主备
教师
任教科目
物理
任教班级
高二
课题
2.7 电能的输送
课型
新课
课时
2
授课
教师
授课
班级
高二（1）班
教
学
目
标
知识
与
技能
1．了解远距离输电的原理
2．理解U输、U线、U用、P输、P线、P用、I输、I线、I用 概念及相互关系。
过程
与
方法
通过动手实验让学生体会对比高压输电与低压输电的区别
情感
态度
价值观
培养学生把所学的物理知识应用到实际中去，深入认识节能环保的重要
教学
重点
(1)理论分析如何减少输电过程的电能损失。
(2)远距离输电的原理。
教学
难点
远距离输电原理图的理解。
突破重、难点的
手段
通过自学、教师讲解、例题分析、实验演示来逐步突破重点、难点、疑点。
教法
与
学法
讲授发 分析法 观察法 探究法
教学手段与媒体
多媒体 实验演示
备课时间： 年 月 日
教 学 过 程
教学活动设计
学生活动设计
（含设计意图）
授课教师
二次备课
教学步骤
1．布置学生进行课前预习，并事先给出预习过程应解决的问题
幻灯显示
①为什么要进行远距离输电？
②输电过程主要考虑什么问题？
③为什么输电过程有电能损失？
④减少电能损失有什么方法，各适用于什么情况？
在学生个别提问相互补充的基础上完整答案如下
①由于电站、电厂利用能源的特殊性，它发出的电常常要输送给距离甚远的用户。
②在输电过程中输送效率的高低成了我们的首要问题，当然是效率越高越好。
③由于输电导线有电阻，且又有电流通过，根据焦耳定律Q＝I2Rt输电过程中必有一部分电能转化为内能，显然这种损耗越小，输送的效率就越高。
④Q＝I2Rt如何减小输电时的Q．
A．t是要确保的，通过减少t来减少Q线是没有意义的。
a．缩短l由于两地距离确定、没有实际意义。
b．增大S 受经济及架设条件限制只限短距离输电采用。
c．减少ρ换用银那么也受经济条件约束，也是不现实的，效果也不明显。若正在研究的超导材料能批量生产且价格便宜，倒是可以采用。
C．减少IQ 与I2成正比因而若输送电功率一定，又因为
所以可采用提高电压来减少电流I输
幻灯显示
例 一小型水电站输出的电功率为20KW，输电线总电阻为5Ω如果发电机输出电压为400V，且直接进行输电，输电导线上损失的电功率为多少？
若改为2000V电压输电，则输电导线上损失电功率又为多少？
用2000V输电时，这所使用升压变压器、降压变压器的原副线圈匝数比为多少？
P线＝I12R＝2500×5W=12500W
P线=I2R2＝100×5W＝500W
教师讲解时要求学生必须画出输电示意图如下
分析U输、U线、U用、P输、P线、P用、I输、I线、I用的关系
I输=I线=I用
U输=U线+U用
P输=P线+P用
从本题的解答中你发现什么？
输电电压提高几倍？输电线上电压损失为原来几倍？输电线上损失的电 能为原来的几倍？
电压提高了5倍，输电线上损失的电压减为原来的1/5电线上的损失，电功率减为原来的1/25
强调①欧姆定律使用时必须注意物理量的对应关系。
那如何将输电电压提高呢？
变压器。
用变压器提高电压输送电能，到达目的地后，必须用降压器使电压降低，以便供给用户。
画出输送示意图下示
升压变压器输入电压用U1输出电压用U2表示，
降压变压器输入电压用U3输出电压用U4表示，
升压变压器输入电流用I1输出电流用I2表示，
降压变压器输入电流用I3输出电流用I4表示，
升压变压器的输入功率P1输出功率用P2表示，
降压变压器的输入功率P3输出功率用P4表示，
若是理想变压器则能得出这些物理量间是什么关系？
升压变压器副线圈输电导线、降压变压器组成一个回路，有以下关系
练习 某发电机的输出电压为U1，用户得到的电压为U2，输电线电阻为R，通过输电线的电流强度为I则输电导线上损失的电功率
A．I2R B．U12/R
C．(U1－U2)I/R D．(U1－U2)2/R
接下来请同学们注意观察演示实验并表达观察所得到的现象。
出示幻灯并向学生介绍电路，然后演示。
甲图中灯泡很暗几乎不亮，而乙图较亮
这说明了什么问题
说明提高输电电压后电能损失减少
从上述分析及实验演示我们知道提高输电电压是进行远距离输电切实可行的办法
评价与
总结
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书
设
计
课
后
反
思
备课组长（教研组长）签名： 时间： 年 月 日
课件56张PPT。
第二章 交变电流学案6 远距离输电
[目标定位]1.理解输电线上电能的损失与哪些因素有关.2.理解减小电能损失的两个途径以及高压输电的原理.3.知道远距离输电的典型电路，并能利用变压器和电路的规律解决实际问题．
一、降低输电损耗的两个途径
[问题设计]
如图1所示，假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中导线电阻集中画为r)，输送功率为P，发电厂输出的电压为U.那么：
图1
(1)远距离大功率输电面临的困难是什么？
(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？降低输电损耗的两个途径是什么？
(3)为什么远距离输电必须用高压呢？
答案 (1)在输电线上有功率损失．
(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．
功率损失表达式：ΔP＝I2r，所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I.
(3)因为发电厂的输出功率P是一定的，由P＝UI得，要减小输电电流I，必须提高输出电压U.
[要点提炼]
输电线上的电压损失和功率损失(设输电线的总电阻为R，电流为I)
1．电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值，即ΔU＝U－U′＝IR.
2．功率损失
(1)远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2R.
(2)若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝，ΔP＝ΔU·I.
3．减小电压、功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻
由R＝ρ可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻．
(2)减小输电电流I
由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流．
[延伸思考] 为什么在用电高峰期家中的白炽灯灯光较暗？
答案 用电高峰期到用户家中的输电线电流I较大，输电线上损失的电压ΔU＝IR较大，用户得到的电压U－ΔU变低，达不到额定电压，因此白炽灯灯光较暗．
二、远距离输电电路中的各种关系
[问题设计]
某发电站向远处送电的示意图如图2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．
升压变压器 降压变压器
图2
(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)每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？
答案 (1)第一个回路：P1＝U1I1
第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR＋P3
第三个回路：P4＝U4I4
(2)若两个变压器为理想变压器，则有：＝、＝、P1＝P2；＝、＝、P3＝P4.
[要点提炼]
远距离输电问题的分析
1．远距离输电的基本原理
在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区通过降压变压器降到所需的电压．
2．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置(参考图2)．
3．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．
4．综合运用下面三方面的知识求解
(1)能量守恒：
P＝U1I1＝U2I2＝P用户＋ΔP
ΔP＝IR
P用户＝U3I3＝U4I4.
(2)电路知识：U2＝ΔU＋U3
ΔU＝I2R.
(3)变压器知识：＝＝
＝＝.
其中ΔP＝IR，ΔU＝I2R往往是解题的切入点．
一、输电线上功率损失的计算
例1 超导材料电阻降为零的温度称为临界温度.1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料，利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V．如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，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．1kW B．1.6×103kW
C．1.6kW D．10kW
答案 A
例2 三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦．
(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？
(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？
(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？
解析 (1)由P＝UI得I＝＝＝2500A
(2)输电线上损失的功率ΔP＝I2·2r＝25002×2×10W＝1.25×108W
损失功率与输出功率之比为＝＝
(3)将电压升高至50万伏时，I′＝＝＝1000A
输电线上损失的功率ΔP′＝I′2·2r＝10002×2×10W＝2×107W
损失功率与输出功率之比为＝＝
答案 (1)2500A (2)1.25×108W
(3)1000A 2×107W
二、远距离输电问题
例3 某小型水电站的电能输送示意图如图3所示，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220V的用电器正常工作，则( )
图3
A.>
B.<
C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
解析 由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，故选项D正确.＝，＝，因为U1＝200VU3＝U2－U线，故>，选项A正确．
答案 AD
例4 发电机的输出电压为220V，输出功率为44kW，输电导线的总电阻为0.2Ω，如果用原、副线圈匝数之比为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，则：
(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将电送到用户，求用户得到的电压和功率．
解析 (1)示意图如图所示
(2)升压变压器的输出电压
U2＝U1＝×220V＝2200V
根据升压变压器输出功率等于输入功率知，升压变压器输出电流为
I2＝＝A＝20A
输电线路上的电压损失和功率损失分别为
UR＝I2R＝20×0.2V＝4V
PR＝IR＝202×0.2W＝80W
降压变压器上的输入电流和输入电压分别为
I3＝I2＝20A
U3＝U2－UR＝2200V－4V＝2196V
降压变压器上的输出电压和输出电流分别为
U4＝U3＝×2196V＝219.6V
I4＝I3＝10×20A＝200A
用户得到的功率为
P4＝I4U4＝200×219.6W＝4.392×104W
(3)若不采用高压输电，用220V低压直接供电时，电路如图所示，则输电电流I＝＝A＝200A，输电线路上的电压损失
UR′＝IR＝200×0.2V＝40V
所以用户得到的电压为
U4′＝U1－UR′＝220V－40V＝180V
用户得到的功率为P4′＝IU4′＝200×180W＝3.6×104W
答案 (1)见解析图 (2)219.6V 4.392×104W
(3)180V 3.6×104W
1．(输电线上功率损失的计算)中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )
A.B. C．2P D．4P
答案 A
解析 在超高压输电中，设输送电功率为P′，输电电压为U，输电线电阻为R，则输电线上损耗的电功率为P＝2R，当输电电压升为原来的2倍时，输电线损耗的电功率变为原来的，故选A.
2．(输电线上电压损失问题)照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的．可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些．这是因为用电高峰时( )
A．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低
B．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小
C．总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大
D．供电线路上电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小
答案 C
解析 照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器越多，总电阻越小，供电线路上的电流越大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，故选C.
3．(远距离输电问题)在如图4所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的总电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( )
图4
A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
答案 CD
解析 发电厂的输出电压不变，升压变压器的输入电压不变，输出电压不变，选项A错误；随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损失的电压(ΔU＝I2R)增大，降压变压器的输入电压减小，降压变压器的输出电压减小，选项B错误；随着发电厂输出功率的增大，输电线中电流增大，输电线上损耗的功率(ΔP＝IR)增大，选项C正确；输电线上损耗的电功率ΔP＝IR＝2R，输电线上损耗的功率占总功率的比例＝P，选项D正确．
4．(远距离输电问题)某小型水电站发电机输出的电功率为100kW，输出电压为250V，现准备向远处输电．所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%.用户获得220V电压，求应选用匝数比分别为多大的升压变压器和降压变压器？
答案 1∶16 190∶11
解析 依题意作出输电示意图如图所示，升压变压器原线圈的电流为I1＝＝A＝400A．当输电线上
损失的电功率为输送电功率的5%时，输电线中的电流为I2，则IR线＝5%P.
所以I2＝＝A＝25A
升压变压器T1的匝数比为＝＝＝.
则U3＝U2－R线·I2＝－R线·I2＝3800V
所以降压变压器T2的匝数比为＝＝＝.
题组一 减小输电损失的途径
1．中央电视台《焦点访谈》多次报导某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有( )
A．提高输送功率
B．增大输送电流
C．提高输电电压
D．减小输电导线的横截面积
答案 C
解析 电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径：一、减小输电导线中的电流，即可提高输电电压；二、减小输电线的电阻，即增大导线的横截面积，故C正确．
2．如图1所示为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是( )
图1
A．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电一定是电压越高越好，所以我们要尽可能地提高输送电压
答案 AB
解析 依据输电原理，电路中的功率损耗ΔP＝I2R线，而R线＝，增大输电导线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减小输电过程中的电能损失，选项A正确；由P输＝UI知，在输送功率P输一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流I越小，则电路中的功率损耗越小，选项B正确；若输电电压一定，输送功率P输越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，选项C错误；因为输电电压越高，对于安全和技术的要求也越高，因此并不是输电电压越高越好，高压输电必须综合考虑各种因素，选项D错误．所以该题正确选项为A、B.
题组二 输电线上功率损失的计算
3．输电线路的总电阻为R，发电站输出功率为P，输电电压为U，则用户得到的功率为( )
A．P B．P－()2·R
C．P－ D．()2·R
答案 B
解析 用户得到功率P得＝P－I2R＝P－()2·R，所以B正确．
4．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，输电线末端的电压为U2，下面选项不能表示输电导线上损耗的功率的是 ( )
A. B.
C．I2R D．I(U1－U2)
答案 A
解析 输电线上功率损耗ΔP＝I2R＝＝I·ΔU，而ΔU＝U1－U2，本题选A.
5．输电导线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )
A．U1∶U2 B．U∶U
C．U∶U D．U2∶U1
答案 C
解析 由P＝UI得输电线中的电流I＝.输电线上损失的功率P损＝I2R＝()2R＝，即在输送功率和输电线电阻不变的情况下，损失的功率与输电电压的平方成反比，所以两次输电线上损失的功率之比P损1∶P损2＝U∶U，选项C正确．
题组三 远距离输电问题
6．如图2所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则( )
图2
A．用户用电器上交流电的频率是100Hz
B．发电机输出交流电的电压有效值是500V
C．输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
答案 D
解析 由u－t图象可知，交流电的周期T＝0.02s，故频率f＝＝50Hz，选项A错误；交流电的电压最大值Um＝500V，故有效值U＝＝250V，选项B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原、副线圈的匝数比决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，副线圈上的电流减小，根据＝，原线圈(输电线)上的电流减小，根据P＝IR得，输电线损失的功率减小，选项D正确．
7．如图3所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I2.则( )
图3
A．用户端的电压为
B．输电线上的电压降为U
C．理想变压器的输入功率为Ir
D．输电线路上损失的电功率为I1U
答案 A
解析 根据理想变压器的工作原理，得I1U1＝I2U2，所以用户端的电压U2＝，选项A正确；输电线上的电压降U′＝I1r＝U－U1，选项B错误；变压器的输入功率P1＝I1U－Ir＝I1U1，选项C错误；输电线路上损失的功率P′＝Ir＝I1(U－U1)，选项D错误．
8．一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电，输电线路总电阻R线＝1kΩ，到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则 ( )
A．T1原、副线圈电流分别为103A和20A
B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V
C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1
D．有5×104盏灯泡(220V、60W)正常发光
答案 AB
解析 根据题意画出输电线路示意图如图所示．
对升压变压器有P1＝U1I1，可知I1＝103 A，由输电线上消耗的功率ΔP＝IR线＝400 kW可知，输电线上电流为I2＝20 A，A项正确；T1的变压比为n1∶n2＝I2∶I1＝1∶50；根据P1＝U2I2得U2＝2×105 V，输电线上电压U线＝I2R线＝20 000 V，则变压器T2的输入电压为U3＝U2－U线＝1.8×105 V，又灯泡正常发光，可知T2的输出电压U4＝220 V，B项正确；T2的变压比为n3∶n4＝U3∶U4＝1.8×105∶220，C项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率U3I3＝60 W·n，解得n＝6×104，D项错误．
9．某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120kW，输出电压是240V，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25，输电线的总电阻为10Ω，用户需要的电压为220V．则：
(1)输电线上损失的电功率为多少？
(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？
答案 (1)4000W (2)
解析 (1)根据理想变压器的变压规律＝得
输电电压U2＝U1＝×240 V＝6 000 V
输电电流I2＝＝ A＝20 A
输电线上损失的功率ΔP＝Ir＝202×10 W＝4 000 W.
(2)输电线上损失的电压
ΔU＝I2r＝20×10 V＝200 V
降压变压器原线圈两端的电压
U3＝U2－ΔU＝6 000 V－200 V＝5 800 V
根据理想变压器的变压规律得：
＝＝＝.
10．发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)．
(1)画出上述输电全过程的线路图；
(2)若发电机的输出功率是100kW，输出电压是250V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
(3)在(2)中条件下若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；
(4)计算降压变压器的输出功率．
答案 (1)见解析图 (2)6250V 16A
(3)15.625Ω 6000V (4)96kW
解析 (1)如图所示
或
(2)对升压变压器，据公式＝，有
U2＝U1＝×250V
＝6250V
I2＝＝＝A＝16A
(3)P损＝IR线，P损＝0.04P1
所以R线＝＝Ω＝15.625Ω
因为ΔU＝U2－U3＝I2R线
所以U3＝U2－I2R线＝(6250－16×15.625) V＝6000V
(4)P4＝P1－P损＝0.96P1＝0.96×100000W＝96000W＝96kW.
