3.4 电能的传输（知识点、典例、达标练）-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

本讲义聚焦高中物理“电能的传输”核心知识点，从输送电能的可靠、保质、经济要求出发，通过推导输电功率损失公式P=I²r，构建降低损耗的两大途径认知支架，重点解析高压输电原理及实际电压选择依据，延伸至电网供电的组成与优势。 该资料以考向为引领设计例题与变式题，涵盖损失功率计算、远端输电分析及动态问题，通过模型建构与科学推理培养科学思维，结合我国特高压输电实例渗透科学态度与责任。课中辅助教师突破重难点，课后练习题助力学生巩固知识、查漏补缺。

第4节 电能的传输 知识点1 降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求 (1)可靠：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：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 2．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。 3．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积。 (2)减小输电导线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 4．高压输电 (1)现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV的特高压。 (2)输电电压并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。 (3)实际输送电能时，要综合考虑输送功率的大小、距离的远近、技术和经济等要求，选择合适的输电电压。 知识点2 电网供电 1．远距离输电基本原理 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，获得最大经济效益。 (2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。 (3)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 考向1 损失功率 【例1】某发电厂采用高压输电，输电电压为U，输电线上损失的电功率为。若将输电电压提高到2U，其他条件不变，则输电线上损失的电功率变为（     ） A． B． C． D． 【变式】使用高压输电，若发电站的输出功率不变，输电线的总电阻不变，将输电线中的电流降为原来的一半，则输电线上损耗的功率变为原来的（   ） A．2倍 B． C．不变 D．4倍 考向2 远端输电的计算 【例2】远距离输电的示意图如图所示，变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数比，降压变压器的原、副线圈匝数比。当升压变压器原线圈的输入电压时，入户电压，且用户消耗的电功率，则输电线的总电阻为（　　） A．250Ω B．200Ω C．150Ω D．100Ω 【变式】．如图所示，某个小水电站发电机的输出功率为1000kW，发电机的输出电压为500V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为R0=25Ω，用户端需求为240V、960kW。为满足发电机与用户需求的匹配，请你计算： (1)降压变压器输出的电流多大； (2)升压变压器输出的电流多大； (3)升压变压器的匝数比n1∶n2应等于多少？ 考向 3 远端输电的动态问题 【例3】“陇电入浙”工程正式开工，标志着我国“西电东送”战略再添一条大动脉。该输电工程采用800千伏特高压直流输电。对比特高压交流输电，下列关于直流输电的说法错误的是（　　） A．可以减少感抗、容抗造成的能量损失 B．输电功率一定时，输电电压越高，输电线路中的电流越大 C．输电功率一定时，可以提高输电电压来减少输电线上的能量损失 D．用户端不能利用变压器直接对输电电压降压 【变式】如图所示为远距离输电示意图，为输电线的电阻，表示用户端的电阻，电流表和电压表均为理想交流电表。保持输入电压不变，将滑动变阻器的滑片P缓慢下移，下列说法正确的是（　　） A．远距离输电电压为 B．电压表的示数增大 C．电流表的示数增大 D．该输电电路的输入功率增大 一、单选题 1．我国特高压输电技术达到世界领先水平。在输电功率、输电线及输电距离不变的情况下，采用超高压输电时，输电电压为U；采用特高压输电时，输电电压为2U。则超高压输电与特高压输电损失的功率之比为（　　） A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 2．如图所示，发电厂向远方工厂输电，当输电电压为U时，输电线上损耗的功率为P，保持输送功率一定，当输电电压改变为时，输电线上损耗的功率为（     ） A． B． C．P D． 3．输电线的总电阻为，输送电功率为，现用电压来输电，则输电线上损失的电压为（　　） A． B． C． D． 4．下列方法中经济、可靠且能降低输电损耗的是（　　） A．提高用户的用电量 B．减小输电导线的长度 C．用电阻率较小的材料制造输电线 D．提高输电电压 5．如图所示为远距离输电的原理图。两个变压器均为理想变压器，输电线的总电阻为，其他导线电阻可以忽略不计。发电厂的输出功率为200kW，输出电压为400V。向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用5kV高压输电，最后用户得到的电压为220V。下列说法正确的是（　　） A．输电线路中的电流为4A B．升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶25 C．降压变压器原、副线圈的匝数比为450∶11 D．输电效率为 二、多选题 6．在远距离输电时，采用高压直流输电可以减少线路上的电容、电感引起的电能损耗，有利于提高输电效率。我国新疆昌吉至安徽古泉建成的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、技术水平最先进的特高压输电工程。如图是现代直流输电示意图，则下列说法正确的是（　　） A．升压变压器输入输出的都是交流电 B．升压变压器输入输出的都是直流电 C．采用高压输电可以减小输电线上的电流 D．采用高压输电可以增大输电线上的电流 7．如图所示为远距离输电示意图，现将输送电压由升级为，在保持发电站输出电压，发电站输送的总电功率、输电线电阻、用户得到的电压均不变的情况下，则（   ） A．升压变压器原、副线圈匝数比变为原来的 B．输电线上损失的电压变为原来的 C．输电线损失的功率变为原来的 D．降压变压器原、副线圈匝数比变为原来的10倍 8．如图所示为远距离输电的简易图，已知升压变压器原副线圈的匝数比为，降压变压器原副线圈的匝数比为，输电线的总电阻为r，升压变压器原线圈的输入电压为u，变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器副线圈中的电流大于降压变压器原线圈中的电流 B．若用户得到的电压为u，则满足 C．若并联用户增多，则输电过程损失的电功率增大 D．若并联用户增多，则用户得到的电压减小 三、解答题 9．发电机路端电压，输出电功率，输电线路的总电阻。先用原、副线圈匝数之比为的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数之比为的降压变压器降压供给用户。 (1)画出发电机给用户供电全过程的电路图； (2)求用户得到的电压和功率。 10．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW，发电机的输出电压U1=250V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线=8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V。已知输电线上损失的功率P线=5kW，假设两个变压器均是理想变压器，求： (1)发电机输出的电流I1； (2)输电线上的电流I线； (3)降压变压器的匝数比n3∶n4。 11．用一个小型交流发电机向远处用户供电，其原理如图所示，已知发电机线圈匝数，面积，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感强度。输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户再用降压变压器将电压降低之后供用户使用。已知输电线总电阻，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈匝数比为。用户区标有“”的电动机恰能正常工作，发电机线圈电阻不可忽略。 (1)求输电导线上损耗的电功率； (2)若升压变压器原、副线圈匝数比为，求由图示位置开始计时交流发电机线圈产生的电动势的瞬时值和升压变压器原线圈两端电压。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 电能的传输 知识点1 降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的基本要求 (1)可靠：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：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 2．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。 3．降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积。 (2)减小输电导线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 4．高压输电 (1)现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV的特高压。 (2)输电电压并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。 (3)实际输送电能时，要综合考虑输送功率的大小、距离的远近、技术和经济等要求，选择合适的输电电压。 知识点2 电网供电 1．远距离输电基本原理 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，获得最大经济效益。 (2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。 (3)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。 考向1 损失功率 【例1】某发电厂采用高压输电，输电电压为U，输电线上损失的电功率为。若将输电电压提高到2U，其他条件不变，则输电线上损失的电功率变为（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设发电厂输送的电功率为，输电线总电阻为，其他条件不变表示和均不变。输电电流为 输电线上损失的电功率为 当输电电压提高到2U时，输电电流为 此时输电线上损失的电功率为 故选A。 【变式】使用高压输电，若发电站的输出功率不变，输电线的总电阻不变，将输电线中的电流降为原来的一半，则输电线上损耗的功率变为原来的（   ） A．2倍 B． C．不变 D．4倍 【答案】B 【详解】由题知输电电流降为原来的，即 设输电线总电阻为R，则有， 即损耗功率变为原来的。 故选B。 考向2 远端输电的计算 【例2】远距离输电的示意图如图所示，变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数比，降压变压器的原、副线圈匝数比。当升压变压器原线圈的输入电压时，入户电压，且用户消耗的电功率，则输电线的总电阻为（　　） A．250Ω B．200Ω C．150Ω D．100Ω 【答案】B 【详解】根据，解得 同理可得 降压变压器的副线圈中的电流 根据，解得输电线上的电流 则输电线上的总电阻 故选B。 【变式】．如图所示，某个小水电站发电机的输出功率为1000kW，发电机的输出电压为500V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为R0=25Ω，用户端需求为240V、960kW。为满足发电机与用户需求的匹配，请你计算： (1)降压变压器输出的电流多大； (2)升压变压器输出的电流多大； (3)升压变压器的匝数比n1∶n2应等于多少？ 【答案】(1)4kA (2)40A (3) 【详解】（1）根据题意可得 代入数据，解得 （2）损失的功率为 又因为 代入数据，解得I2=40A （3）根据 解得 则升压变压器的匝数比为 考向 3 远端输电的动态问题 【例3】“陇电入浙”工程正式开工，标志着我国“西电东送”战略再添一条大动脉。该输电工程采用800千伏特高压直流输电。对比特高压交流输电，下列关于直流输电的说法错误的是（　　） A．可以减少感抗、容抗造成的能量损失 B．输电功率一定时，输电电压越高，输电线路中的电流越大 C．输电功率一定时，可以提高输电电压来减少输电线上的能量损失 D．用户端不能利用变压器直接对输电电压降压 【答案】B 【详解】A．感抗、容抗是交流电路特有的阻抗损耗，直流输电稳定工作时不存在这类损耗，可减少相应的能量损失，故A正确； B．输电功率满足，当输电功率一定时，输电电压越高，输电线路中的电流越小，故B错误； C．输电线路的能量损失，输电功率一定时，提高输电电压可减小输电电流，从而减少输电线上的能量损失，故C正确； D．变压器的工作原理是电磁感应，需要变化的电流产生变化的磁通量才能实现变压，直流输电电流恒定，无法直接用变压器降压，故D正确。 故选B。 【变式】如图所示为远距离输电示意图，为输电线的电阻，表示用户端的电阻，电流表和电压表均为理想交流电表。保持输入电压不变，将滑动变阻器的滑片P缓慢下移，下列说法正确的是（　　） A．远距离输电电压为 B．电压表的示数增大 C．电流表的示数增大 D．该输电电路的输入功率增大 【答案】B 【详解】A．远距离输电电压应是经过升压变压器升压后的电压，而为升压变压器的输入电压，A项错误； BC．滑片P缓慢下移，电阻接入线路的阻值变大，电流表的示数变小，通过输电线的电流也变小，故输电线上损耗的电压变小，电压表的读数等于升压变压器升压后的电压减去输电线上损失的电压，所以电压表的示数变大，B项正确，C项错误； D．通过升压变压器原线圈的电流减小，而不变，则该输电电路的输入功率减小，D项错误。 故选B。 一、单选题 1．我国特高压输电技术达到世界领先水平。在输电功率、输电线及输电距离不变的情况下，采用超高压输电时，输电电压为U；采用特高压输电时，输电电压为2U。则超高压输电与特高压输电损失的功率之比为（　　） A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 【答案】D 【详解】设输电总功率为，输电线总电阻为，由 可得输电电流 输电线上损失的功率满足焦耳定律 代入电流表达式得 可知输电功率、输电线电阻不变时，损失功率与输电电压的平方成反比。 超高压输电电压为，损失功率 特高压输电电压为，损失功率 因此二者损失功率之比 故选D。 2．如图所示，发电厂向远方工厂输电，当输电电压为U时，输电线上损耗的功率为P，保持输送功率一定，当输电电压改变为时，输电线上损耗的功率为（     ） A． B． C．P D． 【答案】A 【详解】设输送的总功率为，输电线总电阻为，由输送功率公式，可得输电线上的电流 输电线上损耗的功率满足，代入电流表达式得 即损耗功率与输电电压的平方成反比，当输电电压由变为时，损耗功率变为原来的，即，故BCD错误，A正确。 故选A。 3．输电线的总电阻为，输送电功率为，现用电压来输电，则输电线上损失的电压为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】输电过程中，输送功率、输电电压、输电电流满足关系 输电线上损失的电压 解得 故选D。 4．下列方法中经济、可靠且能降低输电损耗的是（　　） A．提高用户的用电量 B．减小输电导线的长度 C．用电阻率较小的材料制造输电线 D．提高输电电压 【答案】D 【详解】A．输电线上的功率损耗公式为 输电功率（为输电电流，为输电电压） 可得 提高用户用电量会使输送总功率增大，其余条件不变时增大，输电损耗升高，故A错误； B．输电导线长度由发电站与用户的实际距离决定，无法随意减小，方案不可行，故B错误； C．电阻率极小的材料（如银）成本极高，不符合“经济”要求，故C错误； D．提高输电电压，可使大幅降低，仅需配套升级变电设备，经济可靠，是当前通用的降低输电损耗方案，故D正确。 故选D。 5．如图所示为远距离输电的原理图。两个变压器均为理想变压器，输电线的总电阻为，其他导线电阻可以忽略不计。发电厂的输出功率为200kW，输出电压为400V。向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用5kV高压输电，最后用户得到的电压为220V。下列说法正确的是（　　） A．输电线路中的电流为4A B．升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶25 C．降压变压器原、副线圈的匝数比为450∶11 D．输电效率为 【答案】D 【详解】AB．变压器为理想变压器，故，则输电线路中的电流为 升压变压器原、副线圈匝数比 故AB错误； CD．输电线两端电压为 降压变压器原线圈两端电压为 降压变压器原、副线圈匝数比为 降压变压器输入功率 则输电效率为 故C错误，D正确。 故选D。 二、多选题 6．在远距离输电时，采用高压直流输电可以减少线路上的电容、电感引起的电能损耗，有利于提高输电效率。我国新疆昌吉至安徽古泉建成的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、技术水平最先进的特高压输电工程。如图是现代直流输电示意图，则下列说法正确的是（　　） A．升压变压器输入输出的都是交流电 B．升压变压器输入输出的都是直流电 C．采用高压输电可以减小输电线上的电流 D．采用高压输电可以增大输电线上的电流 【答案】AC 【详解】AB．不论升压还是降压变压器，输入输出的都是交流电，故A正确，B错误； CD．根据，提高电压采用高压输电，可减少输电线上的电流，故C正确，D错误。 故选AC。 7．如图所示为远距离输电示意图，现将输送电压由升级为，在保持发电站输出电压，发电站输送的总电功率、输电线电阻、用户得到的电压均不变的情况下，则（   ） A．升压变压器原、副线圈匝数比变为原来的 B．输电线上损失的电压变为原来的 C．输电线损失的功率变为原来的 D．降压变压器原、副线圈匝数比变为原来的10倍 【答案】BC 【详解】A．依题意，不变 由 有， 解得，A错误； B．依题意，发电站输送的总电功率不变，由 有 不变，不变 由 有 输电线上损失的电压 同理可得 解得，B正确； C．由 有， 解得，C正确； D．依题意，，不变 由图可知， 同理 由 有 同理有 解得，D错误。 故选BC。 8．如图所示为远距离输电的简易图，已知升压变压器原副线圈的匝数比为，降压变压器原副线圈的匝数比为，输电线的总电阻为r，升压变压器原线圈的输入电压为u，变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器副线圈中的电流大于降压变压器原线圈中的电流 B．若用户得到的电压为u，则满足 C．若并联用户增多，则输电过程损失的电功率增大 D．若并联用户增多，则用户得到的电压减小 【答案】CD 【详解】A．升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流始终相等，故A错误； B．根据升压变压器原副线圈电压与匝数关系 可得 根据降压变压器原副线圈电压与匝数关系 可得 因为输电线上有电压损失，故 解得 故B错误； C．用户端并联使用的用电器增多时，则用电器总电阻减小，则降压变压器副线圈总电流增大，则输电线中电流增大，则由 可知输电线上损失的功率增大，故C正确； D．当住户使用的用电器增加时，用户的总电阻变小，降压变压器副线圈的电流增大，输电线路上电流增大，则输电线路损失的电压增大，降压变压器原线圈减小，则用户得到的电压减小，故D正确。 故选CD。 三、解答题 9．发电机路端电压，输出电功率，输电线路的总电阻。先用原、副线圈匝数之比为的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数之比为的降压变压器降压供给用户。 (1)画出发电机给用户供电全过程的电路图； (2)求用户得到的电压和功率。 【答案】(1)见解析 (2)219V，43800W 【详解】（1）发电机供电全过程的线路图如图所示 （2） 用户得到的电压 用户得到的电功率 10．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW，发电机的输出电压U1=250V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线=8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V。已知输电线上损失的功率P线=5kW，假设两个变压器均是理想变压器，求： (1)发电机输出的电流I1； (2)输电线上的电流I线； (3)降压变压器的匝数比n3∶n4。 【答案】(1)400A (2)25A (3)190∶11 【详解】（1）发电机的输出功率P=100kW，发电机的输出电压U1=250V，根据 解得 （2）输电线上损失的功率P线=5kW，根据 解得 （3）根据能量守恒定律有 解得 根据电流匝数关系有 解得 11．用一个小型交流发电机向远处用户供电，其原理如图所示，已知发电机线圈匝数，面积，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感强度。输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户再用降压变压器将电压降低之后供用户使用。已知输电线总电阻，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈匝数比为。用户区标有“”的电动机恰能正常工作，发电机线圈电阻不可忽略。 (1)求输电导线上损耗的电功率； (2)若升压变压器原、副线圈匝数比为，求由图示位置开始计时交流发电机线圈产生的电动势的瞬时值和升压变压器原线圈两端电压。 【答案】(1) (2), 【详解】（1）电动机正常工作 降压变压器有 因此输电导线上损耗的电功率 （2）线圈转动产生电动势瞬时值 降压变压器有 升压变压器输出端电压 升压变压器 得 学科网（北京）股份有限公司 $