第3章交變電流

第4節電能的輸送

本節課程是對于電路上的功率損失，可根據學生的實際情況，引導學生自己從已有的直流電路

知識出發，進行分析，得出結論。提及電路上的電壓損失，目的是希望學生對輸電問題有更全面、更深

人和更接近實際的認識，知道影響輸電損失的因素不只一個，分析問題應綜合考慮，抓住主要方面。

學生常常容易將導線上的電壓損失面與輸電電壓混淆起來，甚至進而得出錯誤結論。可引導學生

進行討論，澄清認識．這里要注意，切不可代替了學生的思考，否則會事倍功半。課本中講了從減

少損失考慮，要求提高輸電電壓；又講了并不是輸電電壓越高越好。希望幫助學生科學地、全面地

認識問題，逐步樹立正確地分析問題、認識問題的觀點和方法。

【物理觀念】了解電能的輸送過程中電壓與功率都存在著必然的損耗。

【科學思維】知道降低輸電損耗的兩個途徑要從控制輸電電阻，提高輸電電壓作為出發點來進行研

究，提升根據理論公式指導實際的思維能力。

【科學探究】培養學生運用物理規律和公式分析解決實際問題的能力。

【科學態度與責任】養成利用理論公式知道實際的學習態度，通過對課本拓展知識的學習了解電能

輸送技術的發展歷史，不斷提升理論結合實際解決問題的能力。

【教學重點】高壓輸電的基本工作原理及降低電能消耗的兩種途徑。

【教學難點】高壓輸電的數學推導過程及各物理量之間的相互關系。

一、【引入新課】

引導學生回憶

變壓器的構造

1．示意圖

2．符號

變壓器的工作原理：

1、互感現象：變壓器只能改變交流電的電壓和電流

2、能量轉化：電能→磁場能→電能

3、理想變壓器功率：P入＝P出

UnIn

1112

理想變壓器的變壓、變流規律：U2n2，I2n1

二、【進行新課】

探究點一電能的輸送

【思考】為了合理利用能源，發電廠要建在靠近能源的地方，而用電的地方卻分布很廣，大部分地

方離發電廠很遠，故需要把電能輸送到很遠的地方——遠距離輸電。而在遠距離輸電中，面臨的就

是如何輸送電能？如何減少損耗、節約電能？

風力發電高壓輸電

老師引出：

1、電能的突出優點

便于遠距離輸送

2、輸送電能的基本要求

可靠：保證供電線路可靠地工作,少有故障和停電

保質：保證電能的質量（電壓和頻率穩定）

經濟：輸電線路建造和運行的費用低,電能損耗小

探究點二、降低輸電損耗的兩個途徑

1、電壓損失

2、電功率損失

【思考與討論】

1.怎樣計算輸電線路損失的功率?

2

P損=Ir

2.在輸電電流一定的情況下,如果線路的電阻減為原來的一半,線路上損失的功率減為原來的幾分之

一?在線路電阻一定的情況下,如果輸電電流減為原來的一半,線路上損失的功率減為原來的幾分之

一?

3.通過第2步的兩項計算，你認為哪個途徑對于降低輸電線路的損耗更為有效？

4.怎樣計算用戶消耗的功率P用？

P用=P發-P損P用U用I用

三、降低輸電損耗的兩個途徑

如果輸送的電功率為P，輸送電壓為U，輸電線的總長度為L，橫截面積為S，電阻率為。

則輸電線損耗功率為多少呢？

則功率損耗為可表示為：

PL

P=（）2

損US

如何減少電能損失?

2

P損=IR線

(1)減小輸電線電阻R

(2)減小輸電電流I

途徑一、減小輸電線電阻R：

L

R

S

①減小材料的電阻率ρ：用銅或鋁

②減小輸電線的長度L：不可行

③可適當增大導線橫截面積S.有一定限度

途徑二、提高輸電電壓，減小輸電電流I

2P2

P損=IR()R

U

提高輸電電壓U

P一定，R一定

1

U提高到原來的n倍，P損將為原來的倍。

n2

說明

輸電電壓也不是越高越好。電壓越高，對輸電線路絕緣性能的要求就越高，線路修建費用就會增多。

輸電電壓越高，變壓器上的電壓也越高，對變壓器的要求也相應提高。實際輸送電能時，要綜合考

慮各種因素，如輸送功率的大小、距離的遠近、技術和經濟要求等，依照不同情況選擇合適的輸電

電壓。

四、遠距離輸電原理圖

引導學生觀察電路原理圖，得出各物理量之間的相互關系。

功率關系：

P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3

電壓關系：

電流關系：

輸電電流：

損耗功率：

五、電網供電

要求學生自學，并回答以下問題

什么是電網供電？

現在世界各國都不采用一個電廠與一批用戶的“一對一”的供電方式，而是通過網狀的輸電線、

變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區性的輸電網絡，這就是電網。

電網供電有什么好處？

1、次能源產地使用大容量的發電機組，降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經濟效益；

2、可以減小斷電的風險，調劑不同地區電力供需的平衡；

3、可以根據火電、水電、核電的特點，合理地調度電力。

六、輸電技術的發展

要求學生自學，認識輸電技術的發展歷史

1882年，愛迪生在美國修建了第一個電力照明系統；每隔3km左右就要建立一個發電廠，否

則燈泡因電壓過低而不能發光；

1882年，一個法國工程師修建了第一條遠距離輸電電路，將一個水電站發出的電送到57km之

外的慕尼黑；

1891年，德國建成170km的1530kV的高壓輸電線路，效率高達70%80%。1893年，國修

建尼亞加拉水電站時，經過反復論證，決定采用交流供電系統。

1909至1912年，美國、德國建造100kV的高壓輸電線路，從此高壓輸電技術迅速普及。

現代，直流輸電技術。在送電端有專用的“整流”設備將交流變換為直流，在用戶端也有專用的“逆

變”設備再將直流變換為交流。

提問：

為什么要使用直流輸電技術呢？

長距離輸電時，線路上的電容、電感對交變電流的影響也不能忽略，有時它們引起的電能損失

甚至大于導線電阻引起的電能損失，為了減少感抗和容抗，在輸電這個環節可以使用直流。直流輸

電需要專門的“整流設備”與“逆流設備”。

七、課堂重點知識小結

一、電能的輸送

輸送電能的基本要求：可靠、保質、經濟

二、降低輸電損耗的兩個途徑

1)減小輸電線電阻R

2)減小輸電電流I

三、遠距離輸電原理圖

隨堂練習

例1、（多選）遠距離輸送交流電都采用高壓輸電，我國正在研究用比330kV高得多的電壓進行輸

電，采用高壓輸電的優點是()

A．可節省輸電線的銅材料

B．可根據需要調節交流電的頻率

C．可減少輸電線上的能量損失

D．可加快輸電的速度

【答案】：AC

【解析】：由P＝IU得，I＝U(P)，當輸送功率P一定時，采用高壓輸電，U大則I小，輸電線中的

電流就小，由P線＝I2r，在要求輸電線損耗一定的情況下，就可選電阻率略大一點的材料做導線．若

輸電線確定，則可以減少輸電線上的能量損失，故A、C正確．交流電的頻率是固定的，不需要調

節．輸電的速度就是電磁波的傳播速度，是一定的，故B、D不正確．

例2、（單選）遠距離輸電，輸電功率一定，當輸電電壓為U0時，輸電線上的電流為I0，損失的電

功率為P0.則當輸電電壓提高為2U0時()

A．由I＝U/R得，輸電線上的電流變為2I0

B．由I＝P/U得，輸電線上的電流變為I0/2

C．由P＝U2/R得，輸電線上損失的電功率為4P0

D．由P＝IU得，輸電線上損失的電功率為2P0

【答案】B

2

【解析】設輸電線的電阻為R，當輸電線上的電流為I0時，損失的電功率為P0＝I0R.當輸電電壓提

P

I

2

高為2U0時，由U可知輸電線上的電流變為2(I0)，輸電線上損失的電功率為P損＝(2I0)R＝4(P0).

故選項B正確．

引導學生思考當輸電電壓變化時，輸電線上的電流發生變化，輸電線上損失的電功率發生變化，計

算出輸電線上的電流，就能計算出輸電線上損失的電功率．

例3、某交流發電機的輸出電壓為220V，輸出功率為4400W，輸電線總電阻為4Ω，求：

（1）輸電導線中的電流是多少？

（2）輸電線中損失的電壓和功率各是多少？

（3）用戶得到的電壓和功率各是多少？

【答案】（1）120A、（2）80V、1600w、（3）14000V，2800W。

【解析】

(1)IP/U4400/22020(A)

(2)UrIr20480(V)

22

PrIr2041600(W)

(3)U用UUr22080140(V)P用PPr440016002800(W)

例4、圖甲為遠距離輸電示意圖，理想升壓變壓器原、副線圈匝數比為1∶1000，理想降壓變壓器原、

副線圈匝數比為1000∶1，輸電線的總電阻為1000Ω，若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示，用戶

端電壓為220V。下列說法正確的是()

A．輸電線中的電流為3A

B．電站輸出的功率為7500kW

C．輸電線路損耗功率為90kW

D．用戶端交變電流的頻率為100Hz

【答案】B

Um

【解析】由題圖乙知升壓變壓器輸入端電壓的最大值為Um＝2502V，有效值為U1＝＝250V，

2

U1n1n210005U3

根據＝，得副線圈兩端的電壓U2＝U1＝×250V＝2.5×10V；用戶端電壓為220V，根據

U2n2n11U4

n3n31000