高二物理鲁科版选修3-2 4.3电能的远距离传输 教案

电能的远距离传输【教学目标】一、知识与技能1、知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，2、通过探究理解降低这两种损失的方法。

3、通过探究理解远距离高压输电电路的构造，4、理解并会计算输电系统的输电电压、输电电流、功率损耗、电压损耗。

5、了解电网供电的优点和输电的新技术。

二、过程与方法1、通过阅读、思考与讨论，提高学生分析解决实际问题的能力。

2、通过理论探究、学生实验验证、演示实验验证相结合，引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，培养学生的科学研究方法。

三、情感态度与价值观1、通过实验探究引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定的成就感。

2、体会物理知识在生产、生活中的巨大作用，激发学生学好知识投身祖国建设的热情。

【教学重点难点】学习重点：通过探究理解远距离高压输电电路的构造，输电线上电能损失的计算。

学习难点：理解并会计算高压输电的输电电压、输电电流、功率损耗、电压损耗。

【教学流程】【教学过程】一、探究一：输电线的电阻对远距离输电的影响现实生活中，发电站往往距离电力用户很远，这样就导致了远距离输电的问题。

输电时，由于输电距离很远使得导线上存在不可忽略的电阻，电阻的电流热效应导致电能损耗，造成了能源的浪费。

请据下图填空：①输电电流: I= P/U；②电压损耗: △U = IR ； ③功率损耗: △P = I 2R ；分组实验一：体验输电线的电阻对远距离输电的影响 器材：学生低压交流电源（4V ），滑动电阻器（最大50Ω），小灯泡（额定电压4V ），导线若干要求：请使用以上器材模拟上图中的远距离输电电路，以滑动电阻器（最大50Ω）作为输电线的电阻，以小灯泡作为用电设备。

电路图：观察：1）改变滑动电阻器的阻值（相当于加大输电线长度，即增加输电线的电阻），观察小灯泡的亮度变化。

2）注意记住滑动变阻器的有效阻值大概为多少时小灯泡就不亮了，并和后面的实验二进行对比现象： 结论： 演示实验一和学生分组实验一实物图二、探究二：减少远距离输电损耗的方法1、远距离输电电路的两种损耗：⑴功率损耗：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。

第3节电能的远距离传输
1.了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的原因．
2.理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点．
3.掌握远距离输电的典型电路，并能利用电路知识、变压器规律等解决问题．
[学生用书P53])
一、为什么要采用高压输电
1．电功率损失和电压损失
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，会减小电流，从而减小导线上的电功率损失和电压损失．
1．高压输电是否电压越高越好？
提示：电压升高，会导致对空气放电，这就对导线的绝缘性能提出了更高的要求．另外高压送电对变压器也提出了更高的要求．因此输电电压也不是越高越好．在实际输电过程中输电电压要根据输送功率的大小、距离的远近、技术和经济各方面因素综合考虑．
二、高压输电
1．高压交流输电
(1)基本环节
(2)电路原理图(如图)
1。

第3讲电能的远距离传输[目标定位] 1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4.了解高压直流输电的原理．一、为什么要采用高压输电1．电功率损失(1)损失的电功率P＝I2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比．(2)在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中电流的方法．2．电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法，或减小输电线电阻的方法．3．高压输电：由P＝UI知，在保证P不变的情况下，必须提高输送电压U，才能减小电流I.二、高压交流输电1．远距离输电的基本思路．如图1所示．在发电站内用升压变压器升高电压．然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压．图12．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．电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．(2)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．三、高压直流输电直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线．整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换.一、降低输电损耗的两个途径1．输电导线上的功率损失(1)损失功率计算：设输电电流为I，输电线电阻为R线，则输电线上的功率损失为ΔP＝I2R线．(2)减小输电线上功率损失的方法：①减小输电线的电阻R线：由R线＝ρlS得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小ρ，增大S.②减小输电电流I：由P＝UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流．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．2．输电线上的电压损失(1)输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′，如图2所示，电压损失还可以表示为ΔU＝IR线＝PU R线．图2(2)减少输电线上电压损失的方法： ①减小输电线的电阻． ②提高输送电压．例1 远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n 倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)( ) A ．功率损失是原来的1n B ．功率损失是原来的1n 2C ．电压损失是原来的1n D ．电压损失是原来的n 倍答案 BC解析 设输电电压为U ，所输送的功率为P ，输电线路总电阻为R 线，则输电电流I 线＝PU，线路的功率损失ΔP ＝I 2线R 线＝P 2R 线U 2，可知ΔP ∝1U2，当输电电压U 升高为原来的n 倍时，功率损失变为原来的1n 2，故选项B 正确；线路上的电压损失ΔU ＝I 线R 线＝PR 线U ，可知ΔU ∝1U，当输电电压升高为原来的n 倍时，电压损失变为原来的1n ，故选项C 正确．针对训练 发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电线总电阻为R 线，通过导线的电流为I ，学校输入电压为U 2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是( ) A.U 21R 线 B.(U 1－U 2)2R 线 C ．I 2R 线 D ．I (U 1－U 2) 答案 BCD解析 输电线功率损耗P 损＝I 2R 线＝U 2线R 线＝IU 线，其中U 线＝U 1－U 2，故B 、C 、D 正确．二、远距离输电及基本关系 1．输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成． 2．远距离输电的基本关系(如图3所示)图3(1)功率关系P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝ΔP ＋P 3→能量守恒 (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→理想变压器 U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线→串联电路中电压、电流关系 (3)输电导线中电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线.(4)输电导线上损耗的电功率：ΔP ＝ΔUI 线＝I 2线R 线＝⎝⎛⎭⎫P 2U 22R 线． 3．特别强调(1)升压变压器副线圈的电压U 2不等于降压变压器原线圈的电压U 3，输电线上的电压损失ΔU ＝I 线R 线，输电线上的功率损耗ΔP ＝I 2线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． (3)处理远距离输电问题．首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置；其次解题时要抓“两头”——电源、用电器．要注意“中间两条线”——输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三个独立的回路．以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算．例2发电机两端电压为220V，输出功率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．(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．答案见解析解析(1)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＝n2n1U1＝2200V．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＝PU2＝44×1032200A＝20A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损＝I22R线＝202×0.2W＝80W.U损＝ΔU＝I2R线＝20×0.2V＝4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3＝U2－U损＝2200V－4V＝2196V，I3＝I2＝20A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U 4＝n 4n 3U 3＝110×2196V ＝219.6V ，I 4＝n 3n 4I 3＝10×20A ＝200A.用户得到的功率为P 4＝U 4I 4＝219.6×200W ＝4.392×104W.(3)若直接用220V 低压供电，电路如图所示，则输电电流I ′＝P U 1＝44×103220A ＝200A ．输电线路上的电压损失ΔU ′＝I ′R 线＝200×0.2V ＝40V .所以用户得到的电压U 2′＝U 1－ΔU ′＝220V －40V ＝180V ， 用户得到的功率为P ′＝U 2′I ′＝180×200W ＝3.6×104W.输电线上损耗的问题1．某发电厂原来用电压为U 1的交流电输电，后改用变压比为1∶50的升压器将电压升高为U 2后输电，输送的电功率保持不变．若输电线路的总电阻为R 线，则下列说法中正确的是( ) A ．由公式I ＝P U 2可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的150B ．由公式I ＝U 2R 线可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C ．由公式P ＝I 2R 线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的12500D ．由公式P ＝U 22R 线可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的2500倍答案 AC解析 由U 1U 2＝n 1n 2可知，U 2＝50U 1，输送功率不变，由公式I ＝PU 2可知，输电线中的电流变为原来的150，选项A 正确；由P ＝I 2R 线＝⎝⎛⎭⎫P U 22·R 线可知，输电线上的功率损耗减为原来的12500，C 选项正确；B 、D 选项中的U 2应为损失的电压，所以选项B 、D 是错误的．2．某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km 外的用户，其输出电功率是3×106kW.现用500kV 电压输电，则下列说法正确的是( ) A ．输电线上输送的电流大小为2×105A B ．输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC ．若改用5kV 电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD ．输电线上损失的功率为ΔP ＝U 2R ，U 为输电电压，R 为输电线的电阻答案 B解析 输电线上输送的电流为I ＝P U ＝3×106×103500×103A ＝6×103A ，A 错；输电线上损失的电压为U 损＝IR ＝6×103×2.5V ＝1.5×104V ＝15kV ，B 项正确；当用5kV 电压输电时，输电线上损失的功率若超过3×106kW ，与实际情况相矛盾，故C 项错误；当用公式ΔP ＝U 2R 计算损失的功率时，U 为输电线上损失的电压而不是输电电压，D 项错误．远距离高压输电的应用3．某小型水电站的电能输送示意图如图4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n 1、n 2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n 3、n 4(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4A.n 2n 1＞n 3n 4B.n 2n 1＜n 3n 4C ．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答案 AD解析 由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有n 2n 1＞n 3n 4，故A 项对，B 、C 项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D 项也正确．4．在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有一个电站，输送的电功率为P ＝500kW ，当使用U ＝5kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度．求：(1)这时的输电效率η和输电线的总电阻R 线；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？ 答案 (1)60% 20Ω (2)22.4kV解析 (1)由于输送功率为P ＝500kW ，一昼夜输送电能E ＝Pt ＝12000度，终点得到的电能E ′＝7200度，因此效率η＝60%.输电线上的电流可由I ＝PU计算，为I ＝100A ，而输电线损耗功率可由P 损＝I 2R 线计算，其中P 损＝480024kW ＝200kW ，因此可求得R 线＝20Ω.(2)输电线上损耗功率P 损＝⎝⎛⎭⎫P U 2·R 线∝1U 2，原来P 损＝2200kW ，现在要求P 损′＝10kW ，计算可得输电电压应调节为U ′＝22.4kV .。

4． 3《电能的远距离传输》学案【学习目标】<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。

【学习重点】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。

【知识要点】1．为什么要采用高压输电输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。

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。

IuXw3ZUixQ1）电功率损失由于输电线有电阻，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。

IuXw3ZUixQ 设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r。

根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。

IuXw3ZUixQ要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：①减小材料的电阻率ρ。

银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。

②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离。

③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。

太粗不可能，既不经济又架设困难。

2）电压损失在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。

IuXw3ZUixQ3）高压输电采用高压输电。

在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的。

在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的。

IuXw3ZUixQ2．高压交流输电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=I22R，用户得到的功率为P用=P-ΔP，输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU。

电能的远距离传输一、教学目标知识目标“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。

2.知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失。

3.知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失。

4.理解远距离输电要用高压。

技能目标培养学生实验探究、分析、综合和应用能力。

情感态度目标1.培养学生遇到问题要认真分析的态度和用科学方法研究的精神。

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。

重点难点重点：理论和实验相结合分析如何减少输电过程的电能损失、远距离输电的原理难点：远距离输电原理图及各物理量关系的理解二、教材分析本节课是前面几节知识的实际应用，通过本节的学习加强学生运用所学知识解决实际问题的能力。

通过本节的学习，要注意培养和提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力.教材写得比较详细、通俗，可让学生阅读课本，然后提出一些问题引导学生思考、讨论。

在内容的处理上，应注意以下几个方面：1.对于电路上的功率损失，可引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，然后运用实验验证得出结论.2.讲解电路上的电能损失，是本节教材新增加的。

目的是希望学生对输电问题有更全面、更深入和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面。

但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深入讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析。

ΔU=U-U′与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论。

要通过具体的例子，可引导学生进行讨论，澄清认识.要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，似快而实慢。

4.课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好。

希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法.本节课介绍高压直流输电既可以开阔学生眼界，也可以增加知识。

三、学情分析学生常常容易将导线上的电压损失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论。