3.4 电能的传输 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

4 电能的传输 第三章 交流电 High school physics 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。 02 理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关。 01 了解交变电流从发电站到用户的输电过程。 03 重点 重难点 重点 三峡水电站 内蒙古光伏发电站 新疆风力发电站 发电的地方： 用电的地方： 大多在我国中西部 用电量大的城市大多在东部沿海 上海 青岛 广州 公司logo 公司logo 情境导入 能源资源与电力负荷分布的不均衡性决定了西电东送的必要性。目前，主要采用高压输送交流电。为什么要采用高压输电呢？ 远距离输电，存在电热损失。 为了安全保质，高压输电减少损耗。 公司logo 公司logo 情境导入 电能输送中的电压损失和电能损耗 01 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？ ΔP＝I2r (2)在输电电流一定的情况下，若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？ 由ΔP＝I2r可知，I不变，r减半，ΔP变为原来的； 由ΔP＝I2r可知，r不变，I减半，ΔP变为原来的。 (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？ 由第(2)问可知，减小电流对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？ 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。 (5)怎样计算用户得到的功率P' ？ 用户得到的功率 P'＝P－ΔP ΔP＝I2r 或 ΔP＝ 或 ΔP＝IΔU ΔU＝U－U'＝Ir。 电能输送中的电压损失和电能损耗 1.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 r 为输电线的电阻 I 为输电线上的电流 公司logo 公司logo 核心知识 电能输送中的电压损失和电能损耗 2.输电线路的功率损失 (2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为 (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 ΔP＝I2r ΔP＝ ，ΔP＝ΔU·I 公司logo 公司logo 核心知识 电能输送中的电压损失和电能损耗 3.减小电压、功率损失的方法 (1)减小输电线的电阻 r r＝ρ 选用电阻率小的材料作导线 一般用铝或铜 增大导线的横截面 缩短距离 不可行 存在浪费材料、架设困难等 钢线 铝线 公司logo 公司logo 核心知识 电能输送中的电压损失和电能损耗 3.减小电压、功率损失的方法 (2)减小输电电流I 由I＝，输送功率P，输电线电阻r一定，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 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1100 kV 的特高压。 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，与输电线电流的二次方成正比。(　　) (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.(多选)(2024·重庆市高二期末)发电厂通过较长距离输电线直接向学校供电，发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R，通过输电线的电流为I，学校的输入电压为U2，下列计算输电线损耗功率的表达式中正确的是 A. B.I2R C. D.I(U1-U2) √ √ 例题 输电线上损失的电压为ΔU=U1-U2，根据欧姆定律可得I=， 则输电线损耗功率为P损=I(U1-U2)=I2R=，故A、C错误，B、D正确。 2.三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，某处与电站间每根输电线的电阻为10 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？某处与电站间每根输电线的电阻仍为10 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) 2 500 A　 (2) 1.25×108 W　　 (3) 1 000 A　2×107 W　 例题 (1)由P=UI得I===2 500 A。 (2)输电线上损失的功率ΔP=I2·2r=(2 500 A)2×2×10 Ω=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'2·2r=(1 000 A)2×2×10 Ω=2×107 W 损失功率与输出功率之比为==。 远距离输电系统 02 公司logo 公司logo 情境导入 远距离输电系统 1.远距离输电的基本原理 6000V 220000V 高压输电线 升压变压器 发电厂 10000V 降压变压器 380V或220V 用户 公司logo 公司logo 核心知识 电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 公司logo 公司logo 核心知识 2.低压线路、高压线路、超高压线路和特高压线路 远距离输电系统 (1)低压线路 我国家庭用户电压220 V 一般输电距离控制在几百米范围内，输送功率在100 kW以内。 (2)高压线路 输电距离在20 km以内的输电电压一般用35 kV (3)超高压线路 输送功率在10万 kW以上，输电距离超过500 km时，输电电压往往超过220 kV。 (4)特高压 1 000 kV以上电压等级 公司logo 公司logo 核心知识 3.电网 远距离输电系统 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)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。 4.电网输电的优点 (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。 公司logo 公司logo 核心知识 5.解决远距离高压输电问题的基本方法 远距离输电系统 (1)首先应画出远距离输电的电路图(如图) 将已知量和待求量写在电路图的相应位置 公司logo 公司logo 核心知识 (2)理清三个回路： 回路2： ΔU＝U2－U3＝I2R线 ΔP＝P2－P3＝R线 I2＝I3 回路1： P1＝U1I1 回路3： P4＝U4I4 公司logo 公司logo 核心知识 (3)常用关系 功率关系： 电压关系： 电流关系： I2＝I3＝I线 ΔU=U2-U3 ΔP=P2-P3 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 3.(2025·眉山市高二期中)某校用一台不计内阻的发电机来提供照明用电，输电过程如图所示，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶5，降压变压器原、副线圈匝数比为5∶1，输电线的总电阻为R=25 Ω，全校共有33个班，每班有6盏“220 V，40 W”的灯，若要保证全部电灯正常发光，求： (1)输电线损失的功率； (2)升压变压器的输入电压； (3)升压变压器每小时输出的电能(结果保留三位有效数字)。 答案　 (1) 1 296 W　 (1) 256 V　 (3) 3.32×107 J 例题 (1)降压变压器副线圈的电流I4=×6×33 A=36 A，降压变压器原线圈的电流I3=I4= A，输电线损失的功率ΔP=R=1 296 W。 (2)降压变压器原线圈的电压U3=U4=1 100 V，输电线上损失的电压为ΔU=I3R=180 V，升压变压器的输出电压U2=U3+ΔU=1 280 V，升压变压器的输入电压U1=U2=256 V。 (3)升压变压器原线圈的电流I1=I2=I3=36 A，升压变压器每小时输出的电能与输入电能相等，W2=W1=U1I1t≈3.32×107 J。 4.(2025·广安市高二期末)图甲是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电工程—白鹤滩水电站，是我国实施“西电东送”的大国重器，其发电量位居全世界第二，仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图乙所示。如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，r表示输电线总电阻，下列说法正确的是 A.若=，则用户获得的电压U4=U1 B.若用户开启的用电器减少，则升压变压器输出的电压U2减小 C.若用户开启的用电器减少，则降压变压器输入的电压U3减小 D.若用户开启的用电器减少，则输电线消耗的功率减小 √ 根据变压器原理可得=，=，若=，则有U4=，由于输电线上电阻的分压作用，则U3≠U2，U4≠U1，故A错误； 升压变压器的输入电压及原、副线圈匝数比恒定，则升压变压器输出的电压U2不变，故B错误； 若用户开启的用电器减少，则用户总电阻增大，将降压变压器和用户看成一等效电阻，则有R等=R用，则输电线上的电流为I2==，可知输电线上的电流减小，则输电线上消耗的功率减小，输电线的损失电压ΔU减小，根据U2=ΔU+U3，可知降压变压器输入的电压U3增大，故C错误，D正确。 直流输电 03 (2)直流输电系统在输电环节是直流，发电环节和用电环节是交流，引起的电能损失较小。 直流输电 1.过程 整流设备 逆变器 (1)交流输电造成电压损失的原因既有阻抗又有感抗和容抗，引起的电能损失很大； 2.优点 公司logo 公司logo 核心知识 5.(多选)(2024·成都市高二检测)在远距离输电技术上，我国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。输电线路流程可简化为： 如虚线框所示，若直流输电线电阻为10 Ω，直流电输送功率为5.5×109 W，不计变压器、整流与逆变等造成的能量损失，则 A.直流电输电线路上的电流为5×103 A B.直流电输电线路上损失的电压为100 kV C.降压变压器的输出功率是4.5×109 W D.保持输送功率不变，若将1 100 kV直流输电降为550 kV直流输电，受端获得 功率将比原来减少7.5×108 W √ √ 例题 直流电输送功率P=UI，故输送电流I== A=5×103 A，故A正确； 损失的电压ΔU=IR=5×103×10 V=50 kV，故B错误； 输电导线上损失的功率ΔP=I2R=(5×103)2×10 W=2.5×108 W 降压变压器的输出功率P出=P-ΔP=5.25×109 W，故C错误；用1 100 kV输电时输电导线上损失的功率ΔP=2.5×108 W，保持输送功率不变，若用550 kV输电，输电导线上损失的功率ΔP'=()2R=()2×10 W=1×109 W 则用户得到的功率比用1 100 kV输电时减少ΔP'-ΔP=7.5×108 W，故D正确。 电能的传输 电能输送中的电压损失和电能损耗 1.电压损失：ΔU＝U－U'＝Ir＝r 2.功率损失：ΔP＝I2r=＝=ΔU·I 远距离输电系统 3.减小U、P损失的方法：减小输电线的电阻 r 或 I 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输电效率：η＝ ×100% 优点：引起的电能损失较小 直流输电 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $