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

3.4 电能的输送 第三章 交变电流 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 1、理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关重点 3、了解交变电流从发电站到用户的输电过程重点 导入新知 风能区 水能区 煤能区 石油区 用电区 用电区 我国能源主要集中在中西部，而用电量大的城市多在东部沿海地区。因此我们要考虑什么问题？ 导入新知 我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区 , 而用电量大的城市多在东部沿海地区。 水电站 城市 输电线 从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，我们需要克服什么困难，如何克服？ 导入新知 怎样输送电能？ 其他形式的能量 把各种 比如： 发电站 热能 核能 风能 水流能 太阳能 化学能 学校 工厂 普通用户 再输送给 电能在从发电站传输给用户的过程中要考虑什么问题？要注意什么？ 电能 导入新知 （1）可靠：指保证供电线路可靠地工作，少有故障； （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费用低，电能损耗少。 思考1：输送电能的基本要求是什么？ 1、输送电能的基本要求 一、降低输电损耗的两个途径 什么可能导致电能的损耗？ 怎样减小远距离输电过程中的电能损耗？ 一、降低输电损耗的两个途径 思考与讨论：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。 U △U ~ U＇ P r △P 发电厂 P＇ 用电设备 I (1)用户得到的电压和功率与发电厂提供的电压和功率有何关系？ 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 2、电压损失 3、功率损失 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。 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 一、降低输电损耗的两个途径 r 不变，I 减半， ΔP''＝(2 I 不变，r 减半， ΔP'＝I2 (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？ 你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？ U △U ~ U＇ P r △P 发电厂 P＇ 用电设备 I ΔP' = ΔP''＝ 由ΔP＝ I2r 减小电流对降低输电线路的损耗更有效。 一、降低输电损耗的两个途径 U △U ~ U＇ P r △P 发电厂 P＇ 用电设备 I (3)在保证输送功率不变的前提下，怎样才能减小输电电流？ 由P＝UI 得I＝ 在电功率不变的前提下，升高电压，可减小输电电流。 (4)怎样计算用户消耗的功率P'？ 用户得到的功率P'＝P－ΔP ΔP＝I2r 或 ΔP＝ 或 ΔP＝IΔU ΔU＝U－U'＝Ir 一、降低输电损耗的两个途径 （1）减小输电线的电阻 根据电阻定律， L：输电距离一定  ：选用电阻率小的金属材料 S：适当增大导线的横截面积 采用这两种方式有什么弊端？ （1）减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。（银的电阻率最小，但价格昂贵） （2）适当增大导线的横截面积S，但横截面积S太大要多耗费金属材料，增加成本，同时给架线带来很大困难。 4、减小输电线路电压、功率损失的方法 一、降低输电损耗的两个途径 （2）减小输电导线中的电流 根据公式， (1)减小输送功率P (2)提高输电电压U 采用这两种方式有什么弊端？ 采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施。 根据ΔU=IR，以上方法也可以同时减小输电线上的电压损失。 (2)提高输电电压U ：由 可知在输送功率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，输电线上的功率损失降为原来的 倍。 (1)减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。 如何升高电压，这样的电路要如何设计？ 一、降低输电损耗的两个途径 (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。 (　　) √ × 例题精选 1.某发电站输出功率P＝2 000 kW，用电阻R＝20 Ω的输电线向外输送电能。如果用U＝10 kV的电压输电，输电线上损失的功率是多少？损失的电压是多少？如果改用U'＝100 kV的高压输电，输电线上损失的功率和电压又是多少？ 根据P＝UI，用U＝10 kV的电压输电时的输电电流I＝ A＝200 A 输电线损失的功率P损＝I2R＝2002×20 W＝800 kW 损失的电压U损＝IR＝200×20 V＝4 kV 改用U'＝100 kV 高压输电后，输电电流I'＝ A＝20 A 输电线损失的功率P损'＝I'2R＝202×20 W＝8 kW 损失的电压U损'＝I'R＝20×20 V＝400 V。 例题精选 (2025·洛阳市高二阶段练习)“西电东送”采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的5倍，则输电线路中电阻损耗的功率将减少到原来的（ ） A. B. C. D. A 根据 P＝UI可得 I＝ 则输电线路中电阻损耗的功率ΔP＝I2R＝()2R 输送电压提高到原来的 5 倍，则输电线路中电阻损耗的功率变为原来的 。故选A。 例题精选 高压输电 用户 降压变压器 发电站 升压变压器 交流高压输电的基本环节 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 升压变压器 降压变压器 这两种输电电路有何不同? 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 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。 1、远距离输电的基本原理 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 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。 2、电网 3、电网输电的优点 降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。 减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。 合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 （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。  4、解决远距离高压输电问题的基本方法 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 （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。 电源回路 输送回路 用户回路 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 ①功率关系： ②电压关系： ③电流关系： （3）常用关系 P1＝P2 P2＝ΔP＋P3 P3＝P4 U2＝ΔU＋U3 I2＝I线＝I3 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 （3）常用关系 I线＝ ④输电电流： 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% 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 2.某个小水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的输出电压为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)，变压器视为理想变压器，求： (1)输电线上通过的电流； (2)升压变压器输出的电压； (3)升压、降压变压器原、副线圈的匝数比。 例题精选 (1)输电线上损失功率ΔP＝R， 解得I2＝25 A (2)升压变压器的输出功率P2＝P1＝U2I2 解得U2＝4×103 V (3)升压变压器， 又U3＝U2－I2R，解得U3＝3 800 V 降压变压器 解得。 例题精选 3.我国水力资源居世界首位，西部地区水力发电潜力巨大。水力发电的基本原理就是将水流的机械能(主要指重力势能)转化为电能。如图所示，某小型水力发电站水流量Q＝5 m3/s(流量是指流体在单位时间内流过某一横截面的体积)，落差h＝15 m，发电机(内阻不计)的输出电压U1＝500 V，输电线总电阻r＝20 Ω，为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器，而在用户处安装降压变压器，其中n3∶n4＝450∶11，用户获得的电压U4＝220 V，用户消耗的功率P4＝450 kW，变压器均视为理想变压器，已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是（ ） A.输电线损失的电压为500 V B.输电线损失的电功率为25 kW C.升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶18 D.机械能转化为电能的效率约为67% D 例题精选 根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数关系，可得U3＝9 000 V， 理想变压器无能量损失，P3＝P4＝450 kW，根据P3＝U3I2，解得I2＝50 A，输电线电阻损失的电压ΔU＝I2r＝1 000 V，A错误； 输电线损失的电功率ΔP＝I22r＝50 kW，B错误； 输电电压U2＝U3＋ΔU＝10 kV，则升压变压器原、副线圈的匝数比，C错误； 发电机输出电功率P1＝P3＋ΔP＝500 kW，单位时间内水流的机械功率P0＝＝ρQgh＝750 kW，故机械能转化为电能的效率η＝×100%≈67%，D正确。 例题精选 一、降低输电损耗的两个途径 1.减小电阻（受条件制约） 2.减小电流（高电压输电，应用广泛） 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 功率关系 P1=P2 P3=P4 电压关系 电流关系 U1 P1 n1 发电厂 I1 I4 n4 U4 P4 用户 U2 P2 U3 P3 n2 n3 U线 P损 r I3 I2 U △U ~ U＇ P r △P 发电厂 P＇ 用电设备 I 课堂小结 $