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

该高中物理课件聚焦电能输送，涵盖基本要求、降低损耗途径、输电模型及电网供电。通过我国东西部能源与用电矛盾导入，衔接交变电流和变压器知识，搭建递进式学习支架。 其亮点在于通过“思考与讨论”引导科学推理，建构三回路输电模型培养模型建构能力，结合我国特高压输电实例渗透社会责任。练习中错误分析题提升质疑创新，助力学生形成物理观念，教师可依托此资料实施探究式教学。

第三章 交变电流 授课人：万物之理 第四节 电能的输送 输送电能的基本要求 1 可靠：供电线路可靠地工作，故障少。 保质：保证电能的质量—电压和频率的稳定。 经济：输电线路建造和运行的费用低。 怎么在输电过程中减少电能的损耗？ 降低输电损耗的两个途径 2 设输电电流为 I，输电线的电阻为 r，则输电线上的功率损失为 由此可知，有两个途径能减少输电损耗。 一个途径是减小输电线的电阻。在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，例如铜、铝来制造输电线（图 3.4-1）。此外，还要尽可能增加导线的横截面积。但是，导线横截面积的增加是有一定限度的。过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗也给铺设工程带来困难。 另一个途径是减小输电导线中的电流。为此，我们讨论下面的问题。 降低输电损耗的两个途径 2 假定输电线路中的电流是 I，用户端的电压是 U，两条导线的总电阻是 r。在图 3.4-2中，导线的电阻集中画为一个电阻 r 。 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？ 降低输电损耗的两个途径 2 假定输电线路中的电流是 I，用户端的电压是 U，两条导线的总电阻是 r。在图 3.4-2中，导线的电阻集中画为一个电阻 r 。 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有效？ 4. 怎样计算用户消耗的功率 P ？ 5. 在用户的用电功率一定的前提下，怎样才能减小输电电流？ 降低输电损耗的两个途径 2 远距离输电时，为了降低输电线路中的损耗，就要减小输电电流；为了减小输电电流，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。现代远距离输电的电压都很高。目前我国远距离输电采用的电压有 110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已经采用 500 kV 和 750 kV 的超高压，西北电网甚至达到 1 100 kV 的特高压。 输电电压也不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率 的大小、距离的远近、技术和经济要求等，依照不同情况选择合适的输电电压。 输电过程模型 3 一般发电机组输出的电压在 10 kV 左右，不符合远距离送电的要求。因此，要用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离送电。到达数百千米甚至数千千米之外的用电区之后，先在“一次高压变电站”降到 100 kV 左右，在更接近用户的地点再由“二次高压变电站”降到 10 kV 左右。然后，一部分电能送往用电量大的工业用户，另一部分经过低压变电站降到 220 V/380 V，送给其他用户（图3.4-3）。 输电过程模型 3 输电过程模型 3 建立电能输送的基本模型 电路被划分为三个独立的回路，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。 输电过程模型 3 发电站回路： 输电回路：、 、 、、 用户回路： 升压变压器：、 降压变压器：、 电网供电 3 现在世界各国都不采用一个电厂与一批用户的“一对一”的供电方式，而是通过网状的输电线、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，这就是电网。 采用电网送电，是输电技术的重要发展。这样可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。电网可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就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。 4 练习与应用 2. 以下是一段关于输电线损失功率的推导。 将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率。设输电电压为 U，则功率损失为（1） 而 （2） 将（2）式代入（1）式， 得到 （3） 由（3）式可知，要减小功率损失 P 损，就应当用低压送电和增大输电线的电阻 R。这段推导错在哪里？ 4 练习与应用 3. 从发电站输出的功率为 200 kW，输电线的总电阻为 0.05 Ω，用 1 100 V 和 11 kV 两种电压输电。试估算两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失。 4. 如果用 220 V 和 11 kV 两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同，求导线的横截面积之比。 4 练习与应用 5. 某 个 小 水 电 站 发 电 机 的 输 出 功 率 为100 kW，发电机的电压为 250 V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为 8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为 220 V。要求在输电线上损失的功率控制在 5 kW（即用户得到的功率为 95 kW）。请你设计两个变压器的匝数比。为此，请你计算： （1）降压变压器输出的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？ （2）输电线损失的电压为多少？升压变压器输出的电压是多少？ （3）两个变压器的匝数比各应等于多少？ 4 课堂总结 1、输电的基本要求 2、降低输电损耗的两个途径（理解） 3、输电过程模型（掌握、应用、解决问题） 4、电网供电 $