3.4 电能的远距离输送 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理课件围绕电能的远距离输送，系统讲解高压输电原因、交直流输电区别及输电过程中的功率与电压损失计算，通过情境探究和问题链衔接电功率、电阻等前序知识，搭建从理论到计算的学习支架。 其亮点在于以“问题-探究-建模-应用”为主线，通过要点归纳和模型总结培养科学思维，结合三峡水电站案例渗透科学态度与责任。如例1的特高压输电计算、针对训练的变压器匝数比应用，帮助学生深化物理观念，教师可直接用于课堂提升教学效率。

第4节　电能的远距离输送 1.知道远距离输电时电能损失的因素,了解高压输电的原因。2.知道高压交流输电与直流输电,了解交变电流从发电站到用户的输电过程。知道远距离输电线路的基本构成,能够对简单的远距离输电线路进行计算。3.了解电能的利用与社会发展。 [定位·学习目标]　 探究·必备知识 「知识梳理」 知识点一　采用高压输电的原因 1.输电线的电功率损失 损失的电功率P= ,即在输电线上因发热而损耗的电功率与输电线的电阻R成 ,与电流I的二次方成 。 I2R 正比 正比 2.减小输电时电功率损失的两个途径 (1)减小输电线电阻:可采用电阻率 的材料做导线,如铜、铝等金属材料;还可增大导线的 ,但导线不能过粗。 (2)减小输电导线中的电流:由P=UI可知,在保证输送电功率P不变的情况下,必须 输电电压U,才能 电流I,但实际的输电电压也不能无限制地提高。进行远距离输电时,要综合考虑输送功率的大小、技术和经济等各种因素,选择恰当的输电电压。 小 横截面积 提高 减小 知识点二　高压交流输电与直流输电 1.电能的输送 在发电厂(站)内,要用变压器 ,然后向远处送电;到达目的地后,根据不同的要求,再用 经过两三次降压,最后输送给用户。 升压 降压变压器 2.高压交流输电 除输电线路上的电阻外,电感、电容产生的感抗和容抗也会造成交流输电线路上的 损失。此外,现代供电系统把许多发电站连成一体,构成庞大的交流输电网,这就要求电网中的各台发电机发出的交变电流并网时必须做到 ,即并联输电线中的交变电流必须同时达到最大值和最小值,并且交变电流的 必须相同,这也是交流输电需要解决的问题。 电能和电压 同步 频率 3.高压直流输电 直流输电适于地下和水下电缆输电,不会受到电感和电容的影响;在输送相同电功率的电能时,直流输电所用的线材约为交流输电的 ;同时,直流输电杆塔结构也比同容量的交流输电简单,占地面积 ;直流输电时,不需要考虑电网中的各台交流发电机的同步运行问题。 三分之二 小 知识点三　电能的利用与社会发展 1.电能的利用 (1)发电机、电动机在工业上的运用,克服了蒸汽机在使用过程中存在的不少难题,体现出许多优越性。例如,电能通过发电厂和电力网实现了集中生产、分散使用,便于传输和分配,工厂可建设在远离煤矿和水力资源的地方;与蒸汽机相比,电动机灵活、小巧、适应力强,更加广泛地应用于工业生产领域。 (2)电能是二次能源,目前使用的电能,主要来自热能、水能、原子能、风能等其他形式的能量,这些能量转换为电能都离不开 。把电能转换为动力,离不开 。 发电机 电动机 2.电能促进社会发展 电能的利用提高了劳动生产率,解放了劳动者。 1.思考判断 (1)仅仅从减少能量损失的角度看,输送功率一定的情况下,输电电压越高,损失的能量越少。(　 　) (2)在输送功率和输电电压一定,使用同种材料的导线时,越粗的导线损失的电压越小。(　 　) (3)一般情况下高压输电的导线是铜、铝而不是银,原因是同种情况下,使用银材料,输电线损失的功率大。(　 ) (4)交流输电应用高电压、较小的输电线电阻,即可输送到无穷远处。(　　) 「新知检测」 √ × √ × (5)使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。(　 　) √ × 2.思维探究 (1)输电电压与输电线路上损失的电压有何不同? 【答案】 (1)输电线路上损失的电压是指降落在输电线电阻上的电压;输电电压是输电线路两端的总电压,它等于降落在输电线电阻上的电压与输电线末端的电压之和。 (2)输电电压越高越好吗? 【答案】 (2)输电电压并不是越高越好。输电电压越高,输电线路方面,对导线的绝缘性能要求越高,安全问题要求也越高,线路修建的费用也会越高;变压器方面,升压变压器输出的电压越高,变压器在绝缘、结构方面的制作要求也相应越高。 突破·关键能力 要点一　输电线上电压损失和功率损失 「情境探究」 如图所示,假定发电厂输出的电压为U,输送功率为P,两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)。 (1)用户两端的电压是多大? (2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗? 【答案】(2)不相等。 (3)输电线上功率损失的原因是什么?功率损失的表达式是什么? 「要点归纳」 若远距离输电中输入端电压为U,输送功率为P,输电导线电阻为r,输出端电压为U′。 (3)减小电压损失和功率损失的方法。 [例1] 假设甲、乙两地原来用550 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 100 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响。则(　　) C 计算功率损失和电压损失的三点提醒 (1)输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U,损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU,用户电压是输电线的输出电压U′,且有U′=U-ΔU。 (2)输送功率是指高压输电线起始端输入的功率P,损失功率是输电线上消耗的功率ΔP,用户功率为输电线的输出功率P′,且有P′=P-ΔP。 ·学习笔记· [针对训练1] 供电站向远距离的某单位输送电能,若输送的电功率保持不变,将输电电压提高到原来的10倍,以下判断正确的是(　　) A.输电电流为原来的10倍 B.输电导线上损失的电压为原来的10倍 D 要点二　远距离高压输电电路中的各种关系 「情境探究」 某发电站向远处送电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,该输电线路划分为三部分:输入电路、输送电路、输出电路。 (1)若输入、输出电路中输电线电阻不计,输送电路中输电线电阻为r,各个回路中,I、U、P、r之间有怎样的关系? (2)若两个变压器均为理想变压器,匝数分别为n1、n2、n3、n4,则每个变压器中的电流、电压、功率及匝数有什么关系? 「要点归纳」 1.远距离输电示意图 2.远距离输电中的基本关系 [例2] 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 %,若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)。求: (1)输电线上的电流I2; 【答案】 (1)10 A (2)升压变压器的匝数比n1∶n2; 【答案】 (2)1∶10 【解析】 (2)由P输=U1I1得, 升压变压器原线圈电流I1=100 A, 升压变压器的匝数比n1∶n2=I2∶I1=1∶10。 (3)降压变压器的匝数比n3∶n4。 【答案】 (3)497∶22 升压变压器副线圈电压U2=5 000 V, 降压变压器原线圈电压U3=U2-I2R=4 970 V, 降压变压器的匝数比 n3∶n4=U3∶U4=4 970∶220=497∶22。 处理远距离输电的方法技巧 (1)画好一张图——远距离输电示意图。 (2)抓住电两端——发电站和用户。 (3)分析一条线——输电线。 (4)研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压。 (5)区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)。 ·学习笔记· [针对训练2] 如图所示,有一小型火力发电站,其发出的电力通过远距离输电供给某大型制造工厂使用。已知升压变压器T1原、副线圈匝数比n1∶n2= 1∶100,输电线等效电阻R=100 Ω,降压变压器T2原、副线圈匝数比为n3∶n4=200∶1,输电过程中所有变压器均为理想变压器。工厂输入电压为工业用电标准电压,即 U4=380 V,工厂目前用电功率约为P=380 kW。 (1)求输电线上损耗的电功率; 【答案】 (1)2 500 W (2)经过提能扩产,该工厂的用电功率提升至760 kW,为保持U4不变,求此时发电站的输出电压U1。 【答案】 (2)770 V 提升·核心素养 「模型·方法·结论·拓展」 远距离输电线路的三个回路、两个联系 和一个定律的有关关系 1.远距离输电的简化电路原理图,可以划分为三个回路,如图所示。 2.远距离输电线路的三个回路、两个联系和一个定律的有关关系。 项目 回路 回路Ⅰ 回路Ⅱ 回路Ⅲ 三个回路中电压、电流及功率间的关系 I1=I机 U1=U机 P1=P机 I2=I线=I3 U2=U损+U3 P2=P损+P3 I4=I用 U4=U用 P4=P用 [示例] 有一台内阻为1 Ω的发电机,供给一学校照明用电,如图所示。升压比为1∶4,降压比为4∶1,输电线的总电阻R=4 Ω,全校共22个班,每班有“220 V　40 W”灯6盏。若保证全部电灯正常发光,则: (1)输电线上损耗的电功率多大? 【答案】 (1)144 W (2)发电机电动势多大? 【答案】 (2)250 V 「科学·技术·社会·环境」 三峡水电站 三峡水电站,即长江三峡水利枢纽工程,又称三峡工程。位于我国湖北省宜昌市境内的长江西陵峡段,与下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。 三峡水电站是全球规模最大的水电站,也是我国有史以来建设最大型的工程项目,已成为我国面向全球的一张世界名片。三峡水电站的功能有十多种,航运、发电、防洪、灌溉、种植等。三峡水电站1992年获得中华人民共和国全国人民代表大会批准建设,1994年正式动工兴建,2003年 6月1日下午开始蓄水发电,于2009年全部完工。 三峡水电站大坝高程185米,蓄水高程175米,水库长2 335米,静态投资 1 352.66亿元人民币,安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组。三峡水电站最后一台水电机组于2012年 7月 4日投产,装机容量达到2 240万千瓦,成为当今全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。三峡水电站的输变电系统由中国国家电网公司负责建设和管理,共安装15回500千伏高压输电线路连接至各区域电网。 [示例] 三峡水电站某机组输出的电功率为70万千瓦。 (1)若输出的电压为20万伏,则输电线上的电流为多少? 【答案】 (1)3 500 A (2)某处与电站间每条输电线的电阻为10欧,则输电线上损失的功率为多少?它占输出功率的几分之几? (3)若将电压升高至500千伏,输电线上的电流为多少?输电线上损失的功率又为多少?它占输出功率的几分之几? 检测·学习效果 1.如图为长距离高压输电的示意图。关于长距离输电,下列说法正确的是 (　　) A.通过高压输电减小输电电流有利于减小电路的发热损耗 B.高压输电综合考虑各种因素,输电电压越高越好 C.减小输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 D.在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越小 A 【解析】 根据输电过程中损失的电功率P损=I2r可知通过高压输电减小输电电流,有利于减小电路的发热损耗,故A正确;高压输电需要综合考虑材料成本、技术、经济性等各个方面的因素,所以不是输电电压越高越好,故B错误;减小输电导线的横截面积会增大电阻,根据P损=I2r,可知不利于减少输电过程中的电能损失,故C错误;在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电线上输送电流越大,因此输电过程中的电能损失越大,故D错误。 2.目前我国远距离输电已经采用750 kV的超高压和 1 100 kV 的特高压。假设甲、乙两地原来采用750 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 100 kV的特高压输电,若不考虑其他因素的影响,下列说法正确的是(　　) A.输电线上输送的电流大小减小 B.输电线上由于导线电阻造成的损失电压增大 C.输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率增大 D.用户得到的电功率减小 A 3.电能远距离输送时需要使用变压器进行升压和降压,如图所示为远距离输电的电路示意图。升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,T1原线圈上接有电压有效值恒定的交流电源,R为输电线的电阻,T2的副线圈并联多个用电器,对于此电路,下列分析正确的有(　　) A.T1的输出电压等于R两端的电压 B.T1的输出功率一定等于T2的输入功率 C.若T2的副线圈并联的用电器增多,R消耗的功率增大 D.若T2的副线圈并联的用电器增多,T2输出电压不变 C 【解析】 T1的输出电压等于R两端的电压与T2的输入电压之和,选项A错误;T1的输出功率等于R的功率与T2的输入功率之和,选项B错误;若T2的副线圈并联的用电器增多,则副线圈的电阻R副减小,电流变大,则R消耗的功率增大,T2输入电压减小,输出电压也减小,选项C正确,D错误。 BC 感谢观看 (6)若输电电压为U,输电线总电阻为r,则输电损失的电功率P损=。(　 　) 【答案】 (1)U- r。 【答案】 (3)由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,输电线发热而损失电能。其表达式P损=I2r= r,但P损≠。 (1)输电线上的电压损失:ΔU=U-U′=r。 (2)输电线上的功率损失:ΔP=r=。 ①减小输电线的电阻r,根据r=ρ,常用电阻率ρ较小的铜或铝作为导线材料;也可增大导线的横截面积S,但这要多耗费金属材料,增加成本,同时给输电线的铺设带来很大的困难。 ②减小输电电流I,根据I=,在输送功率P、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。 A.输电电流变为原来的2倍 B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C.输电线上降落的电压将变为原来的 D.输电线上损耗的电功率将变为原来的 【解析】 根据公式P=I输U输,且P不变,可知输电电流 I输=∝,当U输变为原来的2倍时,I输变为原来的,选项A错误;输电线上降落的电压U降=,而R线不变,则 U降∝,所以输电线上降落的电压变为原来的,选项B错误,C正确;输电线上损耗的电功率P损=R线=∝,所以输电线上损耗的电功率将变为原来的,选项D错误。 (3)输电线上的电流由I=计算,而I≠(r为输电线电阻)。 C.输电导线上损失的电功率为原来的 D.输电导线上损失的电功率为原来的 【解析】 因为输电功率不变,输电电压提高到原来的10倍,由I=可知电流变为原来的,故A错误;根据ΔU=Ir可知,损失电压变为原来的,故B错误;根据ΔP=I2r可得,损失功率变为原来的,故C错误,D正确。 【答案】 (1)输入电路:P1=I1U1;输送电路:P2=I2U2,I2=I3,P3=I3U3,P2-P3=r, U2-U3=I2r;输出电路:P4=I4U4。 【答案】 (2)=,=,P与匝数无关,且P1=P2;=,=,P与匝数无关,且P3=P4。 (1)功率关系:P1=P2,P2=r+P3,P3=P4。 (2)电压关系:=,U2=I2r+U3,=。 (3)电流关系:=,I2=I线=I3,=。 (4)输电电流:I2==。 (5)功率损耗: P损=P2-P3=r==I2(U2-U3)。 (6)电压损失:U损=U2-U3=I2r。 【解析】 (1)由题意得P损=0.6%P输, 又P损=R,联立解得I2=10 A。 【解析】 (3)由=得, 【解析】 (1)工厂目前用电功率约为P=380 kW, 则I4==1 000 A, 根据变压器电流与匝数成反比,有=, 解得I3=5 A, 则输电线上损耗的电功率ΔP=R=2 500 W。 【解析】 (2)该工厂耗电功率提升至760 kW,即提升至2P,则此时I4′==2 000 A, 则降压变压器原线圈电流I3′==10 A, 根据变压器电压与匝数成正比,有=,解得U3=76 000 V, 导线上损耗的电压ΔU=I3′R=1 000 V, 此时U2=ΔU+U3=77 000 V,根据=,得U1=770 V。 两变压器的联系 升压变压器:=,=, P1=P2 降压变压器:=,=, P3=P4 回路中的能量守恒定律 P机=P1=P2=P损+P3=P损+P4 【解析】 (1)根据题意,所有灯都正常工作的总功率为 P总=22×6×40 W=5 280 W, 电路总电流为I3==24 A, 两个变压器之间输电线上的电流为I2, 根据=,解得I2=I3=×24 A=6 A, 故输电线上损耗的电功率PR=R=62×4 W=144 W。 【解析】 (2)由于=,降压变压器上的输入电压U3=U4=4×220 V=880 V, 输电线上的电压损失为UR=I2R=24 V, 因此升压变压器的输出电压为U2=UR+U3=904 V, 由于=,则U1=U2= V=226 V, 升压变压器的输入电流为I1=I2=4×6 A=24 A, 发电机的电动势E=U1+I1r=226 V+24×1 V=250 V。 【解析】 (1)由P=UI得 I== A=3 500 A。 【答案】 (2)2.45×108 W　　 【解析】 (2)输电线上损失的功率 ΔP=I2·2r=3 5002×2×10 W=2.45×108 W, 损失功率与输出功率之比为==, 故损失功率占输出功率的。 【答案】 (3)1 400 A　3.92×107 W　 【解析】 (3)将电压升高至500千伏时,I′== A=1 400 A, 输电线上损失的功率 ΔP′=I′2·2r=1 4002×2×10 W=3.92×107 W, 损失功率与输出功率之比为==, 故损失的功率占输出功率的。 【解析】 根据公式P=UI,且P不变,可知输电电流I=,当输电电压增大时,输电电流减小,A正确;R线不变,当输电电流减小,输电线上由于导线电阻造成的损失电压减小,B错误;由P损=I2·R线,输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率减小,C错误;P不变,输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率减小,用户得到的电功率增大,D错误。 4.(双选)风力发电是一种绿色环保的发电方式,我国各地近年来大力发展风力发电。若一风力发电装置的输出功率为 P=100 kW、发电机的输出电压U1=250 V,经变压器升压后用总电阻 R线=7.5 Ω的输电线向远处输电,在用户处的降压变压器输出电压U4=220 V。若升压变压器与降压变压器的匝数比满足=,则以下说法正确的是(　 　) A.降压变压器输出的电流I4=40 A B.输电的效率为88% C.输电线损失电压ΔU=300 V D.升压变压器的匝数比为= 【解析】 升压变压器原线圈中电流I1==400 A,设==k,对升压变压器有==,==k,对降压变压器有U3=U2-I线R线,==,联立各式解得k=,I线=40 A,U2=2 500 V,U3=2 200 V,根据降压变压器的电流关系可知 I4=·I线==400 A,故A错误;输电的效率为η=×100%=88%,故B正确;输电线损失电压为ΔU=I线R线=300 V,故C正确;升压变压器的匝数比为=k=,故D错误。 $