高中物理 第五章 交变电流 5.5 电能的输送课件 新人教版选修3-2

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，有两个途径：一是减小输电线的电阻； 二是减小输电电流．
(3)为什么远距离输电必须用高压呢？ 提示：这是由于电流的热效应，远距离输电时在导线 上的电能损耗非常大．由焦耳定律 Q＝I2Rt 可知，导线的 发热损耗跟电阻和电流的平方成正比．减小输电导线的电 阻局限性较大，故可以通过减小电流来减少发热损耗．因 为发电站的输出功率是一定的，即 P＝UI，所以要减小输 出电流，必须提高输出电压．
(1)要减小电阻，从 R＝ρSl 看，在输电距离一定的情 况下，可以增大导线的横截面积，这与节约相悖，当然也 给铺设线路带来困难；还可以选用电阻率较小的导体．
(2)从公式 P＝IU 来看，在保证功率不改变的情况下， 要减小输送电流就必须提高输电电压．
2．减少功率损耗
减少输电导线上的功率损耗，由 P 损＝I2R 线可知，具 体的方法有：
(3)高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压 越高越好．(√)
小试身手
1．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后 农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老 化．近年来，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
解析：变压器的输入功率、输入电流的大小是由次级
负载消耗的功率大小决定的，选项 A、B 错误．
用户用电器总电阻减小，根据 P＝UR2，可知消耗的功 率增大，输电线中电流增大，线路损失功率增大，C 项正 确．升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失电压 加上降压变压器输出电压，D 项错误．
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，形成的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)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡， 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．

A．功率损失是原来的n1 B．功率损失是原来的n12 C．电压损失是原来的n1 D．电压损失是原来的 n 倍
1.远距离输送一定功率的交流电，输电线 上的电压损失 ΔU＝UP·r。
2．远距离输送一定功率的交流电，输电线上功率损失 ΔP＝UP 2·r。
[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，则输电电流 I＝UP，线路的功率损失 ΔP＝I2r ＝PU22r，可知 ΔP∝U12，当输电电压 U 升高为原来的 n 倍时， 功率损失变为原来的n12，A 错误，B 正确；线路上的电压损 失 ΔU＝Ir＝PUr，可知 ΔU∝U1 ，当输电电压升高为原来的 n 倍时，电压损失变为原来的n1，C 正确，D 错误。
电阻为 R。当副线圈与原线圈的匝数比为 k 时，线路损耗的

电功率为 P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到 nk，线
路损耗的电功率为 P2，则 P1 和PP21分别为(
)
A.PkUR，n1
B.kPU2R，n1
C.PkUR，n12 D.kPU2R，n12
解析 原线圈的电流为 I1＝UP，由于 P、U 不变，故 I1 不变，由II12＝nn21＝k 得 P1＝I22R＝kPU2R；由I2I′1 ＝nn21′ ′＝nk 得 P2＝I2′2R＝nkPU2R，则PP21＝n12，故选项 D 正确。
[变式训练1] (多选)在远距离输电时，输送的电功率为
P，输电电压为 U，所用导线的电阻率为 ρ，横截面积为 S，
总长度为 l，输电线损失的功率为 ΔP，用户得到的功率为
P′，则下列关系式正确的是( )
A．ΔP＝Uρ2lS
B．ΔP＝PU22ρSl
C．P′＝P－Uρ2lS
D．P′＝P1－UPρ2Sl

解析：设输送功率为P，输电电压U1＝220 V时，损失功率 ΔP1＝20%P
又因为ΔP1＝I12R线，I1＝UP1 解得ΔP1＝UP122R线 现要求ΔP2＝5%P，同理ΔP2＝UP222R线 因此可得ΔΔPP12＝250%%＝UU2122 所以U2＝2U1＝440 V.
答案：440 V
要点二 电网供电 1．远距离输电 (1)基本原理：远距离输电的基本电路如图所示． 在发电站内用 8 ____升__压____变压器 9 __升__压______，然后进行 远距离输电，在用电区域通过 10 __降__压______变压器降压降到所 需的电压．
解析：选D 根据理想变压器电流和匝数的关系可知，升压
变压器中原、副线圈中的电流与匝数成反比，
I1 I2
＝
n2 n1
，A选项错
误；输电线路上存在电压损失ΔU，U2＝U3＋ΔU＝U3＋I2r，B选
项错误；输电线路上存在功率损失，U1I1＝U4I4＋I22r，C选项错
误；理想变压器的输出功率等于输入功率，U1I1＝U2I2，D选项
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，降压变压器原、副线圈的匝数分别为 n3、n4，电压分别为U3、U4，电流分别为I3、I4(变压器均为理想 变压器)，当用电器正常工作时，下列关系式正确的是( )
A．II12＝nn21 C．U1I1＝U4I4
B．U3＝U2 D．U1I1＝U2I2
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＝I2R线＝
P2 U2
R线，因
此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的n12.
5.降低输电损耗的两个途径 要减少输电线路上的功率损失，由公式P损＝I2R线知，必须 减小输电线电阻或减小输电电流． (1)要减小电阻，从R＝ρSl 看，在输电距离一定的情况下，可 以增大导线的 5 __横__截__面__积__，但过粗的导线会耗费太多的金属材 料，同时也给铺设线路带来困难；还可以选用 6 __电__阻__率____较小 的导体．

r I2
nP22U2
I3
线 P3
U3n3
I4
P4
n4 U4
R用
升压变压器
降压变压器
机械功率P=mgh/t=1000×4 × 9.8 ×5=1.96 ×105W
发电机的输出功率P1=0.5 ×P= 9.8×104W
∵线P路r=上I2 损2 r,耗的功率为P∴r=电4流90为0 IW2，=35A， U2 =P2/I2 =2800V, 线路上的电压为Ur=I2 r=140V，
U3=U2-Ur=2200-I2r==2192(V) U用=U4=n4U3/n3=219.2(V)
Pr=I22r=16(W)
P用=P1-Pr=4400-16==4384(W)
交流高压输电基本环节示意图
发
电 机
U1
U2
U3
U4
用 电
器
升压变压器
高压输电线路
降压变压器
二、远距离输电原理图
I1
I2
I3
I2=50(A)
I1=P1/U1=103
n1/n2=I2/I1=50/ 1000=1/20
(2) U2=n2U1/n1=105 U3=U2-Ur=105-50×80=96×103(v)
（2）使用变压器
I2
I3
I4
P´r=P0-P2=I22r=(P0/U2)2r
U1 U2
N1/N2=U1/U2
N1 U1 (P0 P2)
(P0-P1)/ (P0-P2)= I2r/ I32r
N2 U2 (P0 P1)
P1=I2R
P2=I42R
n1 I4 P2(P0 P1)
I2=P1/R=P1I42/P2 n2 I3 P1(P0 P2)

读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。 (1)增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。 ( ) 解析:增加导线横截面积,减小了导线的电阻,发热功率减小。 答案:√ (2)高压输电是通过提高电压、减小输电电流来减少输送电路的 发热损耗。 ( ) 解析:输送功率一定的情况下,电压越高,输电电流越小,导线上发 热功率越小。 答案:√
读一读·思一思
辨一辨·议一议
4.降低输电损耗的两个途径? 答案:减小输电线的电阻;减小输电导线中的电流。 5.距离一定时,如何减小输电线电阻?发电站输出的电功率一定时, 如何减小输电电流? 答案:距离一定时,增大导线横截面积可以减小导线电阻。发电 站输出的电功率一定时,根据P=UI可得,增大输电电压可以减小输 电电流。
Δ������2 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。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(6)远距离输电时,若升压变压器匝数比为1∶n,降压变压器匝数 比为n∶1,则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等。 ( ) 解析:由于输电导线有电阻,电路上电压会有损耗,升压变压器输 出的电压大于降压变压器输入的电压。 答案:×
读一读·思一思
辨一辨·议一议
探究一
探究二
当堂检测
问题引
名师精讲
典例剖析
要点提示:(1)发电厂相当于一个电源,由 P=UI 可知,输电线中电 流为 I= ,与输电线电阻及用电器电阻无关。 (2)功率损失表达式:ΔP=I r= 2r。 (3)因为发电厂的输出功率 P 是一定的,由 P=UI 得,要减小能量 损耗,就要减小输电电流 I,必须提高输出电压 U。

2
图3
D.输电线路上损失的电功率为 I1U
知识梳理
(1)功率关系：P1＝ P2 ，P2＝ P线＋P3 ，P3＝ P4 ，P线＝I2ΔU＝I22R. n3 U n U U3＋ΔU . (2)电压关系： 1＝ 1， 3 ＝____ ， U ＝ 2 n 4 U2 n2 U4 P2 P3 ΔU (3)电流关系：n1I1＝ n2I2 ，n3I3＝n4I4，I2＝_____ R U2 ＝____ U3 ＝_____.
第五章 交变电流
第5讲 电能的输送
考试要求
知识内容
电能的输送
必考
加试
c
1.了解输电导线电能损失的主要原因，知道减少电能损失
的两条途径．
课时要求 2.理解采用高压输电的原因，认识高压输电的局限性．
3.认识电网的重要作用，认识电网安全对社会的重要性． 4.会求解输电导线上的功率损失等问题.
内容索引
知识探究
输电线路上的功率损失，主要是输电线电阻发热造成的损失.常用计算
公式：
(1)ΔP＝I2R其中I为输电线路上的电流.
ΔU2 (2)ΔP＝ΔU· I 或 ΔP＝ R ，其中 ΔU 为输电线上的电压损失.
例1
(多选)远距离输送交变电流都采用高压输电.采用高压输电的优点
答案 解析
是
A.可节省输电线的材料 √
失.( √ )
(4)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.( √ )
二、远距离输电电路中的各种关系 导学探究 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.
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

4．三种功率的关系 ①P送＝P用＋Δ P；②P送由P用决定，并不是P送决定P用． 5．输电电压 由发电厂决定，与用户无关(当然要满足用户要求)，一般为 定值． 6．损失电压 导线电阻产生的电压，Δ U＝Ir.
7．用户电压 用户用电器两端得到的电压 U 用，小于 U 送． 8．三种电压的关系 U 送＝U 用＋Δ U.(线路电阻与用户为串联关系)
【解析】 发电机的电动势 E，一部分降在电源内阻上，即 I1r，另一部分为发电机的路端电压 U1，升压变压器副线圈电压 U2 的另一部分降在输电线上，即 I2R，其余的就是降压变压器原 线圈 U′2；而 U3 应为灯的额定电压 U 额，具体计算由用户向前 递推即可．
(1)对降压变压器： U′2I2＝U3I3＝nP 灯＝22×6×40 W＝5 280 W 而 U′2＝41U3＝880 V，I2＝Un′P灯2＝5828800 A＝6 A
的电压为 U2，下面选项表示输电导线上损耗的功率的是( )
A.UR12
B.（U1－RU2）2
C．I2R
D．I(U1－U2)
【解析】 输电导线损失功率是由于导线有电阻，从而产生 焦耳热而造成的．可根据 P 损＝I2R 计算，也可以从 P 损＝UR22计算， 但应注意的是：U 是电阻 R 两端的电压，即损失电压，而不能认 为等于输电电压，A 项错误；B 项中，U1－U2＝ΔU 即为电阻两 端电压，亦即损失电压ΔU，B、C 两项正确；D 项中 I(U1－U2) ＝IU1－IU2，即输送电功率与用户得到的电功率之差，由能量守 恒知，这个差值即为导线损失的电功率，D 项正确．
(5)综合运用下面三个方面的关系求解．
①能量关系，P＝U1I1＝U2I2＝P 用户＋Δ P，Δ P＝I22R，P 用户

(1)输电线路的构成 主要有：发电机、升压变压器、输电导线、降压变压 器，用电器，如图所示
由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高 压输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电线 输出，到用电区再用降压变压器降到所需的电压．
(2)输电线路上的电压损失 输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上 产生电势降落，致使输电线路末端的电压U3比起始端电压 要低，这就是输电线路上的电压损失ΔU＝U2－U3.对交变 电流来说，造成电压损失的原因既有电阻，又有电抗，其 中因电阻损失的电压为ΔU＝IR.
答案：1.可靠；保质；经济 2．减小输电线路的电阻；减小输电导线中的电流 3．①发电站 ②升压变压器 ③远距离输电线路 ④一次高压变电所 ⑤二次高压变电所 ⑥工厂
(1)可靠：保证供电线路正常工作． (2)保质：保证供电质量——电压和频率要稳定． (3)经济：线路建设和运行的费用低——能耗少、电价 低.
(1)对降压变压器：
U′2I2＝U3I3＝nP 灯＝22×6×40W＝5280W
而 U′2＝41U3＝880V，I2＝Un′P灯2＝5828800A＝6A 对升压变压器：
U1I1
＝
U2I2
＝
I
2 2
R
＋
U′2I2
＝
62×4W
＋
5280W
＝
5424W P 出＝5424W
(2)U2＝U′2＋I2R＝880V＋6×4V＝904V U1＝14U2＝14×904V＝226V 又 U1I1＝U2I2 I1＝UU2I12＝4I2＝24A E＝U1＋I1r＝(226＋24×1)V＝250V (3)η＝PP有出用×100%＝55248204×100%＝97%
(3)减小输电线路电压损失的两种方法

n1 n2
功率关系：
n3 n4
P1=P2,P2=∆P+P3,P3=P4
电压关系： U1 n1 U2 n2
电流关系：I1 n2 I2 n1
U2=∆U+U3
U3 n3 U4 n4
I2=I3
I3 n3 I4 n4
知识运用25A 150V源自250V6250W
3750W
如何减少输电中的功率损失？
500KV、 750KV
试试看
一般说，发电厂发出的电只有几千伏，若 要进行几百公里的传输，你能设计出简 单的远距离输电电路吗？讨论一下，画 出简单示意图！
交流高压输电的基本环节
升压变压器
发电站
用户
降压变压器
高压输电
输电线路示意图
I1
I2
∆U、∆P
I3 I4
用户 发电厂
~
P1 U1
U2 P2
P3 U3 P4U4
R=ρ
L S
选用电阻率小的金属作导线材料。
（一般用铝或铜）
缩短距离
增大导线的横截面
2.减小输电线上的电流
讨论：
能不能由I=P/U减小p来
r
减小电流？
输送功率P是一定的
由P=UI
增加U
减少I
思考：若输电电压提高100倍，则输送过程中损 失的功率变为原来的多少倍？
再思考：是不是输电电压越高越好？为什么？
低压输电线路：
输电电压220V------输电功率100kW以下，距离为几 百米以内。 高压输电线路：
输电电压35kV或110kV------输电功率100kW以下， 距离为几十千米到上百千米。
超高压输电线路：
输电电压220kV以上------输电功率10万kW以上，距 离为33几0百K千V、米以上。

二、电网供电
1．远距离输电基本原理：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，这就是电网． 3．优点 (1)经济——便于使用大容量发电机组，降低运输成本； (2)保质——减少断电风险，调剂供需平衡； (3)可靠——根据不同“电源”的特点，合理调度电力．
答案： C
谢谢观看！
练 随堂演练
1．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村
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的
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
解析： 输电导线上的功率损失计算公式为：ΔP＝I2r＝UP 2r＝ΔUr 2，故只有 C 正确．
(2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的 变压器降压，求用户得到的电压．
解析： (1)输电线上的电流强度为 I＝UP＝203×80103 A≈52.63 A 输电线路损耗的功率为： P 损＝I2r＝52.632×6 W≈16 620 W＝16.62 kW 用户得到的电压为： U1＝U－Ir＝(380－52.63×6) V＝64.22 V.
(2)交流输电时，导线不但有电阻，还有线路的电感、电容 产生的感抗和容抗，但高中阶段计算中，可将输电线看做纯电 阻电路，ΔU＝Ir、ΔP＝I2r＝ΔUr 2＝ΔUI 等公式都成立．

【思考讨论2】 如何计算输电线中的电流？如何减小输电线中 的电流？从这些角度减小输电损耗是否可行？
在输送功率P一定的条件下，减小输电线中电流， 必须提高输电电压U。
二、减少输电损耗的最有效途径
【逻辑推理1】在输电电流一定的情况下，如果线 路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率变 为原来的几分之一？线路上损失的电压变为原来 的几分之一？
直接将发电厂与用户连接起来， 能满足远距离输电的要求吗？远距 离输电将会面临什么问题呢？
【演示实验】 定性研究“远距离”输电时的输电损耗 【现象】观察小灯泡的亮度变化 【问题】小灯泡两端的电压如何变化？远距离输电 过程，是否存在电压损失？为什么会有电压损失？
【问题】如何计算电压损失 ？为什么要这样计算？
电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设 费用越高，不经济。
要综合考虑各种因素选择输电电压。
我国常用的远距离输电采用的电压有110 kV、 220 kV、330 kV，输电干线采用500 kV的超高压， 西北电网达到750kV。
【电路设计】 大型发电机发出的电压在10kV上下，不符合高压输电 的要求；同时，到达目的地的电压也不符合用户的要求， 我们该如何解决这个问题？请同学们选择相应的器材，
r线
P3
U3
n3
P4
n4 U4
R用
升压变压器
降压变压器
电压关系：U1 n1 U 2 n2
输电回路中U2 U U3
U 3 n3 U4 n4
电流关系： I1 I2

n2 n1
,I 2
I线

I
3
,I I
3 4

n4 n3
【典型例题】
输送电路的计算步骤 (1)画出供电示意图 (2)以变压器铁心为界,分出各个回路,各回路可独立