压高低对电能输送的影响,采用实验比较法,在低压交流电源上并联两个回路。一个回路只含电阻、灯泡和电流表,电阻模拟远距离输电线路上导线的电阻,灯泡模拟用户使用的效果;另一个回路先通过一个升压变压器提高电压,再通过一个降压变压器降低电压,其余线路与第一个回路相同。实验电路如图所示。 进行实验,并观察实验现象,可以得到什么结论? 二、电网供电 1.远距离输电基本原理 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)减小断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡。 (3)合理调度电力,使得电气化社会的主要能源——电力的供应更加可靠,质量更高。 [质疑辨析]　如图是远距离输电示意图,判断下列说法正误。 (1)从发电站发出的电输送到用户均需要采用高压输电。 (　　) (2)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高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相等。 (　　) 强化点(一)　输电线电压损失和功率损失 任务驱动 如图所示,假定发电厂输出的电压为U,输送功率为P,输电线路中的电流是I,两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)。那么: (1)用户两端的电压是多大? (2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗? (3)输电线上功率损失的原因是什么? [要点释解明] 1.输电线上的电压损失:输电线始端电压U与输电线末端电压U'的差值。ΔU=U-U'=Ir=r,其中I为输电线上的电流,r为输电线的电阻。 2.输电线上的功率损失 (1)远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率ΔP=I2r。 (2)若输电线上损失的电压为ΔU,则功率损失还可以表示为ΔP=,ΔP=ΔU·I。 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。根据r=ρ,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=,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,输送电流可减为原来的,输电线上的功率损失将降为原来的。 　　[典例]　(2025·北京顺义阶段练习)我国发布的“双碳战略”,计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。电力作为远程输送能量的载体,特高压远距离输送清洁电能是实现碳中和的重要途径之一。若在输送电能总功率不变的情况下,仅将原来的500 kV高压输电升级为1 000 kV的特高压输电,下列说法正确的是 (　　) A.输电电流会变为原来的2倍 B.若输电线不变,则输电线上损失的电压变为原来的 C.若输电线不变,则输电线上损失的功率变为原来的 D.若输电线损失功率不变,则使用相同材料、粗细的输电线传输距离是原来的4倍 听课记录: [思维建模] 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送,损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU=I线R线。 (2)输送功率是指高压输电线起始端输出的功率,损失功率是指输电线上消耗的功率。 (3)输电线上的电流由I线=计算,而不能由I线=计算。 [题点全练清] 1.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) 2.某水电站用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW,现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是 (　　) A.输电线上输送的电流大小为2×105 A B.输电线上由电阻造成的电压损失为15 kV C.输电线上损失的功率为ΔP=,U为输电电压,r为输电线的电阻 D.输电线上损失的功率为9×107 kW 3.(2025·常州高二检测)大型发电机设计输出的电压一般都达不到远距离输电的要求。因此,在发电厂(站)内,要用变压器升压,然后向远处送电;到达目的地后,根据不同的需求,再用降压变压器经过多次降压,最后输送给用户。从发电厂(站)到用户的输电过程如图所示。根据图上信息,以下说法正确的是 (　　) A.发电站内,用变压器升压然后向远处送电,是为了加快输电的速度 B.若不计输送过程的能量损失,变电站①的变压比为55∶1 C.上述输送过程,变压器功不可没,它也可以改变直流电压 D.在输送电能总功率不变的情况下,将输电电压550 kV降为55 kV,输电线上损失的电压变为原来的100倍 强化点(二)　远距离输电问题　　　　　 [要点释解明] 1.输电过程示意图 2.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起始端电压低。 3.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=P2-P3=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? 尝试解答: [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? [思维建模] 远距离输电问题分析要点 (1)分析远距离输电问题的思路 对远距离输电问题应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”,或从用电器到发电机一步一步地进行分析。 (2)远距离输电问题的四个关键 ①画出一个模型——远距离输电模型。 ②抓住输电的两端——发电机和用电器。 ③分析一条线——输电线。 ④研究两次电压变换——升压和降压。 (3)注意各物理量的对应,防止张冠李戴而出错。 [题点全练清] 1.(2025·徐州高二检测)如图所示为远距离输电的简易图,M和N分别为理想升压变压器和理想降压变压器,已知变压器M的原、副线圈匝数比为 1∶n,变压器N的原、副线圈匝数比为n∶1,变压器M原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,变压器N原、副线圈两端的电压分别为U3、U4,发电厂输出电压恒定,输电线的总电阻为r。则下列说法正确的是 (　　) A.U1的频率大于U4的频率 B.用户增多,U2、U4均不变 C.通过变压器M原线圈的电流等于通过变压器N副线圈的电流 D.用户增多,输电线上损耗的电功率不变 2.(2025·江苏溧阳模拟)太阳能光伏发电是一种新型清洁能源,我国光伏装机容量已突破8.8亿千瓦。一光伏发电站输出交流电压恒为250 V,现准备向远处输电,输电示意图如图所示。若该发电站的输出功率为1.1×105 W,该发电站到用户之间采用5 500 V高压进行远距离输电,输电线的总电阻为11 Ω,用户获得220 V电压。变压器视为理想变压器,下列说法正确的是 (　　) A.升压变压器的原、副线圈匝数比为1∶20 B.输电线上损失的功率为4.4×102 W C.降压变压器的原、副线圈匝数比为24∶1 D.若用户消耗的功率增大,则用户电路两端的电压U4也增大 3.(2025·泰州高二检测)如图所示为远距离输电系统的简化情境图,已知发电站输出的交流电压为U1,理想升压变压器副线圈两端电压为U2,高压输电线的阻值为r,理想降压变压器原、副线圈的匝数之比为n=102,假设工厂(负载)是阻值为R的纯电阻,下列说法正确的是 (　　) A.高压输电线的输送电压为U1 B.高压输电线的输送电流为 C.高压输电线的输电效率为×100% D.若r增大,R减小,U1、U2、n不变,则高压输电线的输电电流一定增大 课下请完成课时跟踪检测(二十)及阶段质量检测(三) 第4节　电能的输送 课前预知教材 一、1.(1)供电线路　(2)频率　(3)低　少 2．(1)横截面积　电阻率　(2)输电电压　 [情境思考] 提示：灯泡L1比灯泡L2亮，电流表A1的示数小于电流表A2的示数，这说明提高电压后，输电线上电流减小，电压损失、功率损失都减小。 二、1.升压　降压 [质疑辨析] (1)×　(2)√　(3)× 课堂精析重难 强化点(一) [任务驱动]　提示：(1)U′＝U－ΔU＝U－ r，或U′＝U－Ir。 (2)不相等。由能量守恒定律知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和。 (3)由于输电线有电阻，当电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因。 [典例]　选D　由公式P＝UI可知，在输电功率不变的情况下，电压升高为原来的2倍，则输电电流变为原来的，故A错误；导线上损失的电压、损失的功率分别为ΔU＝Ir，ΔP＝I2r，若输电线不变，则输电线上损失的电压变为原来的，损失的功率变为原来的，故B、C错误；由于输电电流变为原来的，要保持输电线损失功率不变，输电线的阻值应变为原来的4倍，根据电阻定律R＝ρ，则使用相同材料、粗细的输电线传输距离是原来的4倍，故D正确。 [题点全练清] 1．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。 2．选B　由P＝IU得，用500 kV电压输电时，输电线上输送的电流大小为I＝＝ A＝6×103 A，故A错误；由ΔU＝Ir得，输电线上的电压损失为ΔU＝6×103×2.5 V＝15 kV，故B正确；输电线上损失的功率为ΔP＝，ΔU为输电线上损失的电压，故C错误；输电线上损失的功率ΔP＝I2r＝(6×103)2×2.5 W＝9×107 W，故D错误。 3．选B　采用高压输电不是为了加快输电的速度，而是为了减小输电线上的功率损失，A错误；若不计输送过程的能量损失，变电站①的变压比为＝，B正确；变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压，C错误；输电线上损失的电压ΔU＝R线，将输电电压550 kV降为55 kV，输电线上损失的电压变为原来的10倍，D错误。 强化点(二) [典例]　解析：(1)降压变压器的输出功率为 P4＝22×6×40 W＝5 280 W， 且U3＝4U4＝4×220 V＝880 V， 所以I2＝I3＝＝ A＝6 A 发电机的输出功率为P1＝P2＝U2I2＝(U3＋I2R)I2＝U3I2＋I22R＝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为 P损＝I22R＝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]　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失减少为原来的。 [题点全练清] 1．选C　变压器不改变交变电流的频率，故U1的频率等于U4的频率，故A错误；发电厂输出电压恒定，即U1不变，又因为变压器M的原、副线圈匝数比不变，所以U2不变；用户增多，则用户回路电流变大，则输送电流变大，损失电压变大，降压变压器输入电压U3变小，降压变压器的输出电压U4变小，故B错误；根据变压器原、副线圈电流和匝数的关系＝，＝，可解得I1＝I4，故C正确；由上述分析可知，用户增多，输送电流变大，根据Pr＝I2r可知，输电线上损耗的电功率变大，故D错误。 2．选C　升压变压器的原、副线圈匝数比为＝＝＝，故A错误；输电线上的电流为I＝＝ A＝20 A，输电线上损失的功率为P损＝I2r＝202×11 W＝4 400 W，故B错误；降压变压器的输入电压U3＝U2－Ir＝5 500 V－20×11 V＝5 280 V，则降压变压器的原、副线圈匝数比＝＝＝，故C正确；若用户消耗的功率增大，则发电站输出功率一定增大，升压变压器的输入电压U1不变，则升压变压器原线圈中的电流I1增大，故副线圈中的电流I2也增大，即输电电流增大，输出电压U2不变，又因为U3＝U2－I2r，所以降压变压器的输入电压U3减小，输出电压即用户电路两端的电压U4减小，故D错误。 3．选C　高压输电线的输送电压指的是升压变压器副线圈两端电压U2，故A错误；设降压变压器原线圈两端电压为U3，则高压输电线上损失的电压为ΔU＝U2－U3，由欧姆定律可得高压输电线的输送电流为I＝＝，故B错误；设降压变压器副线圈两端电压为U4，由欧姆定律可得工厂回路的电流为I0＝，对降压变压器，有＝n，＝n，根据上述有I＝，解得I＝，由能量守恒定律可得高压输电线的输电效率为η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%，故C正确；根据上述分析有I＝，可知当r增大，R减小，U1、U2、n不变时，高压输电线的电流I可能增大，可能减小，也可能不变，故D错误。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $