高中物理3-2 高压输电

1．为什么要采用高压输电(2)降低两种损失的途径——高压输电输送电功率不变的前提下提高输电电压，会减小输电电流，从而减小导线上的电功率损失和电压损失。

在电能的输送过程中，U 为输电电压，r 为输电线电阻，则输电线中电流为I ＝Ur ，这种说法对吗？解析：不对。

U 为输电电压，而不是加在输电导线上的电压。

2．高压交流输电 (1)基本环节发电厂(站)―→高压输电线路―→用户 (2)电路原理图 如图所示。

3．高压直流输电(1)组成部分主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。

(2)原理图如图所示。

(3)主要用途主要用于远距离大功率输电、联系不同频率或相同频率但非同步运行的交流系统等。

1．高压直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗(√)2．家庭照明线路的电线线芯通常是铜或铝(√)3．采用高压输电的优点是可加快输电的速度(×)解析：1.稳定的直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗，1正确。

2．为了减小导线上的功率损失，家庭照明电路应选用电阻率小的材料，2正确。

3．高压输电可减少输电线上的能量损失，与输电速度无关，3错误。

1．输电线上的电功率损失(1)原因：输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失。

(2)计算式：①P线＝I2R线，②P线＝IU线，③P线＝U2线R线。

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．电压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＝I 2R 线＝P2U 2R 线，因此输电电压若提高到nU ，则P 损将减为原来的1n 2。

[典例1] 某变电站用220 V 的电压输电，导线上损失的功率为输送功率的20%。

若要使导线上损失的功率降为输送功率的5%，则输电电压应为多少？[思路探究](1)明确两次输送功率相同。

(2)理解输送电压220 V ，不是导线两端的电压。

2019-2020年高中物理《高压输电的原理》教案沪科版选修3-2［课时安排］1课时［教学目标］：（一）知识与技能1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。

2．知道降低输电损耗的两个途径。

3．了解电网供电的优点和意义。

（二）过程与方法通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力（三）情感、态度与价值观1．培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。

2．介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。

［教学重点］找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。

［教学难点］：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。

［教学器材］：投影仪、投影片［教学方法］：自学讨论法、阅读法、讲解法。

［教学过程］（一）引入新课师：人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题（屏幕上打出）。

（二）进行新课1．降低输电损耗的两个途径问题1：输送电能的基本要求是什么？问题2：远距离大功率输电面临的困难是什么？问题3：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？问题4：如何减小输电线的电阻呢？问题5：如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材49页“思考与讨论”中的问题。

问题6：以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。

问题7：大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？问题8：投影片展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。

如下图所示。

设发电机的输出功率为P ，则功率损失为ΔP =I 22R用户得到的功率为P 用=P -ΔP .输电线路上的电压损失为：ΔU =I 2R ，则U 3=U 2-ΔU .问题9：目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？ 问题10：是不是输电电压越高越好？为什么？ 问题11：采用电网供电的优点是什么？2．高压交流输电 高压输电的优点【例1】远距离输送交变电流都采用高压输电。

电能的输送【核心素养】通过《电能的输送》的学习过程，培养学生主动探究、发现问题、解决问题；教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯。

【教学目标】1.知道为什么要远距离输电、“便于远距离输送”是电能的优点之一，掌握高压输电的过程。

2.掌握降低输电损耗的两个途径。

3.了解电网供电的优点和意义。

【教学重点难点】1.输电线上电压损失与功率损失产生的原因及如何减少两种损耗。

2.高压输电电路图画法及电路图中三个回路的电压、电流、功率的关系。

【教学方法】讲授法、演示实验法、分组讨论法、PPT 展示。

【教学过程】一．复习第四节重要知识点（采用提问全班学生的形式来复习，同时在PPT 上展示复习的知识点）1.变压器的工作原理：利用电磁感应把原线圈的电能传输给副线圈，副线圈把电能传递给负载。

2.理想变压器的基本规律：电压关系： 电流关系： 功率关系： 3.变压器的结构示意图和电路中的画法。

2121n n U U =1221n n I I =21P P =二．为什么要远距离输电？通过PPT展示核心城市“北京”、“上海”、“广州”、“香港”四幅美丽的夜景图。

（一）师生互动环节教师：如此美丽的夜景，如果没有电，还能看到这些美景吗？学生回答：不能教师：电从哪里来？学生回答：发电厂教师：怎么样把电能送过来？学生回答：用两根导线连接发电厂和用户即可把电能输送过来教师：我们国家著名的发电厂有哪些？”（二）教师通过PPT讲授用PPT展示“秦山核电站”、“内蒙古准格尔热电厂”、“三峡水电站”、“达板城风力发电站”，用PPT把发电厂和核心城市的位置标在国家地图上，学生会发现两个位置相距甚远，故需要远距离输电。

三．输送电能有哪些基本要求？（采用边提问学生边解释、总结的方式来完成）可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。

保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。

经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。

四．降低输电损耗的两个途径。

高中物理选修3-2第14讲电能的输送一、输电电路的基本分析1、如图所示，发电站的输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P′，电压为U′，则输电电流为I=PU =U−U′R线=U线R线。

2、输电导线损失的电压：U线=U−U′=IR线。

3、输电导线上损失的电功率∆P=P−P′=I2R线=(PU )2R线=(U线)2R线。

4、减少电能损失的基本途径：根据公式∆P=I2R线=(PU )2R线。

可知有两个基本途径：①减小输电线电阻，如加大输电导线的横截面积，采用电阻率小的材料等；②高压输电，在输送功率一定的条件下，提高电压，减小输送电流。

二、远距离高压输电问题的分析1、远距离高压输电的几个基本关系（如图所示）（1）功率关系P1=P2，P3=P4，P2=P线+P3（2）电压、电流关系U1 U2=n1n2=I2I1，U3U4=n3n4=I4I3；U2=U线+U3，I2=I3=I线（3）输电电流：I线=P2U2=P3U3=U2−U3R线（4）输电导线上损失的电功率P线=U线I线=I线2R线=(P2U2)2R线2、关于远距离输电问题的处理思路常见问题有两类：①发电机→升压→输电线→降压→用电器的顺序分析或按用电器到发电机的顺序分析；②从中间突破，即由输电线上的功率损失求出输电线上的电流，也就是流过升压变压器副线圈和降压变压器原线圈的电流，再由理想变压器的工作原理推断发电和用电的问题。

三、理清三个回路如图所示，为远距离输电的简化电路原理图，可划分为以下三个回路。

1、回路1：由发电机和输电线路的升压变压器的原线圈1组成，称为发电机电路（或输入电路）。

在这个电路中，发电机使电源，线圈1相当于用电器，导线的直流电阻可以忽略。

通过线圈1中的电流I1等于发电机中的电流I机，线圈1两端的电压U1等于发电机两端的电压U机，线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P 机，即I1=I机，U1=U机，P1=P机。

2、回路2：由输电线路的升压变压器的副线圈2和降压变压器的原线圈3组成，称为输送电路。

5 电能的输送-人教版选修3-2教案一、教学目标1.理解电能输送的重要性和实现的原理。

2.了解高压输电的优点。

3.掌握高压输电的基本原理和电力线的构造。

4.会应用欧姆定律、功率公式、电流时延等知识，计算电力线的电阻、电压、电流和功率等物理量。

二、教学重难点1.掌握高压输电的基本原理。

2.掌握电力线的构造和其物理量的计算。

3.了解高压输电的优点。

三、教学过程3.1 导入环节出示高压电线塔的图片并让学生阐述电线塔的作用，培养学生对高压输电的认知，并通过情景化引导学生，让学生先感性理解高压输电的必要性。

3.2 呈现问题、引出话题引导学生思考：在远距离输电的时候，我们应该需要怎样的办法？引导学生思考：输送电能的过程中有那些问题。

通过问题引出话题，引导学生认识高压输电与探究的重要性。

3.3 知识讲解1.高压输电的优点对比低压输电，高压输电具有如下优点：（1）输送远距离的电能损耗小：电阻的损耗与电流平方成正比，而电流的大小则与电压成反比。

因此，远距离输电时，采用高压输电，可以使电流变小，从而减小电阻损耗，节省能源。

（2）降低电力线数量：采用高压输电，可以把电送到更远的地方，一个变电站可以提供大量的电，降低了电力线的数量，减轻了环境的污染。

（3）抵抗电力波不稳定：在许多地区，电能的需求量是变化的，采用高压输电可以有效地平抑电力波动，保证电能的稳定输送。

2.电力线的构造电力线由电线、支架、导线绝缘子、钢丝绳和附件等组成。

其中，导线绝缘子的主要作用是将导线和支架隔离开来，同时起到较强的支撑作用。

3.电力线的电阻、电压、电流和功率等物理量的计算（1）电阻：通过电线的材质、长度、直径等计算。

（2）电压：电线输电时，单独一条导线会有电势降，因此计算其电势差。

（3）电流：根据欧姆定律，可以计算出电流大小。

（4）功率：通过功率公式可以计算电力线的功率。

3.4 实验环节1.制作数字电路实验板，进行实验，考察学生对电流时延的掌握。

5 电能的输送高高的输电铁塔上醒目地写道：“高压危险！切勿靠近！”可是在那上万伏甚至几十万伏的高压裸导线上，却常常站着一只又一只的鸟。

如图所示，无视禁令，毫不在乎，也丝毫没有触电的征兆，这是为什么？难道鸟儿有什么“特异功能”吗？提示：鸟儿的两只爪子是站在同一根导线上的，尽管输电电压高达上万伏，但鸟儿两爪间的电压很小，流过鸟儿身体的电流很微弱，因此鸟儿不会触电。

可以设想，如果鸟的两爪分别站在这两根输电线上，鸟同样会触电身亡的。

1．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻。

(2)减小输电导线中的电流。

2．电网供电(1)远距离输电基本原理：在发电站内用________变压器______，然后进行远距离输电，在用电区域通过______变压器降到所需的电压。

(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。

(3)电网输电的优点①降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。

②减少______的风险，调剂不同地区________的平衡，保障供电的质量。

③合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。

答案：2．(1)升压升压降压(3)断电电力供需1．为什么说采用高压输电是减小输电线中功率损失的最佳途径(1)减小输电线电阻的局限性由电阻定律R ＝ρ·LS 知，在输电线长度不能减小情况下，可以用电阻率ρ小的金属材料，像铜、铝等，金、银等贵重金属作输电导线就不现实了。

还可以增大导线的横截面积，但这又会耗费太多的金属材料，而且输电线太粗太重也给铺设工作带来困难。

(2)高压输电的优越性由P ＝UI 知，在输送功率一定、输电线电阻一定的情况下，输电电压提高到原来的n 倍，根据P 损＝(P U )2·R 可知，输电线上的功率损失将降为原来的1n 2，而提高输电电压可以由升压变压器轻松实现。

所以，采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效的途径。

保证电能的质量——电压和频率稳定。

第20讲 远距离输电问题的处理思路及基本关系1．远距离输电的处理思路对高压输电问题，正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量．按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析．2．远距离高压输电的几个基本关系(以图1为例)图1(1)功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3.(2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3，U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线． (3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线. (4)输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线·ΔU ＝I 2线R 线＝(P 2U 2)2R 线． 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的1n 2.对点例题 发电机输出功率为100 kW ，输出电压是250 V ，用户需要的电压是220 V ，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1)画出此输电线路的示意图；(2)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(3)用户得到的电功率是多少？解题指导 (1)输电线路的示意图如图所示，(2)输电线损耗的功率P 线＝100×4% kW ＝4 kW ，又P 线＝I 22R 线所以输电线电流I 2＝I 3＝ P 线R 线＝20 A 原线圈中输入电流I 1＝P U 1＝100 000250A ＝400 A 所以n 1n 2＝I 2I 1＝20400＝120这样U 2＝U 1n 2n 1＝250×20 V ＝5 000 V U 3＝U 2－U 线＝5 000－20×10 V ＝4 800 V所以n 3n 4＝U 3U 4＝4 800220＝24011(3) 用户得到的电功率P 出＝100×96% kW ＝96 kW答案 (1)见解题指导图 (2)1∶20 240∶11(3)96 kW如图2是远距离输电的示意图，交流发电机E 的输出电压经升压变压器升压后，由电阻为R 的输电线向远方输电，到达用户端时再用降压变压器降压供用户使用，设变压器均为理想变压器，则下列说法正确的是 ( )图2A ．降压变压器与用户负载连接的总开关S 断开后，输电线上的功率损失为零B ．降压变压器与用户负载连接的总开关S 断开后，线路上的电压损失达最大C ．S 闭合，用户的用电器增多时，输电线上的功率损失增大D ．S 闭合，用户的用电器增多时，用户得到的电压降低答案 ACD 解析 远距离输电示意图如下(1)从图中可看出功率之间的关系是：P 1＝P 1′，P 2＝P 2′，P 1′＝P r ＋P 2(2)电压之间的关系是：U 1U 1′＝n 1n 1′，U 2U 2′＝n 2n 2′，U 1′＝U r ＋U 2；(3)电流之间的关系是：I 1I 1′＝n 1′n 1，I 2I 2′＝n 2′n 2，I 1′＝I r ＝I 2. 无负载时，无电流输出，输电线路上的电流为0，电压损失为零，故功率损失为零，所以A 正确，B 错误；当用户用电器增多即负载功率变大时，需要的输入功率变大，故输电线上的电流变大，输电线上的电压降变大，故输电线上的功率损失增大，用户得到的电压降低，所以C 、D 均正确．。

5.5电能的输送基础梳理1．输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障。

(2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。

(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。

2．降低输电损耗的两个途径输电线上的功率损失ΔP ＝I 2R 线，I 为输电电流，R 线为输电线的电阻。

(1)减小输电线的电阻在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积。

(2)减小输电导线中的电流为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。

要点精讲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 ，输电线电阻为R ，则输电线上的功率损失P 损＝I 2R 。

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 ＝P U ，输电线的电阻为R ＝ρL S。

所以输电线上的功率损失可表示为P 损＝(P U )2·ρL S。

2．对减小功率损失途径的理解根据P 损＝I 2R 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 ＝ρL S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带来很大的困难。

(2)减小输电电流I ，根据I ＝P U①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功率损失的目的。

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＝(P U )2·R 知，输电线路上的功率损失将降为原来的1n 2。

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。

D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流
【解析】在输出功率一定时，由P＝UI知，当U增大时，I减小，输电导线损耗的功率P损＝I2R将变小．
【答案】B
3．电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律(有关感应电动势大小的规律)、安培定律(磁场对电流作用的规律)都是一些重要的规律．如图为远距离输电系统的示意图(设用户的电器是电动机)，下列选项中正确的是( )
图3­1­2
A．发电机能发电的主要原理是库仑定律
变压器能变压的主要原理是欧姆定律
电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律
B．发电机能发电的主要原理是安培定律
变压器能变压的主要原理是欧姆定律
电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律
C．发电机能发电的主要原理是欧姆定律
变压器能变压的主要原理是库仑定律
电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律
D．发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律
变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律电动机通电后能转动起来的主要原理是安培定律。