第3章 第4节 电能的传输-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步课件（教科版·新教材）

第4节　电能的传输 学习目标 1．了解交变电流从变电站到用户的输电过程。　2.知道远距离输电时输电线上电能的损耗与哪些因素有关，了解高压输电的原理。　3.知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算。 返回导航 内 容 索 引 基础自主梳理 1 1 核心知识 深度探究 2 随堂演练 巩固落实 1 3 基础自主梳理 第一部分 4 电阻 ρ 增大横截面积S 一、电能输送中的电压损失和电能损耗 1．由于导线自身存在电阻，导致输电过程存在电压损失U损，U损＝Ir。 返回导航 (2)减小输电导线中的_________。在保证输送功率不变的前提下，可通过提高输电_________以减小输电电流。 (3)在计算功率损耗时，我们只考虑导线的_________造成的电压损失，在交流输电过程中，由于电感和电容(特别是分布电容)的存在，也要造成电压损失。 电流 电压 电阻 返回导航 二、远距离输电系统 目前世界各国都采用电网供电。大型交流发电机输出的电压经变压器把电压升高到220 kV或更高的超高压，用输电线送到远方。在用电集中的地方，将电压在高压变电所进行两次降压，其中一部分送到需要高压的地方，另一部分送到低压变电所，经配电变压器降至低压(380 V/220 V)，分送给不同的用户使用。 返回导航 三、直流输电 当交流输电功率很大时，电感、电容引起的电压及电能损失很大，同一电网供电的发电机同步运行，技术上存在困难等，所以有些大功率输电线路开始采用直流输电。 返回导航 深化辨析 判断下列说法是否正确 × √ √ √ × × 返回导航 核心知识 深度探究 第二部分 10 知识点一　降低输电损耗的两个途径 物理情境探究 情境探究1 如图所示，假定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，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r)。那么： 返回导航 (1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？ [提示]　不相等，由能量守恒定律知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和。 返回导航 (2)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？降低功率损耗有哪些途径？ 返回导航 返回导航 返回导航 4．注意：交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看作纯电阻电路，不再考虑感抗和容抗对交流电路的影响。 返回导航 例1　 典型例题共研 [答案]　见解析 返回导航 例2　 AD 返回导航 返回导航 　 例3　 C 返回导航 返回导航 返回导航 知识点二　对远距离输电电路的分析 物理情境探究 情境探究2 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，在这个电路中包括三个回路。 返回导航 (1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(n1、n2、n3、n4，线圈的电阻和发电机内阻均忽略不计)。 返回导航 (2)若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？ 返回导航 1．远距离输电过程示意图   回路1：P1＝U1I1 回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR线＋P3，I2＝I3＝I线 回路3：P4＝U4I4 返回导航 2．对高压输电中几个电压的理解 (1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。 (2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。 (3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值(U线＝U2－U3＝I2R线)，形成的原因是输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。 返回导航 返回导航 例3　(2026·江苏南通市期中)某同学借助如图所示的电路，探究电网输电的规律。电路中升压变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源，变压器均可视为理想变压器，电表均可视为理想电表，则下列说法正确的是(　　) A．仅将P1向上调，电压表示数会减小 B．仅将P1向上调，电流表示数会增大 C.若用户增多，电网负荷增大，要想用电器正常工作，应将P2向下调 D．演示“夜深了，灯更亮了”，应将变阻器R的滑片向上调，电流表示数减小而电压表示数不变 典型例题共研 A 返回导航 返回导航 若用户增多，电网负荷增大，由于用户是并联关系，则R等减小，结合上述可知，I3增大，R0分担电压增大，则U3减小，U4减小，要想用电器正常工作，应使降压变压器副线圈匝数增大，即应将P2向上调，故C错误； 演示“夜深了，灯更亮了”，即用户减少，用户端电压U4增大，若变阻器R的滑片向上调，则变阻器R接入电阻增大，结合上述可知，等效电阻R等增大，则I3减小，即电流表示数减小，R0分担电压减小，则U3增大，U4增大，即电压表示数增大，故D错误。 返回导航 例5　 返回导航 (1)输电线上损失的功率增加了多少； 则输电线上损失的功率P损1＝IR＝1 000 W P损2＝(I2＋ΔI)2R＝1 440 W 可得输电线上损失的功率增加了ΔP损＝P损2－P损1＝440 W。 [答案]　 440 W 返回导航 (2)此时用户端获得的电压为多少(结果保留1位小数)。 [答案]　219.6 V 返回导航 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) 返回导航 题后小结 第三部分 随堂演练 巩固落实 36 A 1．(降低输电损耗的两个途径)为了保证东部地区用电，国家采取运煤和输电两个策略。运煤1 000 km费用是购煤费用的70%(相当于输电损耗42%)，而用5.0×105 V高压输电，输电损耗却高达90%。在输电功率不变的情况下，为了使1 000 km距离的输电效率与运煤时相当，需要将输送电压提升到大约(　　) A．7.5×105 V B．1.0×106 V C．1.25×106 V D．1.5×106 V 返回导航 返回导航 D 返回导航 返回导航 3．(远距离输电问题)(2026·河南驻马店市期末)现有一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路为某场馆1万个额定电压为220 V、额定功率为22 W的LED灯供电。当发电机输出如图乙所示的电压时，该场馆的LED灯全部可以正常工作。已知输电导线损失的功率为该场馆获得总功率的4%，输电导线的等效电阻R＝22 Ω。 返回导航 (1)求风力发电机的转速。 答案：50 r/s　 返回导航 (2)求降压变压器原、副线圈匝数比。 答案：50∶1 返回导航 (3)求升压变压器原、副线圈匝数比。 答案：1∶52 返回导航 2．输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线。 3．功率损失与输电电压的关系 如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的。 以下是一段关于输电线损失功率的推导。将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率。设输电电压为U，则功率损失为P损＝UI①，而U＝IR②，将②式代入①式，得到P损＝③，由③式可知，要减小功率损失P损，就应当用低压送电和增大输电线的电阻R。这段推导错在哪里？ [解析]　若采用550 kV的超高压输电，输电线上的功率损耗ΔP＝·r，输电线路损失的电压ΔU＝·r，若改用1 100 kV的特高压输电，同理有ΔP′＝·r，ΔU′＝·r，可得ΔP′＝，ΔU′＝，故B、C错误，A、D正确。 [解析]　对升压变压器有＝，将P1向上调，n1增大，则U2减小，将降压变压器与负载等效为一个电阻，则有R等＝＝＝·＝R，输电过程有I3＝，可知I3减小，即电流表示数会减小，根据U3＝I3R等，可知U3减小，根据电压与匝数关系可知，U4减小，即电压表示数会减小，故A正确，B错误； $