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

本讲义聚焦“电能的输送”核心知识点，从输电损失的影响因素（电阻、电流）切入，通过问题链引导学生探究降低损耗的途径（减小电阻、提高电压），结合理想变压器知识构建远距离输电模型，梳理从发电站到用户的完整输电过程，形成“问题分析-原理探究-模型应用”的学习支架。 资料以核心素养为导向，通过三峡电站输电计算、超导输电案例等任务驱动，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，结合农村电网改造、特高压输电实例渗透科学态度与责任。课中分层任务（基础训练、能力提升）辅助差异化教学，课后详细解析帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

学部/学科 高二、物理 课题 电能的输送 课时 第 课时/共1课时 课型 新授课 授课日期 上课时长 40分钟 授课班级 授课教师 学习目标 1.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关(重点)。 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(重难点)。 3.了解交变电流从发电站到用户的输电过程(重点) 评价任务 任务一指向学习目标1 任务二指向学习目标2 、学习目标3 学习过程 任务一：降低输电损耗的两个途径 人们常把各种形式的能(如水能、燃料化学能、核能等)先转化为电能再进行利用，因为电能可以通过电网很方便地传输到远方。电能从发电厂到远方用户端的传输过程，如图所示。 假设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，用户端的电压是U'，两条导线的总电阻是r。在图中，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ΔP？ (2)在输电电流一定的情况下，如果输电线路的电阻减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？在输电线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，输电线路上损失的功率变为原来的多少？ (3)通过第(2)问的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？ (4)在保证输送功率不变的前提下，怎样才能减小输电电流？ (5)怎样计算用户消耗的功率P'？ 1.输送电能的基本要求 (1)可靠：指保证供电线路可靠地工作，故障少。 (2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。 (3)经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 2.输电线路的电压损失 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为输电线的总电阻。 3.输电线路的功率损失 (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。 4.减小输电线路电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 由R=ρ可知，距离l一定时，使用电阻率小的金属材料，增大导线横截面积可减小电阻。 (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，输电线上的功率损耗将降为原来的。 (1)输电线上损失的电功率，与输电线的电阻成正比，与输电线上电流的平方成正比。(　 　) (2)由P=可知，输电电压越小，输电线上损失的电功率就越小。(　 　) 例1　三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦。 (1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？ (2)在(1)情况下，某处与电站间输电线的总电阻为20 Ω，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？ (3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？某处与电站间输电线的总电阻仍为20 Ω，输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？ 针对训练1　(多选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，两条输电导线的电阻率均为ρ，横截面积均为S，两地的距离为L，输电线上损耗的电功率为P1，用户得到的电功率为P2。下列关于P1和P2的表达式中正确的是(　　) A.P2=P(1-) B.P2=P- C.P1= D.P1= 任务二：电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 1.远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压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，获得最大的经济效益。 (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，使电力的供应更加可靠，质量更高。 4.解决远距离高压输电问题的基本方法 (1)首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。 (2)理清三个回路： 回路1：P1=U1I1 回路2：U2=ΔU+U3，P2=ΔP+P3=R线+P3，I2=I3 回路3：P4=U4I4。 (3)常用关系 ①功率关系：P1=P2，P2=ΔP+P3，P3=P4。 ②电压关系：=，U2=ΔU+U3，=。 ③电流关系：=，I2=I线=I3，=。 ④输电电流：I线===。 ⑤输电线上损耗的电功率： ΔP=P2-P3= R线==ΔU·I线。  ⑥输电线上的电压损失： ΔU=I线R线=U2-U3。 ⑦输电效率η=×100%。 (1)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(　 　) (2)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。(　 　) 例2　发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，输电线的总电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器。 (1)画出全过程的线路示意图； (2)求用户得到的电压和功率； (3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率。 针对训练2　(2024·石家庄市高二期末)我国在超导物理的研究中处于世界领先水平，由于超导体电阻为零，如果能够实现常温超导，用超导体代替常规导线输电将会节约大量的电能。如图是远距离输电示意图，已知发电机的输出功率为300 kW，发电机输出电压为300 V，用户电压220 V，升压变压器匝数比n1∶n2=1∶100，输电导线总电阻为20 Ω。变压器可视为理想变压器。求： (1)若用超导体代替常规导线，可以节省的功率是多少； (2)降压变压器匝数比n3∶n4。 知识结构/思维图示 第三章 电能的输送 基础训练： 考点一　输电线路的电压损失和功率损失 1.“三农问题”是关系我国国计民生的根本问题，为减少远距离输电的损耗从而降低电费，减轻农民负担，近年来国家对农村电网进行了改造升级，下列可采取的最有效的措施是(　　) A.提高输送的电功率 B.增大输电的电流 C.提高高压输电的电压 D.增大输电导线的横截面积 2.(2023·北京市海淀区高二期末)某发电站采用高压输电向外输送电能。若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电线的总电阻为R线。下列说法正确的是(　　) A.输电线上的电流I= B.输电线上的电压损失U线= C.输电线上的功率损失P线= D.输电线上的功率损失P线=()2R线 3.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP'，到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响，则(　　) A.ΔP'=ΔP B.ΔP'=ΔP C.ΔU'=ΔU D.ΔU'=ΔU 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，则两次输电导线的横截面积之比为(　　) A.1∶2 500 B.2 500∶1 C.1∶250 D.250∶1 考点二　远距离输电 5.(多选)“华龙一号”是中国自主研发的第三代核电技术，跻身世界前列，其远距离输电线路简化如图，变压器为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，电压分别为U3、U4，电流分别为I3、I4，输电线的总电阻为R，下列说法中正确的是(　　) A.电厂发出的电是直流电 B.I2= C.若U1=U4，则升压变压器与降压变压器的匝数比满足= D.夜晚用户增多，输电线上损失的功率增大，用户两端的电压减小 6.(多选)如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户端再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程，下列说法正确的是(　　) A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1∶100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为100∶1 7.(11分)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，升压变压器原线圈两端的电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器均为理想变压器，求： (1)(2分)升压变压器副线圈两端的电压； (2)(4分)输电线上的功率损失及用户得到的功率； (3)(5分)降压变压器原、副线圈的匝数比。 能力提升 8.我国5G基站的数量快速增长，实现5G网络覆盖的城市也越来越多。已知5G基站单系统功耗(基站用电器功率)为4 kW，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1 kW。如图所示，某基站距离100 kV主供电线路约为5 km，线路电阻为40 Ω。现要将4G基站改造为5G基站，而且线路电阻损耗为总功耗的20%，在只更换变压器(均为理想变压器)的前提下，升压变压器的原、副线圈匝数比应变为(　　) A.25∶1 B.50∶1 C.100∶1 D.400∶3 9.(2024·西安市高二期末)我国已投产运行的1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输送电功率最大可达1 200万千瓦。输电线路流程和数据可简化为如图所示，若直流线路的输电线上损失的功率为1.6×108 W，变压与整流等造成的能量损失均不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电电流为4×103 A时，下列说法正确的是(　　) A.输送电功率为1.2×1010 W B.降压变压器匝数比为11∶5 C.直流输电线的总电阻为10 Ω，损失的电压为40 kV D.若保持输送电功率不变，改用550 kV输电，直流输电线上损失的功率为12.8×108 W 10.(多选)(2024·新乡市高二期末)青海至河南±800 kV特高压直流输电工程，是世界上首个以输送新能源为主的特高压输电大通道，其中E为可提供恒定电压的交流电源，电阻r模拟输电线上的电阻，为交流电流表，为交流电压表，R为滑动变阻器，L1以及一系列灯泡L2至Ln模拟家庭用电器，降压变压器右侧电路统称用电电路，下列说法正确的是(　　) A.若减少除L1以外的灯泡数，电压表示数将增大，电流表示数将减小 B.将滑动变阻器滑片向上移动，灯泡L1变亮，其他灯泡都变暗 C.模拟用电高峰期的情况，增加灯泡数，原灯泡将变亮 D.为保证用电高峰期每个用电器正常工作，可将降压变压器的原线圈匝数适当减小 第四章 电能的输送答案 1.答案　C 解析　根据P=UI知，输电电流I=，则输电线上损失的功率P损=I2R=R，如果提高输送功率，会增大电能的损耗，同时输送功率是由用户消耗的功率决定的，故A错误；增大输电的电流，会增大功率损耗，故B错误；提高高压输电的电压，可知输电线上的功率损失减小，故C正确；增大输电导线的横截面积，由R=ρ可知，电阻减小，则会减小电能的损耗，但所用电线成本增加，并非最有效的措施，故D错误。 2.答案　D 解析　根据题意，输送的总功率为P0，输电电压为U，则可知输电线上的电流I=，故A错误；输电线上损失的功率P线=I2R线=()2R线，故C错误，D正确；输电线上的电压损失U线=IR线=R线=，故B错误。 3.答案　AD 解析　由输电电流I=知，输送的电功率不变，输电电压加倍，输电电流变为原来的，损耗的电功率ΔP=I2r，损耗的电功率变为原来的，即ΔP'=ΔP；输电线上损失电压为ΔU=Ir，输电电流变为原来的，损失电压变为原来的，即ΔU'=ΔU，故A、D正确。 4.答案　B 解析　根据P=UI得I=，则P损=I2R=·R，因为输送的电功率、输电线上的功率损失相同， 输送电压之比为1∶50，导线的长度和电阻率都相同，根据R=ρ得，两次输电导线的横截面积之比为2 500∶1，故选B。 考点二　远距离输电 5答案　BD 解析　电厂发出的电是交流电，才能通过变压器传输电能，A错误；输电线上损失电压为ΔU=U2-U3=I2R，解得I2=，B正确；由变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比可得U2=U1，U3=U4，由于输电线上有电压损失，故满足U1>U4，若U1=U4，则升压变压器与降压变压器的匝数比满足<，C错误；夜晚用户增多，消耗的功率增大，I4增大，则I3增大，输电线上损失的功率、损失的电压增大，导致U3减小，U4减小，即用户两端的电压减小，D正确。 6.答案　AC 解析　输电线上的损失功率为P损=P×0.6%=50 kW×0.6%=300 W，A项正确；输电线上的电流为I2= = A=10 A，升压变压器副线圈两端的电压为U2== V=5×103 V，由=得=，B项错误；输电线上损失的电压为U损=I2R=10×3 V=30 V，降压变压器输入电压为U3=5 000 V-30 V=4 970 V，C项正确；由=得=，D项错误。 7.答案　(1)2 500 V　(2)60 kW　440 kW　(3)10∶1 解析　输电线路示意图如图所示 (1)根据=可知，升压变压器副线圈两端的电压U2==2 500 V (2)输电线上的电流I2===200 A 输电线上的功率损失P损=r线=60 kW 用户得到的功率P用=P1-P损=440 kW (3)输电线上损失的电压ΔU=I2r线=300 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3=U2-ΔU=2 200 V 降压变压器原、副线圈的匝数比为==10∶1。 8.答案　C 解析　总功耗=线路损耗+基站功耗，线路损耗为总功耗的20%，5G基站功耗为4 kW，则总功耗为P总= kW=5 kW，线路损耗P损=20%×5 kW=1 kW，设线路电流为I2，则线路损耗P损=R线，得I2=5 A，升压变压器原线圈电流I1==0.05 A，升压变压器的原、副线圈匝数比为==，故选C。 9.答案　C 解析　输送电功率为P2=U2I2=1 100×103×4×103 W=4.4×109 W，故A错误；输电导线上损失的功率ΔP=r线，解得直流输电线的总电阻为r线== Ω=10 Ω，损失的电压为ΔU=I2r线=4×103×10 V=40 kV，故C正确； 输电导线末端电压为U3=U2-I2r线=(1 100-40) kV=1 060 kV，则降压变压器的匝数比==≠，故B错误； 保持输送功率不变，用550 kV输电，输电导线上损失的功率ΔP=()2r线=()2×10 W=6.4×108 W，故D错误。 10答案　AD 解析　减少除L1以外的灯泡数，总功率减小，输电线路中的电流将减小，电流表示数减小，由U线=Ir可知输电线路分得的电压将会减小，又由电源电压恒定知，电压表示数增大，选项A正确；将滑动变阻器滑片向上移动，用电电路总电阻增大，总电流减小，输电线路中的电流I减小，最终用电电路获得的电压增大，则经过L2至Ln的电流增大，又因为总电流减小，流经L1的电流减小，L2至Ln变亮而L1变暗，选项B错误；模拟用电高峰期的情况，增加灯泡数，用户端干路电流变大，输电线路分得的电压将会增大，又由电源电压恒定可知，降压变压器副线圈两端电压减小，原灯泡将变暗，选项C错误；由C可知，用电高峰期用电器分得的电压小于正常工作电压，根据变压器原理，可将降压变压器的原线圈匝数适当减小，选项D正确。 第三章 电能的输送（基础巩固） 考点一　输电线路的电压损失和功率损失 1.“三农问题”是关系我国国计民生的根本问题，为减少远距离输电的损耗从而降低电费，减轻农民负担，近年来国家对农村电网进行了改造升级，下列可采取的最有效的措施是(　　) A.提高输送的电功率 B.增大输电的电流 C.提高高压输电的电压 D.增大输电导线的横截面积 2.(2023·北京市海淀区高二期末)某发电站采用高压输电向外输送电能。若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电线的总电阻为R线。下列说法正确的是(　　) A.输电线上的电流I= B.输电线上的电压损失U线= C.输电线上的功率损失P线= D.输电线上的功率损失P线=()2R线 3.(多选)(2020·全国卷Ⅱ)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP'，到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响，则(　　) A.ΔP'=ΔP B.ΔP'=ΔP C.ΔU'=ΔU D.ΔU'=ΔU 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，则两次输电导线的横截面积之比为(　　) A.1∶2 500 B.2 500∶1 C.1∶250 D.250∶1 考点二　远距离输电 5.(多选)“华龙一号”是中国自主研发的第三代核电技术，跻身世界前列，其远距离输电线路简化如图，变压器为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，电压分别为U3、U4，电流分别为I3、I4，输电线的总电阻为R，下列说法中正确的是(　　) A.电厂发出的电是直流电 B.I2= C.若U1=U4，则升压变压器与降压变压器的匝数比满足= D.夜晚用户增多，输电线上损失的功率增大，用户两端的电压减小 6.(多选)如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户端再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程，下列说法正确的是(　　) A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1∶100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为100∶1 7.一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，升压变压器原线圈两端的电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器均为理想变压器，求： (1)(2分)升压变压器副线圈两端的电压； (2)(4分)输电线上的功率损失及用户得到的功率； (3)(5分)降压变压器原、副线圈的匝数比。 8.风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比； (2)用户得到的电功率是多少。 第三章 电能的输送（基础巩固）答案 1.答案　C 解析　根据P=UI知，输电电流I=，则输电线上损失的功率P损=I2R=R，如果提高输送功率，会增大电能的损耗，同时输送功率是由用户消耗的功率决定的，故A错误；增大输电的电流，会增大功率损耗，故B错误；提高高压输电的电压，可知输电线上的功率损失减小，故C正确；增大输电导线的横截面积，由R=ρ可知，电阻减小，则会减小电能的损耗，但所用电线成本增加，并非最有效的措施，故D错误。 2.答案　D 解析　根据题意，输送的总功率为P0，输电电压为U，则可知输电线上的电流I=，故A错误；输电线上损失的功率P线=I2R线=()2R线，故C错误，D正确；输电线上的电压损失U线=IR线=R线=，故B错误。 3.答案　AD 解析　由输电电流I=知，输送的电功率不变，输电电压加倍，输电电流变为原来的，损耗的电功率ΔP=I2r，损耗的电功率变为原来的，即ΔP'=ΔP；输电线上损失电压为ΔU=Ir，输电电流变为原来的，损失电压变为原来的，即ΔU'=ΔU，故A、D正确。 4.答案　B 解析　根据P=UI得I=，则P损=I2R=·R，因为输送的电功率、输电线上的功率损失相同， 输送电压之比为1∶50，导线的长度和电阻率都相同，根据R=ρ得，两次输电导线的横截面积之比为2 500∶1，故选B。 考点二　远距离输电 5答案　BD 解析　电厂发出的电是交流电，才能通过变压器传输电能，A错误；输电线上损失电压为ΔU=U2-U3=I2R，解得I2=，B正确；由变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比可得U2=U1，U3=U4，由于输电线上有电压损失，故满足U1>U4，若U1=U4，则升压变压器与降压变压器的匝数比满足<，C错误；夜晚用户增多，消耗的功率增大，I4增大，则I3增大，输电线上损失的功率、损失的电压增大，导致U3减小，U4减小，即用户两端的电压减小，D正确。 6.答案　AC 解析　输电线上的损失功率为P损=P×0.6%=50 kW×0.6%=300 W，A项正确；输电线上的电流为I2= = A=10 A，升压变压器副线圈两端的电压为U2== V=5×103 V，由=得=，B项错误；输电线上损失的电压为U损=I2R=10×3 V=30 V，降压变压器输入电压为U3=5 000 V-30 V=4 970 V，C项正确；由=得=，D项错误。 7.答案　(1)2 500 V　(2)60 kW　440 kW　(3)10∶1 解析　输电线路示意图如图所示 (1)根据=可知，升压变压器副线圈两端的电压U2==2 500 V (2)输电线上的电流I2===200 A 输电线上的功率损失P损=r线=60 kW 用户得到的功率P用=P1-P损=440 kW (3)输电线上损失的电压ΔU=I2r线=300 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3=U2-ΔU=2 200 V 降压变压器原、副线圈的匝数比为==10∶1 8.答案　(1)1∶20　240∶11　(2)96 kW 解析　(1)输电线损失的功率 P损＝P×4%＝100 kW×4%＝4 kW 输电线电流I2＝＝ A＝20 A 升压变电器输出电压 U2＝＝ V＝5×103 V 升压变压器原、副线圈匝数比 ＝＝＝ 电压损失U损＝I2R线＝20×10 V＝200 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3＝U2－U损＝4 800 V 降压变压器原、副线圈匝数比 ＝＝＝。 (2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为 P用＝P－P损＝P(1－4%)＝100×96% kW＝96 kW。 学科网（北京）股份有限公司 $