4. 电能的输送（导学案）物理人教版选择性必修第二册

4.电能的输送 1. 物理观念：理解远距离输电中功率损失和电压损失的成因，掌握降低损耗的两大途径，建立“发电—升压—输电—降压—用电”的完整认知，知晓电网供电的优势。 2. 科学思维：推导输电功率损失公式，分析电流、电阻对损耗的影响，归纳高压输电的合理性，构建远距离输电物理模型，提升数理结合与系统思维能力。 3. 科学探究：参与“输电损耗影响因素”探究实验，设计合理输电方案，查阅电网供电资料，培养实验操作、数据分析与创新探究能力。 4. 科学态度与责任：认识高压输电技术的能源价值与环保意义，树立能源节约与高效利用意识，体会物理知识在工程实践中的应用价值。 1. 输电功率损失的计算。 2. 降低输电损耗的两大途径，尤其是高压输电的原理。 3. 远距离输电模型的关键关系（功率、电压、电流）。 4. 区分输电电压、输电线损失电压与用户端电压。 5. 理解“输送功率一定时，电压与电流的反比关系”对损耗的影响。 6. 综合技术与经济因素分析高压输电的合理性。 【知识回顾】 1. 焦耳定律：Q=______（Q=I2Rt），功率损失P损=______（P=I2R）。 2. 电阻定律：R=______（，为电阻率，L为长度，S为横截面积）。 3. 理想变压器电压关系： ______（），功率关系： ______（P1=P2）。 【预习新知】（阅读教材/资料） 1. 远距离输电的基本要求：______、______、______（可靠；保质；经济）。 2. 输电损耗包括______损失和______损失（功率；电压）。 3. 降低输电损耗的两大途径：______和______（减小输电线电阻；提高输电电压，减小输电电流）。 4. 远距离输电的核心设备：______变压器和______变压器（升压；降压）。 5. 电网供电是将多个______和广大______连接形成的输电网络（电厂；用户）。 一：输电的基本要求与损耗成因 思考讨论：电能优势、基本要求、损坏原因。 （1）优点：便于 (远距离)输送 （2）基本要求： (可靠（少故障）、保质（电压频率稳定）、经济（损耗小、成本低）)。 （3）损耗成因： ① 功率损失：输电线有 (电阻)，电流通过时产生 (焦耳热)，。 ② 电压损失：输电线电阻分压，，导致用户端电压 (低于)输电电压。 二：降低输电损耗的途径 （1）怎样计算输电线路损失的功率? （） （2）在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一? （） 在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一? （） （3）通过第（2）步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？ （途径2） （4）怎样计算用户消耗的功率P用？ （ ） （5）如果输送的电功率为P，输送电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ。则输电线损耗功率为多少呢？ 则功率损耗为可表示为： （） 如何减少电能损失? （①减小输电线电阻R ②减小输电电流I） （6）结论 途径一：减小输电线电阻R： ①减小材料的电阻率ρ：用铜或铝 ②减小输电线的长度L：不可行 ③可适当增大导线横截面积S. 有一定限度 途径二：提高输电电压，减小输电电流I，= （） 提高输电电压U，P一定，R一定，U提高到原来的n倍，P损将为原来的倍。 三：远距离输电模型 1. 完整流程：发电站→______→高压输电线→______→用户（升压变压器；降压变压器）。 2. 关键关系（理想变压器）： 功率关系： （P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3） 电压关系： （ ） 电流关系： （ ） 输电电流： （） 损耗功率： （） 例题1：如图所示，某水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的输出电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，在用户端用降压变压器将电压降为U4＝220 V。已知输电电流I线＝25 A，两条输电线路总电阻R线＝8 Ω，变压器均视为理想变压器，则(　　) A.用户得到电功率为95 kW B.升压变压器的匝数比n1∶n2＝4∶5 C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D.发电机的输出的电流I1＝40 A 答案　AC 解析　线路损耗的功率为ΔP＝IR线＝5 kW，两理想变压器不改变功率，故用户得到的电功率为P用户＝P－ΔP＝95 kW，故A正确；升压变压器的副线圈输出电压为U2＝＝4×103 V，升压变压器的匝数比为n1∶n2＝U1∶U2＝1∶16，故B错误；输电线损耗电压ΔU＝I线R线＝200 V，降压变压器的原线圈电压U3＝U2－ΔU＝3 800 V，故降压变压器的匝数比为＝＝＝，故C正确；发电机输出的电流为I1＝＝400 A，故D错误。 四：电网供电 1. 定义：通过______、______将多个电厂与用户连接形成的网络（输电线；变电站）。 2. 优势： 降低______运输成本（一次能源）。 调剂不同地区电力______平衡（供需）。 减小______风险，提高供电可靠性（断电）。 合理调度火电、水电、核电等能源。 课堂小结 1.(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2。则(　　) A.用户端的电压为 B.输电线上的电压为U C.输电线路上损失的电功率为Ir D.输电线路上损失的电功率为I1U 答案　AC 解析　由理想变压器输入功率等于输出功率可知P1＝P2，即U1I1＝U2I2，则U2＝，A正确；输电线上的电压为U线＝U－U1，B错误；输电线路上损失的电功率为P线＝Ir＝I1U线＝I1U－I1U1，C正确，D错误。 2.(多选)远距离高压输电的示意图如图所示，关于远距离输电，下列表述正确的是(　　) A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损耗 B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C.在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损耗越小 D.高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 答案　ABD 解析　输电线损失的功率P损＝I2R线，减小I或R线均可减小输电线损失的功率，增大导线的横截面积可减小R线，故A、B正确；由I＝知，当电压一定时，输送功率越大，则电流越大，P损越大，故C错误；输电过程不一定是电压越高越好，故D正确。 3.(多选)风力发电将风的动能转化为电能。某风力发电机的输出功率为10 kW，输出电压为250 V，用户得到的电压是220 V，输电线的电阻为20 Ω，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶10，输电线路如图所示。变压器视作理想变压器，则下列说法正确的是(　　) A.用户得到的电功率为9 kW B.降压变压器原、副线圈匝数比为11∶1 C.通过输电线的电流为4 A D.输电线上损耗的功率为320 W 答案　BCD 解析　设升压变压器副线圈的电压为U2，由＝得U2＝U1＝2 500 V，则输电线上电流为I2＝＝ A＝4 A，则输电线上损失的功率为ΔP＝IR＝320 W＝0.32 kW，故用户得到的电功率为P′＝10 kW－0.32 kW＝9.68 kW，故A错误，C、D正确；输电线上损失的电压为ΔU＝I2R＝80 V，则降压变压器原线圈两端的电压为U3＝2 500 V－80 V＝2 420 V，降压变压器原、副线圈匝数比为＝＝＝，故B正确。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.电能的输送 1. 物理观念：理解远距离输电中功率损失和电压损失的成因，掌握降低损耗的两大途径，建立“发电—升压—输电—降压—用电”的完整认知，知晓电网供电的优势。 2. 科学思维：推导输电功率损失公式，分析电流、电阻对损耗的影响，归纳高压输电的合理性，构建远距离输电物理模型，提升数理结合与系统思维能力。 3. 科学探究：参与“输电损耗影响因素”探究实验，设计合理输电方案，查阅电网供电资料，培养实验操作、数据分析与创新探究能力。 4. 科学态度与责任：认识高压输电技术的能源价值与环保意义，树立能源节约与高效利用意识，体会物理知识在工程实践中的应用价值。 1. 输电功率损失的计算。 2. 降低输电损耗的两大途径，尤其是高压输电的原理。 3. 远距离输电模型的关键关系（功率、电压、电流）。 4. 区分输电电压、输电线损失电压与用户端电压。 5. 理解“输送功率一定时，电压与电流的反比关系”对损耗的影响。 6. 综合技术与经济因素分析高压输电的合理性。 【知识回顾】 1. 焦耳定律：Q=______，功率损失P损=______。 2. 电阻定律：R=______。 3. 理想变压器电压关系： ______，功率关系： ______。 【预习新知】（阅读教材/资料） 1. 远距离输电的基本要求：______、______、______。 2. 输电损耗包括______损失和______损失。 3. 降低输电损耗的两大途径：______和______。 4. 远距离输电的核心设备：______变压器和______变压器。 5. 电网供电是将多个______和广大______连接形成的输电网络。 一：输电的基本要求与损耗成因 思考讨论：电能优势、基本要求、损坏原因。 （1）优点：便于 输送 （2）基本要求： 。 （3）损耗成因： ① 功率损失：输电线有 ，电流通过时产生 。 ② 电压损失：输电线电阻分压，，导致用户端电压 输电电压。 二：降低输电损耗的途径 （1）怎样计算输电线路损失的功率? （2）在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一? 在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一? （3）通过第（2）步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？ （4）怎样计算用户消耗的功率P用？ （5）如果输送的电功率为P，输送电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ。则输电线损耗功率为多少呢？ 则功率损耗为可表示为： 如何减少电能损失? （6）结论 途径一：减小输电线电阻R： ①减小材料的电阻率ρ：用铜或铝 ②减小输电线的长度L：不可行 ③可适当增大导线横截面积S. 有一定限度 途径二：提高输电电压，减小输电电流I，= 提高输电电压U，P一定，R一定，U提高到原来的n倍，P损将为原来的倍。 三：远距离输电模型 1. 完整流程：发电站→______→高压输电线→______→用户。 2. 关键关系（理想变压器）： 功率关系： 电压关系： 电流关系： 输电电流： 损耗功率： 例题1：如图所示，某水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的输出电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，在用户端用降压变压器将电压降为U4＝220 V。已知输电电流I线＝25 A，两条输电线路总电阻R线＝8 Ω，变压器均视为理想变压器，则(　　) A.用户得到电功率为95 kW B.升压变压器的匝数比n1∶n2＝4∶5 C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D.发电机的输出的电流I1＝40 A 四：电网供电 1. 定义：通过______、______将多个电厂与用户连接形成的网络。 2. 优势： 降低______运输成本。 调剂不同地区电力______平衡。 减小______风险，提高供电可靠性。 合理调度火电、水电、核电等能源。 课堂小结 1.(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2。则(　　) A.用户端的电压为 B.输电线上的电压为U C.输电线路上损失的电功率为Ir D.输电线路上损失的电功率为I1U 2.(多选)远距离高压输电的示意图如图所示，关于远距离输电，下列表述正确的是(　　) A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损耗 B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C.在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损耗越小 D.高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 3.(多选)风力发电将风的动能转化为电能。某风力发电机的输出功率为10 kW，输出电压为250 V，用户得到的电压是220 V，输电线的电阻为20 Ω，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶10，输电线路如图所示。变压器视作理想变压器，则下列说法正确的是(　　) A.用户得到的电功率为9 kW B.降压变压器原、副线圈匝数比为11∶1 C.通过输电线的电流为4 A D.输电线上损耗的功率为320 W 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $