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电能的输送-人教版选修3-2教案前置知识•电能的定义及计算方法•电流和电压的关系•电阻和欧姆定律•磁感线和磁通量的概念教学目标1.掌握电能在导体中的传输原理2.理解高、低压输电的原理3.了解输电线路的构成和工作原理教学重点1.电能在导体中的传输原理2.高、低压输电的原理教学难点1.输电线路的构成和工作原理2.掌握输电线上的安全问题教学过程导入教师引入学生到电能传输的话题中，提出问题：“我们再教室里用电，这些电是从哪里来的，又是怎样传输过来的呢？”讲解1.电能在导体中的传输原理电能在导体中传输的原理是传导电流，电流是由电子在导体中的移动形成的。
在连通电源后，电子从原子的外壳中取得能量，并向其它原子传递能量，以完成电子的移动形成电流。
电源提供的能量以电磁波的形式传递，当波传递到导体中时，它激发了原子内的电子，并使它们运动起来。
电流的大小取决于电子的数量和速度。
2.高、低压输电的原理高压输电是指将电能通过高压电缆发送到远距离，然后通过变压器进行变压，变成低电压电能进行送电的过程。
由于高压输电线路中的电压非常高，可以有效减小电能传输中的线损。
在电能传输过程中，能量损失是不可避免的，主要是由于线路电阻导致的。
高压线路的电阻要远远小于低压线路的电阻，所以高压输电线路能够在损失很小的情况下传输更多的电能。
演示教师通过演示模型，详细地向学生展示高压输电和低压输电的工作原理。
实验1.制作简易导线模型，让学生进行实验，观察电流在导线中传输的情况。
2.利用变压器进行变压实验，让学生了解高压、低压的定义和变压原理。
总结通过知识讲解、演示和实验操作，学生需要对电能在导体中的传输原理有深入的了解和掌握，理解高、低压输电的原理和输电线路的构成和工作原理，掌握输电线上的安全问题。
总结本节课从电能在导体中的传输原理讲起，详细地介绍了高、低压输电的原理及其工作原理，并通过实验和演示模型加深学生的理解。
学生通过本节课的学习，深入理解和掌握了电能的传输和输电线路的构成和工作原理。
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。
一、降低输电损耗的两个途径┄┄┄┄┄┄┄┄①1．输送电能的基本要求(1)可靠：指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：指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＝ρlS看，在输电距离一定的情况下，可以增大导线的横截面积，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；还可以选用电阻率较小的金属材料。
(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。
前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。
[注意](1)现代远距离输电都采用高压输电。
目前我国远距离送电采用的电压有110 kV, 220 kV, 330 kV，输电干线已采用550 kV，西北电网甚至达到750 kV。
(2)输电电压并不是越高越好。
电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。
(3)实际输送电能时，要综合考虑输送功率、距离、技术和经济要求等选择合适的电压。
①[判一判]1．仅仅从减少能量损失的角度看，输送功率一定的情况下，输电电压越高，损失的能量越少(√)2．在输送功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越粗的导线损失的电压越小(√)3．输电线电阻为R，输电电压为U，则功率损失ΔP＝U2R(×)4．一般情况下高压输电的导线是铜铝合金而不是银，原因是同种情况下，使用银材料，输电线损失的功率大(×)二、电网供电┄┄┄┄┄┄┄┄②1．远距离输电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，在用电区域通过降压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)减小断电的风险，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。
[说明](1)电能输送的三个回路电源回路、输送回路、用户回路(如图所示)。
(2) 发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1(升压变压器的原线圈)，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为：P1＝P损＋P用户。
②[判一判]1．从发电厂发出的电输送到用户均需要采用高压输电(×)2．使用升压变压器和降压变压器进行远距离输电时，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压(√)3．高压交流输电不存在感抗和容抗引起的损耗(×)4．采用高压输电的优点是可加快输电的速度(×)1.输电线上的电压损失(1)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比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失。
(2)减少电压损失的两种方法①减小输电线路电阻：由R ＝ρlS 可知，距离一定时，使用电阻率小的材料，增大导线横截面积可减小电阻；②减小输电电流：由I ＝PU 可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流。
2．输电线上的功率损失 (1)功率损失①原因：任何输电线都有电阻，因此当电流通过输电线向远方输送时，输电线因有电阻而发热；②功率损失的计算：ΔP ＝I 2R ，I 为输电线路上的电流，R 为线路电阻。
(2)减少功率损失的方法①减小输电线的电阻R ：根据R ＝ρlS ，减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；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 ＝PU ，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，根据P 损＝⎝⎛⎭⎫P U 2R 知，输电线上的功率损失将降为原来的1n 2。
[注意]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，可将输电线路视为纯电阻电路，不考虑感抗和容抗对交流电路的影响。
[典型例题]例1.甲、乙两地原来用500 kV 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1 000 kV 的特高压输电，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.P 4B.P2C ．2PD ．4P [解析] 输电线上损耗的电功率P 损＝I 2R 线＝P 输2U 输2R 线，又输送电功率和输电线电阻都不变，可知输电线上损耗的电功率P 损与输电电压U 输的二次方成反比，有P 损1P 损2＝U 输22U 输12，改用1000 kV 的特高压输电时，输电电压增大为原来的2倍，输电线上损耗的电功率变为原来的14，即为P4， A 正确。
[答案] A例2.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？[解析] 设输送功率为P ，输电电压U 1＝220 V 时，损失功率 ΔP 1＝20%P又因为ΔP 1＝I 12R 线，I 1＝PU 1解得ΔP 1＝P 2U 12R 线现要求ΔP 2＝5%P ，同理ΔP 2＝P 2U 22R 线因此可得ΔP 1ΔP 2＝20%5%＝U 22U 12解得U 2＝2U 1＝440 V 。
[答案] 440 V[点评] 计算输电线上功率损失的两种方法计算输电线上损失的功率时，要注意区分两个电压：输电电压(输电线始端的电压)U 和输电线上的损失电压ΔU 。
(1)P 损＝ΔUI ＝ΔU 2R，ΔU 是输电线上损失的电压。
(2)P 损＝⎝⎛⎭⎫P U 2R ，U 是指输送电压，即从发电站发出后，经过变压器升高后的电压。
[即时巩固]1．[多选](2018·大连十一中期末)在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么( )A ．输电线路上损失的电压与输电电流成正比B ．输电电压越高，输电线路上损失的电压越大C ．输电线路上损失的功率跟输电电压的平方成反比D ．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比解析：选AC 输电线路上损失的电压ΔU ＝Ir ，在r 一定时，ΔU 和I 成正比；若U 越高，I ＝P U ，I 越小，那么ΔU 越小；输电线路上损失的功率ΔP ＝I 2r ，当P 一定时，I ＝P U ，所以ΔP ＝⎝⎛⎭⎫P U 2r ，即ΔP 和U 的平方成反比，跟I 的平方成正比，故选项A 、C 正确，B 、D 错误。
1.远距离输电的几个基本关系式(1)功率关系：P 1＝P 2，P 2＝P 损＋P 3，P 3＝P 4。
(2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2，U 2＝U 损＋U 3，U 3U 4＝n 3n 4。
(3)电流关系：I 1I 2＝n 2n 1，I 2＝I 线＝I 3，I 3I 4＝n 4n 3。
(4)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 损R 线＝U 2－U 3R 线。
(5)输电导线上损耗的电功率 P 损＝P 2－P 3＝I 线2R 线＝U 损2R 线＝U 损I 线。
(6)输电导线上的电压损失 U 损＝I 线R 线＝U 2－U 3。
2．两个联系(1)线圈1(匝数为n 1)和线圈2(匝数为n 2)中各个量间的关系是：U 1U 2＝n 1n 2，I 1n 1＝I 2n 2，P 1＝P 2。
(2)线圈3(匝数为n 3)和线圈4(匝数为n 4)中各个量间的关系是：U 3U 4＝n 3n 4，I 3n 3＝I 4n 4，P 3＝P 4。
[典型例题]例3.发电机的输出电压为220 V ，输出功率为44 kW ，每条输电线的电阻为0.2 Ω，问： (1)此时用户得到的电压和电功率各为多少？(2)如果发电站先用变压比为1∶10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线路后经10∶1的降压变压器将电压降低后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？[解析] (1)输电线上的电流 I R ＝P U ＝44 000220 A ＝200 A损失的电压U R＝I R R＝200×2×0.2 V＝80 V 损失的功率P R＝U R I R＝80×200 W＝16 kW 故用户得到的电压U用户＝U－U R＝140 V用户得到的功率为P用户＝P－P R＝28 kW。
(2)已知升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶10输入电压U1＝220 V因此，升压变压器的输出电压U2＝n2n1U1＝2 200 V输电线上的电流I R′＝PU2＝44 0002 200A＝20 A损失的电压U R′＝I R′R＝20×2×0.2 V＝8 V 损失的功率P R′＝U R′I R′＝8×20 W＝160 W 因此，降压变压器的输入电压U3＝U2－U R′＝2 192 V已知降压变压器的匝数比n3∶n4＝10∶1所以用户得到的电压U4＝n4n3U3＝219.2 V用户得到的功率P用户′＝P－P R′＝43.84 kW。
[答案](1)140 V28 kW(2)219.2 V43.84 kW[点评]解决远距离输电问题的步骤(1)首先画出远距离输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图中的相应位置。
(2)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路，每个回路都可以用欧姆定律、串并联电路的特点和电功、电功率的公式等进行计算，联系各回路的桥梁是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率和输出功率的关系。
[即时巩固]2．如图所示为某发电站电能输送示意图，已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压、降压变压器的匝数均不变。
若用户电阻R 0减小，下列说法正确的是( )A ．发电机的输出功率减小B ．输电线上的功率损失减小C ．用户得到的电压减小D ．输电线输电电压减小解析：选C 若用户电阻减小，则降压变压器输出功率增大，导致发电机的输出功率增大，选项A 错误；若用户电阻减小，则降压变压器输出功率增大，导致输电线上电流增大，输电线上损失的电压增大，输电线上的功率损失增大，选项B 错误；若用户电阻减小，则降压变压器原线圈输入电压减小，由于降压变压器的原、副线圈匝数比不变，故降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小，选项C 正确；发电机的输出电压不变，则升压变压器的原线圈输入电压不变，由于升压变压器的原、副线圈匝数不变，则输电线输电电压不变，选项D 错误。
1．远距离输电时，在输送功率不变的条件下( )A ．只有增大导线的电阻，才能减小输电电流，提高输电效率B ．提高输电电压，能减小输电电流，提高输电效率C ．提高输电电压，势必增大输电导线上能量的损耗D ．提高输电电压，势必增大输电导线上的电流解析：选B 在输送功率一定的前提下，P 输＝U 输I 输，P 损＝I 输2R 线，η＝P 输－P 损P 输×100%，由此分析各选项可知，B 正确。
