《学霸笔记 同步精讲》第3章 交流电 4.电能的传输（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共35张PPT)
4.电能的传输
第三章
2026
课 标 定 位
1.知道远距离输电时决定电能损耗的因素,了解高压输电的原因。
2.了解交变电流从发电站到用户的输电过程。
3.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。
素 养 阐 释
1.通过对电能输送中电压损失和电能损耗的分析,形成科学思维。
2.通过对远距离输电问题的分析,培养解决实际问题的能力,培养科学态度和推动可持续发展的责任感。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、电能输送中的电压损失和电能损耗
1.电压损失:U损=Ir。
2.功率损耗:P损=I2r。
3.减少电压、功率损失的方法:
(1)减小电阻:由r=ρ 可知,输电距离一定即导线长度l一定时,使用电阻率小的材料,增大导体的横截面积可减小电阻。
(2)提高输送电压:由P=UI可知,当输送功率一定时,提高电压可以减小电流,即采用高压输电。
二、远距离输电系统
1.远距离输电的基本原理:远距离输电的基本电路如图所示。
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压,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。
三、直流输电
1.当前的直流输电,只有高压输电这个环节使用直流。
2.发动机发出的交流电→变压器升压→整流变成高压直流电输送→用户地点附近,逆变器变回交流电→变压器降压→用户。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)由P= 可知,输电电压越小,输电线上的损失就越小。 (　　)
(2)高压输电是通过提高电压,减小输电电流来减少电路发热损耗的。 ( 　　)
(3)远距离输电时,输送电压越高越好。 ( 　　)
(4)使用变压器进行远距离输电,用户得到的电压可以高于发电机输出的电压。 ( 　　)
×
√
×
√
2.在电能的输送过程中,U为输电电压,r为输电线的电阻,则输电线中的电流为I=,对不对 为什么
提示:不对。U为输电电压,而不是加在输电导线上的电压,即U≠Ir,而输电电流可通过求得。
3.“提高输电电压,减小输电电流”是否与欧姆定律相矛盾
提示:不矛盾。欧姆定律I=是对纯电阻元件成立的定律,而“提高输电电压,减小输电电流”是从输电角度,由P=UI,且在P一定的条件下得出的结论,两者没有必然联系。
合作探究·释疑解惑
知识点一
降低输电损耗的两个途径
【问题引领】
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:
(1)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗
(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
提示:(1)不相等,由能量守恒知,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。
(2)由于输电线有电阻,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为电热而损失掉了,这是输电线上功率损失的主要原因。功率损失的表达式为P损=I2r= r。
【归纳提升】
1.对损失电能的分析
任何输电线都有电阻,因此通过输电线向远方输送电能时,电流流过输电线,因输电线有电阻而发热,从而损失电功率。
设输电电流为I,输电线的电阻为r,则输电线上的功率损失P损=I2r。
设输送电功率为P,输电电压为U,输电线的总长度为l,横截面积为S,电阻率为ρ,则输电电流I=,输电线的电阻为r=ρ。
所以输电线上的功率损失可表示为P损=·ρ。
2.对减小功率损失途径的理解
根据P损=I2r可知,减小输电线路上功率损失的方法主要有两种。
(1)减小输电线的电阻r,根据r=ρ
由于输电距离一定,所以在实际中不可能通过减小l来减小r。
①减小电阻率ρ,目前一般用电阻率较小的铜或铝做导线材料。
②增大导线的横截面积S,这要多耗费金属材料,增加成本,同时给输电线的架设施工带来很大的困难。
(2)减小输电电流I,根据I=
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小输送功率的目的。
②提高输电电压U,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,据P损=·r知,输电线路上的功率损失将降为原来的。
根据以上分析知,采用高压输电是减少输电线路上的功率损失最有效、最经济的措施。
【典型例题】
【例题1】 某发电机的输出电压为U,经总电阻为R的输电线向远方用户输送功率为P的电能,则下列说法不正确的是(　　)
D
误区警示
【变式训练1】 超导是当今高科技研究的热点,利用超导材料可实现无损耗输电。现有一直流电路,输电总电阻为0.4 Ω,它提供给用电器的电功率为40 kW,电压为800 V。若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为(　　)
A.1 kW B.1.6×103 kW
C.1.6 kW D.10 kW
A
解析:节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率,I= A=50 A,P线=I2r=502×0.4 W=1 000 W,故节约的电功率为1 kW,A正确。
【问题引领】
知识点二
高压输电线路的分析与计算
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。
(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(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计)。
(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
【归纳提升】
1.输送过程图(如图所示):从
(1)功率关系
P1=P2,P3=P4,P2=ΔP+P3。
(2)电压、电流关系
U2=ΔU+U3,I2=I3=I线。
(3)输电线中电流
I线= 。
2.特别强调:
(1)升压变压器副线圈的电压不等于降压变压器原线圈的电压,输电线上的电压损失ΔU=I线R线,输电线上的功率损耗ΔP=R线。　
(2)计算输电线的电阻时,应注意输电线长度为距离的两倍。
【典型例题】
【例题2】 发电机两端的电压为220 V,输出功率为44 kW,输电导线的总电阻为0.2 Ω,如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压,经输电线后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。
(1)画出全过程的线路示意图。
(2)求用户得到的电压和功率。
(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的电压和功率。
答案:(1)见下图　(2)219.6 V　4.392×104 W　(3)180 V　3.6×104 W
解析:(1)线路示意图如图所示。
(2)由图可知,升压变压器副线圈两端的输出电压U2=U1=2 200 V。据理想变压器P入=P出,则升压变压器副线圈的输出电流I2= A=20 A,输电线上的功率损失和电压损失分别为
P损=R线=202×0.2 W=80 W U损=I2R线=20×0.2 V=4 V
所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为
U3=U2-U损=2 200 V-4 V=2 196 V I3=I2=20 A
降压变压器副线圈的输出电压和电流为
U4=U3=×2 196 V=219.6 V I4=I3=10×20 A=200 A
用户得到的功率为P4=U4I4=219.6×200 W=4.392×104 W。
(3)若直接用220 V低压供电,线路示意图如图所示
则输电电流I'= A=200 A
输电线路上的电压损失
ΔU'=I'R线=200×0.2 V=40 V
所以用户得到的电压
U2'=U1-ΔU'=220 V-40 V=180 V
用户得到的功率为
P'=U2'I'=180×200 W=3.6×104 W。
【变式训练2】 远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器,则下列关系式正确的是(　　)
D
A. B.I2= C.I1U1=R D.I1U1=I2U2
解析:对理想变压器来说,电流与匝数成反比,A项错误。输入功率等于输出功率,D项正确。对输电线中的电流I2=,而U2>U损,所以B项错误。导线消耗的功率为P损=R,I1U1为升压变压器的输入功率,与输出功率相等,即I1U1=I2U2,所以C项错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(输电线上的损耗)关于减小远距离输电线上的功率损耗,下列说法正确的是(　　)
A.由功率P= ,应降低输电电压,增大导线电阻
B.由P=IU,应低电压小电流输电
C.由P=I2R,应减小导线电阻或减小输电电流
D.上述说法均不对
C
2.(远距离高压输电)下图是远距离输电的示意图,下列说法正确的是(　　)
A.a是升压变压器,b是降压变压器
B.a是降压变压器,b是升压变压器
C.a的输出电压等于b的输入电压
D.a的输出电压等于输电线上损耗的电压
A
解析:远距离输电先升压,后降压,选项A正确,选项B错误。由于输电线上有电压损耗,故a的输出电压等于b的输入电压与输电线上损耗的电压之和,选项C、D错误。
3.(高压直流输电)(多选)下列关于远距离高压直流输电的说法正确的是(　　)
A.直流输电系统只在输电环节是直流,而在发电环节和用电环节是交流
B.直流输电系统只在发电环节和用电环节是直流,而在输电环节是交流
C.整流器将交流变直流,逆变器将直流变交流
D.逆变器将交流变直流,整流器将直流变交流
AC
解析:直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成,在整流站通过整流器将交流电变换为直流电,在逆变站利用逆变器将直流电变换为交流电,因此选项A、C正确。
4.(远距离输电的计算)某小型实验水电站输出功率是20 kW,输电线总电阻是6 Ω。(保留四位有效数字)
(1)若采用380 V的电压输电,求输电线损耗的功率。
(2)若改用5 000 V高压输电,用户利用n1∶n2=22∶1的变压器降压,求用户得到的电压。
答案:(1)16.62 kW　(2)226.2 V