3.4 电能的输送（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第三章 交变电流 人教版（2019）选择性必修 第二册 4.电能的输送 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 知道远距离输电由发电站、升压变压器、输电线、降压变压器、用户构成；理解输电线上的电能损耗是电线电阻发热造成；明白输送电能一定时，提高输电电压能够减小线路中的电流，减少输电损耗；理清输电过程里电能的分配关系，能够结合变压器知识分清输电电压、损失电压与用户端电压。 科学思维 构建远距离输电的电路模型，把输电线看成串联的电阻；通过推理对比减少输电损耗的两种方式，理解高压输电方案的优势；理清各物理量之间的制约逻辑：用户负载决定输送的电能，变压器匝数配比调整各级电压；能结合能量守恒、变压器规律分析输电综合问题；辩证认识高压输电受绝缘、建设成本等条件约束，并不是电压越高越好。 科学探究 借助输电模拟装置开展实验，保持输送电能不变，对比低压输电、升压输电两种情景下线路发热、用电器工作的差异；利用控制变量法，探究导线电阻、输电电流对电能损耗的影响；测量各级电压、电流，记录并总结输电损耗的规律；分析模拟实验存在的偏差，理解理想输电模型是对真实电网的简化抽象。 科学态度与责任 了解高压、特高压输电在跨地区调配电能中的用途，感受远距离输电对能源开发利用的重要作用；知晓高压输电的防护标准与用电风险，建立安全用电、节约用电的意识；明白输电工程需要综合考虑节能、造价、技术条件等因素，体会电磁规律推动电力工程发展的价值。 学习目标 输送电能的基本要求 01 教学内容 降低输电损耗的两个途径 02 远距离输电的电路分析 03 电网供电 04 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 知道远距离输电的组成，理解输电损耗的成因，明白高压输电可以减少损耗。 会分析输电过程中各物理量变化，能分析负载改变时输电系统的动态问题。 理清输电系统各量的制约关系；区分输电电压、电压损失与用户电压，综合分析输电问题。 重点难点 课堂导入——观察与思考 我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区 , 而用电量大的城市多在东部沿海地区。 水电站 城市 输电线 从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，我们需要克服什么困难，如何克服？ 01 PART 01 第一部分 输送电能的基本要求 探究新知 7 探究新知——输送电能的基本要求 电能输送要求：可靠、保质、经济 可靠：保证供电线路可靠工作，少出故障 保质：保证电能的质量——电压、频率稳定 经济：输电线路建造和运行费用低，电能损耗少 如何减少电能的损耗？ 02 PART 02 第二部分 降低输电损耗的两个途径 探究新知 9 探究新知——电能损失的原因 设输电电流为 I，输电线的电阻为 r，其示意图如下图： I r 发电站 r为输电线的等效总电阻 U Uˊ 用户 P Pˊ 输电线上的功率损失为P＝I2r。 降低功率损失有哪些途径？ 探究新知——减小输电线的电阻 根据电阻定律， L：输电距离一定  ：选用电阻率小的金属材料 S：适当增大导线的横截面积 采用这两种方式有什么弊端？ （1）减小电阻率：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。（银的电阻率最小，但价格昂贵） （2）适当增大导线的横截面积S，但横截面积S太大要多耗费金属材料，增加成本，同时给架线带来很大困难。 探究新知——减小输电导线中的电流 根据公式， (1)减小输送功率P (2)提高输电电压U 采用这两种方式有什么弊端？ 采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施。 根据ΔU=IR，以上方法也可以同时减小输电线上的电压损失。 (2)提高输电电压U ：由 可知在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输电线上的功率损失降为原来的 倍。 (1)减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。 如何升高电压，这样的电路要如何设计？ 探究新知——典例探究 【例1】(来自鲁科教材)某发电站输出功率P=2 000 kW，用电阻R=20 Ω的输电线向外输送电能。如果用U=10 kV的电压输电，输电线上损失的功率是多少？损失的电压是多少？如果改用U'=100 kV的高压输电，输电线上损失的功率和电压又是多少？ 探究新知——典例探究 【解析】根据P=UI，用U=10 kV的电压输电时的输电电流I== A=200 A 输电线损失的功率P损=I2R=2002×20 W=800 kW 损失的电压U损=IR=200×20 V=4 kV 改用U'=100 kV 高压输电后，输电电流I'== A=20 A 输电线损失的功率P损'=I'2R=202×20 W=8 kW 损失的电压U损'=I'R=20×20 V=400 V。 探究新知——典例探究 【例2】 (2025·洛阳市高二阶段练习)“西电东送”采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的5倍，则输电线路中电阻损耗的功率将减少到原来的 A. B. C. D. 【解析】根据 P=UI可得 I=则输电线路中电阻损耗的功率ΔP=I2R=()2R，输送电压提高到原来的 5 倍，则输电线路中电阻损耗的功率变为原来的。故选A。 03 PART 03 第三部分 远距离输电的电路分析 探究新知 16 探究新知——电能输送的基本模型 1.电能输送的基本模型 升压变压器 降压变压器 低压输电 高压输电 探究新知——输送过程 电路被划分为三个独立的回路，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁。 探究新知——基本关系式 功率关系： 电压关系： 电流关系： I2＝I3＝I线 升压变压器 降压变压器 探究新知——典例探究 【例3】(2025·大连市高二期末)某个小水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的输出电压为250 V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220 V，要求在输电线上损失的功率控制在5 kW(即用户得到的功率为95 kW)，变压器视为理想变压器，求： (1)输电线上通过的电流； (2)升压变压器输出的电压； (3)升压、降压变压器原、副线圈的匝数比。 探究新知——典例探究 【解析】（1）输电线上损失功率ΔP=R，解得I2=25 A （2）升压变压器的输出功率P2=P1=U2I2 解得U2=4×103 V （3）升压变压器===，又U3=U2-I2R 解得U3=3 800 V 降压变压器== 解得=。 探究新知——典例探究 【例3】我国水力资源居世界首位，西部地区水力发电潜力巨大。水力发电的基本原理就是将水流的机械能(主要指重力势能)转化为电能。如图所示，某小型水力发电站水流量Q=5 m3/s(流量是指流体在单位时间内流过某一横截面的体积)，落差h=15 m，发电机(内阻不计)的输出电压U1=500 V，输电线总电阻r=20 Ω，为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器，而在用户处安装降压变压器，其中n3∶n4=450∶11，用户获得的电压U4=220 V，用户消耗的功率P4=450 kW，变压器均视为理想变压器，已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是 A.输电线损失的电压为500 V B.输电线损失的电功率为25 kW C.升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶18 D.机械能转化为电能的效率约为67% 探究新知——典例探究 【解析】根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数关系==，可得U3=9 000 V，理想变压器无能量损失，P3=P4=450 kW，根据P3=U3I2，解得I2=50 A，输电线电阻损失的电压ΔU=I2r=1 000 V，A错误；输电线损失的电功率ΔP=r=50 kW，B错误；输电电压U2=U3+ΔU=10 kV，则升压变压器原、副线圈的匝数比==　，C错误；发电机输出电功率P1=P3+ΔP=500 kW，单位时间内水流的机械功率P0==ρQgh=750 kW，故机械能转化为电能的效率η=×100%≈67%，D正确。 04 PART 04 第三部分 电网供电 探究新知 24 探究新知——一对一供电 10千伏 几百千伏 100千伏左右 10千伏左右 220伏 发电机和变压器∶ 决定电压 用户∶决定功率和电流 缺陷：产能浪费 探究新知——电网供电 优点：合理调度电力，减少断电风险 我国的电网：国家电网和南方电网。 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 课堂小结 一、降低输电损耗的两个途径 1.减小电阻（受条件制约） 2.减小电流（高电压输电，应用广泛） 二、电网供电及远距离高压输电过程的分析与计算 功率关系 P1=P2 P3=P4 电压关系 电流关系 U △U ~ U＇ P r △P 发电厂 P＇ 用电设备 I U1 P1 n1 发电厂 I1 I4 n4 U4 P4 用户 U2 P2 U3 P3 n2 n3 U线 P损 r I3 I2 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 $