3.4 电能的输送 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“电能的输送”，涵盖输电损耗成因、减小损耗途径、高压输电流程及电网与直流输电。以“西电东送”工程图片导入，结合交变电流与变压器知识，搭建从已知到未知的学习支架。 特色在于以核心素养为导向，通过推导损耗公式培养科学思维，对比方案发展优化能力，结合我国特高压技术渗透科学态度与责任。定量计算与概念辨析突破难点，助力学生深化物理观念，为教师提供清晰教学路径与高效反馈策略。

教学设计 课程名称 电能的输送 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）选择性必修第二册 课题：第三章　交变电流　第4节　电能的输送 知识点描述 输电损耗：输电线本身有电阻，电流通过时会产生电压损失和功率损失，这两部分损耗都是不可避免但又必须尽量减小的。 减小损耗的途径：在输送的电功率一定的条件下，由得，代入得。可见提高输电电压能显著减小输电线上的功率损失。 高压输电的过程：发电站发出的电先用升压变压器升压到几百千伏，经输电线路送到用电区，再用降压变压器逐级降压，最后送给用户使用。 电网供电：把许多电厂和用户通过输电线、变电站连成输电网，可以降低一次能源的运输成本、减小断电风险、调剂不同地区电力供需的平衡，提高供电的可靠性和质量。 直流输电：为了减小输电线路上的感抗和容抗带来的损耗，在输电环节可以采用直流输电，即在送电端把交流“整流”为直流，在用户端再“逆变”为交流。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.理解远距离输电中电压损失和功率损失的成因，形成“能量在输送过程中必然有损耗”的能量观念。 2.理解提高输电电压可以减小功率损失的定量关系，知道高压输电的基本流程。 二、科学思维 1.经历由到的推导过程，体会用“控制变量、寻找最有效途径”的方法处理工程问题。 2.能对“提高电压”“增大导线横截面积”等方案进行比较评价，发展优化与决策的能力。 三、科学探究 1.能结合输电电路图指出各部分装置的名称与作用，提出“怎样减少输电线上的损耗”的可探究问题。 2.能通过计算比较不同输电电压下的功率损失，用数据支持自己的结论。 四、科学态度与责任 1.通过我国特高压输电技术的发展成就，体会物理学对国家能源安全和科技发展的贡献。 2.在讨论输电方案时形成节约能源、保护环境的意识与责任感。 教学重点 输电线上的电压损失和功率损失；由理解高压输电的原理。 教学难点 区分“输电线上的电压损失”与“输电电压”；理解中提高电压能显著减小功率损失的原因；含升压、降压变压器电路的定量计算。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·选择性必修第二册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：本节是交变电流与变压器的综合应用，学生已掌握变压器规律，但对“输电电压”与“线路电压损失”容易混淆。 设计主线：提出输电损耗问题→推导损耗公式→寻找减小损耗的途径→认识高压输电与电网→了解直流输电，全程40分钟。 难点突破：先写出，再追问“在输送功率一定的条件下电流与电压是什么关系”，由代入得到，让学生看到“电压平方”的来源；同时把输电电压与线路损失电压清楚地区分开。 反馈矫正：用“把输电电压提高到原来的 10 倍，输电线上的功率损失变为原来的几分之几”与“把导线横截面积增大到原来的 2 倍，损失变为原来的几分之几”两问对比，检验学生的理解。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】展示我国特高压输电的工程图片：西部的水电、火电要送到几千千米以外的东部城市，输电线上的电流很大，导线会发热。 【设问】发电厂发出的电能，怎样才能既送得远、又损耗得少？输电线上损失的电功率与哪些因素有关？ 用真实的“西电东送”工程需求引入，让本节的学习带有明确的工程背景，也为后续的优化讨论提供情境。 二、新课教学（一） （约13分钟） 1.电压损失：输电线本身有电阻，电流通过时产生电压损失，用户端的电压比发电端低。 2.功率损失：输电线上损失的功率，这部分电能转化为内能，白白消耗掉了。 3.推导变换：在输送功率一定的条件下，，代入得。 4.方案比较：要减小，可以减小（增大导线横截面积或减小长度）或减小（提高输电电压）。但导线越粗成本越高、架设越困难，因此最有效的办法是提高输电电压。 5.定量结论：输送功率一定时，与成反比。把输电电压提高到原来的 10 倍，功率损失将减小到原来的 1/100。 不是直接给出“高压输电”的结论，而是让学生亲自比较各种方案的代价，从而体会到提高电压是工程上最优的选择。 三、新课教学（二） （约13分钟） 1. 输电电路：发电机→升压变压器→输电线→降压变压器→用户，这是远距离输电的基本结构（图3.4-1）。 图3.4-1 输电电路图 2. 升压与降压：升压变压器把电压升到几百千伏以减小输电电流，降压变压器再把电压逐级降到用户需要的数值，最后一路降到 220 V／380 V 送给用户（图3.4-2）。 图3.4-2 输电过程示意图 3.计算思路：把输电线路两端分别看成两个变压器的副、原线圈，用、、把发电端与用户端联系起来。 4.电网供电：把许多电厂和广大用户通过输电线、变电站连成电网，可以降低一次能源的运输成本、减小断电风险、调剂不同地区电力供需的平衡。 5.直流输电：长距离输电时线路上的电感和电容也会造成损耗，因此在输电环节可采用直流输电——送电端整流、用户端逆变（图3.4-3）。 图3.4-3 现代直流输电示意图 以“升压—输送—降压”为主线把变压器与输电损耗的公式结合起来，再用特高压直流输电进行拓展，让学生看到技术不断优化的过程。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.公式运用：某输电线路输送的电功率为 kW，输电电压为 10 kV，导线总电阻为 5 Ω，求输电线上的电流和损失的功率。 【答】输电线上的电流 A，损失的功率 W = W，即 12.5 kW。 2.方案比较：若把上题的输电电压提高到 100 kV，输送功率不变，输电线上的功率损失变为多少？是原来的几分之几？ 【答】电压提高到 100 kV 后， A，损失的功率 W = W，是原来的 。 3.概念辨析：输电电压与输电线上的电压损失是一回事吗？请说明它们的关系。 【答】不是一回事。输电电压是输电线始端（升压变压器副线圈两端）的电压 ，而电压损失是电流通过输电线的电阻时损失的电压 。在远距离输电中 通常远小于输电电压。 4.综合计算：某发电站的输出电压为 500 V、输出功率为 kW，经升压变压器升压后远距离输送，输电线的总电阻为 10 Ω，若要求输电线上的功率损失不超过输送功率的 2%，输电电压至少应为多少？ 【答】要求 W，由 得 A；再由 得 V，即输电电压至少约为 7.1 kV。 四道题由直接套用公式到方案比较再到综合计算，其中第3题针对“电压损失与输电电压”这一易混点，第4题是本节知识的高阶综合运用。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：电压损失与功率损失→在一定时→提高输电电压→升压变压器与降压变压器→电网与直流输电。 2.方法提炼：远距离输电的计算按“功率→电流→线路损失”的顺序进行，注意区分输电电压与线路电压损失这两个不同的量。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～4题。 以“两个损失、一个公式、两个变压器”小结本节，并要求学生用自己的话解释“为什么提高电压能大幅度减小损耗”。 课堂作业（典型题3道） 题1．为了保护埋在学校地下的输电线不被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．如图所示，某校兴趣小组研究了两种方案：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电线输送的电流较大且为交流电，你认为以下各位同学的证据与解释最合理的是（    ）．      A．黄同学认为乙方案可以节省钢材，一定是最佳方案 B．陈同学认为乙方案无法规避导线之间的相互作用力，只能选择甲方案 C．陆同学认为甲方案中一定会产生涡流，乙方案可大幅减小涡流，所以应该选择乙方案 D．沈同学认为远距离输电应该尽可能选择直流电，因为直流电不存在涡流等不利因素 题2．（多选）如图所示为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数分别为，降压变压器原、副线圈匝数分别为，输电线上的电阻等效为，输电线上的损失的电压为，发电站输出的电压恒定。则下列说法中正确的是（　　） A．如果只增加用户用电器数量，将保持不变 B．如果只增加输电线电阻，用户用电功率将减小 C．如果只增加，输电线上损失的功率将减小 D．如果只增加，发电机的输出功率将增大 题3．（多选）2020年9月，中国发布“双碳战略”，计划到2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。碳排放问题的治本之策是转变能源发展方式，加快推进清洁替代和电能替代，一座小型水电站向山下村镇供电的示意图如图所示，升压变压器与降压变压器都是理想变压器。已知发电机输出电压V，两个变压器的匝数比，，输电线电阻，发电机输出功率。则下列说法正确的（　　）    A．输电线上损失的电压为800V B．用户得到的电压为200V C．输电线上损失的功率为32kW D．深夜，用户的用电器减少时输电线上损失的功率将变大 参考答案 题1．C ABC．若甲图中通交流电，由于正弦变化的电场产生余弦变化的磁场，而余弦变化的磁场又产生正弦变化的电场，则每根钢管中都产生涡流电流，导致能源损耗较大，若乙图通交流电，由于两根导线一根是火线，一根是零线，它们的电流方向是相反的，故互相排斥，工程上可以将其放入一根管内做好绝缘隔离，故AB错误，C正确；D．若甲乙两图通直流电流，则都产生恒定的磁场，恒定的磁场不产生电场，因此不产生涡流，没有能量损耗，故若通恒定电流甲乙两方案均可，但是远距离输电必须要采用高压输电，从而减小导线上的功率损失，不可能选择直流电，故D错误；故选C。 题2．BCD A．若只增加用户用电器数量，则降压变压器副线圈电路总电阻增大，通过降压变压器副线圈的电流I4增大，根据其中则输电电流增大，输电线上损耗的电压R线可知增大，故A错误；B．如果只增加输电线电阻，输电线上损失的功率用户得到的功率可见，用户用电功率将减小，故B正确；C．如果只增加，根据可知增大，根据可知减小，所以输电线上损失的功率将减小，故C正确；D．如果只增加，根据则用户端电压增大，输出功率增大，由能量守恒知发电机的输出功率将增大，故D正确。故选BCD。 题3．AC A．升压变压器的输入电流为根据则有升压变压器的输出电流为输电线上损失的电压为故A正确；B．由题可知，发电机输出电压=250V，根据电压比与匝数比的关系则可求，升压变压器的输出电压为分析电路可知降压变压器的输入电压为根据可求用户得到的电压为＝220V故B错误；C．输电线上损失的功率为电阻R的发热功率，即故C正确；D．深夜用户的用电器减少，则降压变压器的输入功率减小，输入电流减小，输电线上损失的功率减小，故D错误。故选AC。 教学反思 1.“输电电压”与“输电线上的电压损失”是两个不同的量，学生极易混用，应通过具体数值的计算加以澄清。 2.与成反比这一结论只有在输送功率一定的条件下才成立，条件不能省略。 3.本节内容与我国特高压输电技术联系紧密，适当补充工程背景有助于激发学生的学习兴趣和责任感。 8 学科网（北京）股份有限公司 $