3.4 远距离输电 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

第三章　交变电流 第四节 远距离输电 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。 理解远距离输电线路的能量损耗与哪些因素有关。 了解交变电流从发电站到用户端的输电过程。 02 03 重点 重难点 重点 01 远距离输电中的电功率和电压损耗 01 其他形式的能量 把各种 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 中西部资源富集 东部沿海高用电负荷城市群 东西部地域跨度可达数千公里 在远距离输电时应采取何种措施以降低电线上的电能损耗？ 公司logo 公司logo 情境导入 电能从发电厂到远方用户端的传输过程。如图所示。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？ 答案　P损＝I2r 公司logo 公司logo 观察与思考 (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，线路上损失的功率变为原来的多少？在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率变为原来的多少？ 答案　由P损＝I2r可知，I不变，r减半，P损变为原来的； 由P损＝I2r可知，r不变，I减半，P损变为原来的。 (3)通过以上计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更有效？ 答案　由第(2)问可知，减小电流对降低输电线路的损耗更有效。 公司logo 公司logo 观察与思考 远距离输电中的电功率和电压损耗 1.输电要求 安全、保质、减少电能损耗 2.电压损耗 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。其中U损=I线r线 公司logo 公司logo 核心知识 3.输电线路的功率损耗 (1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损耗， 损耗的电功率ΔP＝I2r。 (2)若输电线上损耗的电压为ΔU， 则功率损耗还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I。 公司logo 公司logo 核心知识 4.减小电压、功率损耗的方法 r ↓（减半） P ↓ （减半） I ↓（减半） P ↓↓（减为原来的四分之一） 设输电电流为I，输电线电阻为R， 则输电线电阻上消耗的功率为P =I2R， 由此可知减少输电损耗的途径有两个。 公司logo 公司logo 核心知识 (1)减小输电线电阻 ρ ↓ l ↓ S ↑ 选用电阻率小的金属材料，一般用铜或铝 输电距离一定，不可变 耗费材料，架设困难 (2)减小输电线中电流 由 P=IU 可知 (1)减小输送功率P (2)提高输电电压U 银的电阻率最小，但造价昂贵 不可取 不可取 4.减小电压、功率损耗的方法 公司logo 公司logo 核心知识 (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。 (　　) √ × 辨析 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？ 答案　(1) 2500 A　 (2) 1.25×108W (3) 1000A　2×107 W　　 对比损失 例题 (1)由P=UI得I===2 500 A (2)输电线上损失的功率ΔP=I2·r=2 5002×20 W=1.25×108 W 损失功率与输出功率之比为== (3)将输出电压升高至50万伏时，I'===1 000 A 输电线上损失的功率ΔP'=I'2·r=1 0002×20 W=2×107 W 损失功率与输出功率之比为==。 (2024·惠州市高二期中)如图所示，在正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；除冰时，需要将输电线上热耗功率增大至16ΔP，设输电功率和 输电线电阻不变，则除冰时需将 A.输电电流变为I 　 B.输电电流变为16I C.输电电压变为U D.输电电压变为4U √ 针对训练1 设输电线电阻为R线，输电功率为P电， 则有ΔP＝I2R线＝()2R线， 16ΔP＝I'2R线＝()2R线， 联立可得I'＝4I，U'＝U，故选C。 高压交流输电 02 电能输送的基本模型 发电厂 用户 升压 变压器 降压 变压器 发电 厂 用 户 输电方案：采用电能输配电网 公司logo 公司logo 核心知识 解决远距离高压输电问题的基本方法 (1)画出远距离输电的电路图，并将已知量和待求量写在相应位置。 (2)理清三个回路的关系： 回路1：P1=U1I1 回路2：U2=ΔU+U3，P2=ΔP+P3=R线+P3，I2=I3 回路3：P4=U4I4 公司logo 公司logo 核心知识 功率关系： 电压关系： 电流关系： P3=P4 P1=P2 P2=ΔP+P3 = U2=ΔU+U3 = = I2=I线=I3 = 常用关系 公司logo 公司logo 核心知识 输电电流：I线=。 输电线上损耗的电功率：ΔP=P2-P3=I线2 R线==ΔU·I线。 输电线上的电压损耗：ΔU=I线R线=U2-U3。 输电效率 η=×100%。 公司logo 公司logo 核心知识 (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。 (　　) √ × 辨析 2.某工厂购买了应急备用发电机、升压变压器及降压变压器各一台。如图，发电机内阻为1 Ω，升压变压器匝数比为1∶10，降压变压器匝数比为9∶1，输电线总电阻R＝5 Ω。工厂共36个车间，每个车间有“220 V，22 W”灯10盏，若保证全部电灯正常发光，两台变压器均为理想变压器，则： 答案　(1) 80 W　(2)8 000 W　(3)240 V (2)发电机输出功率多大？ (3)发电机电动势多大？ (1)输电线上损失的电功率多大？ 例题 (1)根据题意可知，用电器的总功率为P4＝36×10×22 W＝7 920 W 则用电器都正常工作时的总电流为I4＝ A＝36 A 两个变压器之间输电线上的电流为IR＝I3＝I2＝＝4 A 故输电线上损耗的电功率PR＝R＝42×5 W＝80 W (2)发电机的输出功率， 即升压变压器的输入功率为P2＝PR+P4＝8 000 W (3)升压变压器的输出电压为U2＝＝2 000 V 升压变压器的输入电压为U1＝＝200 V 升压变压器的输入电流为I1＝10I2＝40 A 发电机的电动势E＝U1+I1r＝240 V 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，取重力加速度g=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% √ 针对训练2 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＝r＝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。 直流输电 03 直流输电 直流输电示意图 优点 避免输电线路因电感作用导致的电能损耗 公司logo 公司logo 核心知识 3.(多选)青海送河南正负800千伏特高压直流输电工程是在输电环节使用直流，在送电端将发电机产生的交流电通过“整流”设备变换为直流，用户端再用“逆变”设备将直流变换为交流，如图所示。下列说法正确的是 A.利用直流输电，可以消除输电线的自感、互感造成的电能损失 B.升压变压器应该处于②位置 C.采用直流输电时，用两台发 电机给同一电路供电，它们必须同步运行，即同时达正的最大值，同时 达负的最大值 D.在输送总电功率一定的情况下，若把输电电压从800 kV提升到1 100 kV， 线路上损失的功率将减小为原来的 √ √ 例题 直流线路不会产生自感和互感，所以利用直流输电可以减少电能损失，故A正确；交流发电机产生的交流电通过变压器把低电压变换成所需要的高电压(即升压)后再送到整流器，通过整流器把交流电变为直流电，故升压变压器应处于①位置，B错误；用两台发电机给同一交流电路供电才必须同步运行，而给直流电路供电不需要同步运行，C错误；输电总功率一定，则UI＝U'I'，可得I'＝I＝I，损失功率ΔP'＝I'2R＝(I)2R＝I2R＝ΔP，故D正确。 远 距 离 输 电 高压交流输电 ①电压关系： ②电流关系： ③功率关系： P1=P2，P2=ΔP+P3，P3=P4 = ，I2=I线=I3， = = ，U2=ΔU+U3， = 直流输电 避免因电感作用导致的电能损耗 远距离输电中的电功率和电压损耗 P损＝I2r U损=I线r线 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $