高二物理人教版32 5.5电能的输送教案

电能的输送
重/难点
重点：理论分析如何减少输电过程的电能损失，理解远距离输电的原理。

难点：远距离输电原理图的理解及相关题型的计算。

重/难点分析
重点分析：降低输电损耗的两个途径：减小线路电阻和减小输电电流。

减小
输电电流是最有效的途径。

远距离输电线路上2
Δ=r=P I r U 2∆，其中（=I P
U
总）。

采
用高压输电可以达到减小输电电流的目的。

难点分析：电能输送问题一般离不开升、降压变压器，这时除用变压器的电压比或电流比公式外，最好画出电能输送示意图，这样便于分析问题和解决问题。

输电线上流过的电流(输送电流)I 送，对有升、降变压器电能输送问题的情况，有以下几种求法：①=
P I U 送
线升副
，其中，“U 升副”为最后一个升压变压器的次极线圈电压，也即电能输送电压。

②=
P I R 损
送线。

突破策略
一、输电线上的功率损失：
设输电功率P ，输入给用电设备的功率为P '，输电线上的功率损失为P ∆，则有2P P P I R ∆=-'=。

减少功率损失：（1）减小输电线的电阻。

（2）减小输电电流。

如何减少输电线的电阻：由L
R S
ρ
=可知 （1）减少材料的电阻率ρ（铝或铜，金银最好但不可行）。

（2）减少输电线的长度L (不可行)。

（3）增加导线的横截面积S 。

1. 输电导线上的功率损失分析：
（1）减小导线的电阻可减小损失功率，但有限。

（2）减小输送电流可大大减小损失功率，在线路和输送功率不变时，可提高输送电压以减小输送电流。

（3）在输送功率和线路一定时，线路损失功率与输送电压的二次方成反比，即：=损P 222/输送线输送线U R P R I =
二、输电线上的电压损失
发电厂的输送电压U ， 用电设备两端电压U ′。

输电导线电阻两端的电压△U ：U U-U IR ∆='= 三、远距离输电示意图
一定要画出远距离输电的示意图来，包括发电机、两台变压器、输电线等效
电阻和负载电阻。

并按照规范在图中标出相应的物理量符号。

一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为1122''n n n n 、、、，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。

从图中应该看出功率之间的关系是：11221r 2P P P P P P P ='=''==，，。

电压之间的关系是：
1122
1211
22,,r U n U n U U U U n U n '===+''''。

电流之间的关系是：
112212112
2,,r I n I n I I I I n I n ''
'====''。

可见其中电流之间的关系最简单，12,,r I I I '中只要知道一个，另两个总和它相等。

因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。

输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。

分析和计算时都必须
用2,r r
r r P I r U I r ==，而不能用2
1r U P r
'=。

特别重要的是要会分析输电线上的功率损失2
12111
r P L P U S U S ρ⎛⎫=⋅∝ ⎪''⎝⎭
，由此得出
结论： ⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积。

两者相比，当然选择前者。

⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥，还能少占用土地。

需要引起注意的是课本上强调：输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。

当输电线路电压较高、导线截面积较大时，电抗造
成的电压损失比电阻造成的还要大。

常用的几种输电模式：
1、低压输电
输电功率为100kw以下，距离为几百米以内，一般采用220V的电压输电
2、高压输电
输电功率为几千千瓦以下，距离为几十千米到几百千米，一般采用35kV或110kv的电压输电
3、超高压输电
输送功率为10万千瓦以上，距离几百千米，需采用220kv或更高的电压输电
例5．学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为
R=4Ω，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”
的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：⑴发电机的输出功率多大？⑵发电机的电动势多大？⑶输电线上损耗的电功率多大？
解析：⑴所有灯都正常工作的总功率为22×6×40=5280W，用电器总电流
为2
2
25280
24 220
P I
U '
'===
'A，输电线上的电流2
12
6
4
r
I
I I I
'
'====A，降压变压器上：
~
224880U U ='=V ，输电线上的电压损失为：r R 24U I R ==V ，因此升压变压器的输
出电压为1R 2904U U U '=+=V ，输入电压为11/4226U U ='=V ，输入电流为
11424I I ='=A ，所以发电机输出功率为115424P U I ==出W
⑵发电机的电动势11250E U I r =+=V ⑶输电线上损耗的电功率2R R 144P I R ==W
例2. 在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。

有一个坑口电站，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：⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r 。

⑵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？
解析：⑴由于输送功率为P =500kW ，一昼夜输送电能E =Pt =12021度，终点得到的电能7200E '=度，因此效率η=60%。

输电线上的电流可由I =P/U 计算，为I =100A ，而输电线损耗功率可由P r =I 2r 计算，其中P r =4800/24=200kW ，因此可求得
r =20Ω。

⑵输电线上损耗功率2
2
1
r P P r U U ⎛⎫=∝ ⎪⎝⎭，原来P r =200kW ，现在要求r 10P '=kW ，计算可得输电电压应调节为
22.4U '=kV 。

例3. 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）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比。

（2）画出此输电线路的示意图。

（3）用户得到的电功率是多少？ 解析：输电线路的示意图如图所示， 输电线损耗功率P 线=100×4% kW=4 kW ，又P 线
=I 22R 线
输电线电流I 2=I 3=20 A
原线圈中输入电流I 1=
250
1000001=U P A=400 A 所以
20
1
400201221===I I n n 这样U 2=U 1
1
2
n n =250×20 V=5000 V U 3=U 2-U 线=5000-20×10 V=4800 V
所以
11
24022048004343===U U n n 用户得到的电功率P 出=100×96% kW=96 kW
突破反思
通过本节课的教学，学生基本上理解了高压输电的原因，在自学和讨论中获取有效地知识。

通过综合题目的讲解，学生的绘图能力、计算能力得到很好的提升。

在对题目的灵活处理上，部分学生还有所欠缺，需及时进行补救和巩固。