電能的輸送教學(xué)設(shè)計

1、電能的輸送探究性教學(xué)設(shè)計重慶市實驗中學(xué)物理組 白榮華教材分析本節(jié)內(nèi)容是人教版普通高中課程標準實驗教科書物理 選修 3-2 第五章交變電 流的第 5 節(jié)，是學(xué)生綜合運用前面所學(xué)知識解決實際問題的一個典型例子。課程設(shè)計 力求將理論分析與實驗驗證相結(jié)合，使學(xué)生理解高壓輸電原理，培養(yǎng)和提高學(xué)生運用物 理知識綜合分析、解決實際問題的能力，動手能力和合作探究的能力。教材寫得比較詳 細、通俗，可讓學(xué)生閱讀課本，然后提出一些問題引導(dǎo)學(xué)生思考、討論。在內(nèi)容的處理 上，應(yīng)注意以下幾個方面：1對于電路上的功率損失， 可引導(dǎo)學(xué)生自己從已有的直流電路知識出發(fā)， 進行分析， 得出結(jié)論。2學(xué)生常常容易將導(dǎo)線上的電壓損失 U

2、損二U輸一U用與輸電電壓混淆起來，甚至進 而得出錯誤結(jié)論。要通過具體的例子，可引導(dǎo)學(xué)生進行討論，澄清認識。這樣可達到事 半功倍的效果。要注意，切不可單純由教師講解，而代替了學(xué)生的思考。3講解電路上的電壓損失，是本節(jié)教材新增加的。目的是希望學(xué)生對輸電問題有更 全面、更深入和更接近實際的認識，知道影響輸電損失的因素不止一個，分析問題應(yīng)綜 合考慮，抓住主要方面。但真正的實際問題比較復(fù)雜，教學(xué)中并不要求深入討論輸電中 的這些實際問題，也不要求對輸電過程中感抗和容抗的影響進行深入分析。4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(xué)生科學(xué)地、全面地認識問題，逐步樹

3、立正確地分析問題、認識問題的觀 點和方法。節(jié)后設(shè)的閱讀材料直流輸電既可以開闊學(xué)生眼界，也可以增加知識。 教學(xué)目標1、知識與技能（1）知道“便于遠距離輸送”是電能的優(yōu)點， 知道輸電過程， 了解遠距離輸電的原理。（2）知道什么是輸電線上的功率損失和如何減少功率損失。（3）理解遠距離輸電要用高壓。理解高壓輸電過程中電壓、電流及功率的關(guān)系，能夠 正確分析相關(guān)問題及電網(wǎng)輸電過程。2、過程與方法1）讓學(xué)生體驗理論分析與實驗探究遠距離高壓輸電的過程與方法。（2）培養(yǎng)學(xué)生閱讀、分析、綜合和應(yīng)用能力。（3）通過遠距離輸電原理分析，具體計算及實驗驗證的過程，使學(xué)生學(xué)會分析解決實 際問題的兩種基本方法：理論分析、計

4、算和實驗。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過分析降低輸電損耗的途徑， 引導(dǎo)學(xué)生全面地、辯證地看問題；培養(yǎng)學(xué)生遇到 問題要認真、全面分析的科學(xué)態(tài)度。（2）通過分析討論及模擬實驗激發(fā)學(xué)生求知欲望，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。（3）介紹我國遠距離輸電概況，激發(fā)學(xué)生投身祖國建設(shè)的熱情。（4）教育學(xué)生節(jié)約用電，養(yǎng)成勤儉節(jié)約的好習(xí)慣。教學(xué)重點：找出影響遠距離輸電損失的因素，使學(xué)生理解高壓輸電可減少P與U損失。教學(xué)難點： 理解高壓輸電原理，區(qū)別導(dǎo)線上的輸電電壓 U 輸和損失電壓 U 損。教學(xué)方法： 合作交流法。教學(xué)用具： 多媒體課件、視頻材料、學(xué)生電源、電阻定律演示儀、小燈座（帶小燈泡）、 導(dǎo)線、可拆變壓器 （2

5、 臺）、投影儀。課時安排： 1 課時教學(xué)過程：一、情景引入 師：播放三峽水電站的新聞。同學(xué)們想去探索三峽電站發(fā)出的清潔能源是怎樣點亮半個中國的嗎？在實際工程中，電能的輸送又有哪些優(yōu)點和基本要求呢？請閱讀教材 45 頁 13自然段，勾畫出對輸電要求的關(guān)鍵詞。生：閱讀并展開激烈的討論。二、新課教學(xué)1電能輸送的優(yōu)點的基本要求 師：電能輸送的優(yōu)點是什么？ 生：電能通過輸電線就可以輸送到遠方相對于煤炭、石油等能源的輸送需要大量的交通運載工具來說，“方便和節(jié)約”是它突出的優(yōu)點。 師：遠距離輸送電能的基本要求是什么？ 生：輸送電能的基本要求是：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟?？煽浚侵副ＷC供電線路可靠地工作，少有故障和停

6、電。保質(zhì)，就是保證電能的質(zhì)量，即電壓和頻率穩(wěn)定。經(jīng)濟是指輸電 線路建造和運行的費用低，電能損耗小，電價低。2. 遠距離輸電面臨的問題師：要想探索電能的輸送，我們就從電路圖的設(shè)計開始，請你要所發(fā)的練習(xí)單上設(shè)計電 站把電能直接輸送給用戶的電路圖。（提示：用電站代替電源，用戶代替用電器）生：設(shè)計電路圖，可相互討論后再設(shè)計。師：這位同學(xué)請按照你的設(shè)計上去安裝輸電電路，其它同學(xué)交流彼此的設(shè)計。老師再用 展示平臺展示其它同學(xué)的設(shè)計圖。（1）實驗探究輸電損耗實驗器材（如圖）：學(xué)生電源、電阻定律演示儀（使用其中的鎳鉻絲）、小燈座（帶 燈泡）師：（實驗指導(dǎo)）用學(xué)生電源輸出 4V至6V的交流電表示電站，用電阻定律

7、演示儀中的 兩根鎳鉻絲做輸電線，通過導(dǎo)線將小燈泡接入電路。一名同學(xué)拿穩(wěn)小燈泡，另一名 同學(xué)從電流輸入端沿導(dǎo)線選擇不同的幾個位置，直至導(dǎo)線另一端，代替距離電站遠 近不同的用戶。請大家觀察燈泡亮度的變化。師：你們觀察到什么現(xiàn)象呢？生：隨著輸電線長度的增長，用戶家的小燈泡逐漸變暗。師：為什么距離電站遠近不同的用戶待遇不一樣呢？如果你是工程師，通過剛才的模擬 實驗，你認為為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？遠距離大功率輸電面臨的問題是什么呢？ 生：輸電線上有電阻，在輸電線上有功率損失和電壓損失。當有電流流過輸電線時，有 一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱而損失掉了， 這是輸電線上功率損失和電壓損失的主要原因。 線路越長，電能損

8、失越大，小燈泡獲得的電能也就越少。師：回答得非常好。我們將電站輸出來的電壓、功率用U輸、P輸表示，輸電線電流為I，輸電線總電阻為R線，用戶得到的電壓、功率用U用、P用來表示，輸電線損失的電壓、 功率用U損、P損來表示，那輸電線上損失的電壓、電功率如何計算呢？師：同學(xué)們歸納得非常好，如果某天晚自習(xí)時突然停電，學(xué)校立即發(fā)電，你將怎樣計算學(xué)校發(fā)電機房到教室的輸電線的功率損失呢？請看題：例1.在某天晚自習(xí)時，突然停電。我校發(fā)電機的輸出電壓為 U輸，發(fā)電機至教室的輸電 線電阻為R線,通過導(dǎo)線的電流為I,教室的輸入電壓為U用,下列4個計算輸電線功率損耗的式子中，正確的有哪些（）（U寅-Um）3、降低輸電損

9、耗的途徑師：既然同學(xué)們發(fā)現(xiàn)遠距離輸電面臨電能損失問題，我們可以采取什么途徑降低輸電損 耗呢？生：減小I，減小R線。師：這正是減小輸電損耗的兩個途徑。那么，如何減小輸電線的電阻呢？莊圻-P師：首先，我們來分析減小輸電線電阻。根據(jù)電阻定律， 二，我們可以從幾方面考 慮呢？這些方面是否都可行呢？生：根據(jù)電阻定律可知 R線=pS，要減小輸電線的電阻R線，可采用下述方法： 減小材料的電阻率 p銀的電阻率最小，但價格昂貴，目前選用電阻率較小的銅或 鋁作輸電線。 減小輸電線的長度L不可行，因為要保證輸電距離。 增加導(dǎo)線的橫截面積，可適當增大橫截面積.。太粗不可能，既不經(jīng)濟架設(shè)又困難。 師：下面我們分析如何減

10、小輸電電流。思考與討論：設(shè)輸電電壓為 U,輸電電流為I，線路總電阻為R線。(1)怎樣計算輸電線路損失的功率？(2) 在輸電電流一定的情況下，如何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？(5) 在保證用戶電功率的前提下，怎樣才能減小輸電電流？生：通過分析以上問題得出，為了減少功率損失和電壓損失，在保證一定輸送功率的前 提下，可以通過提高輸電電壓來減小輸電電流。但并不是電壓越高越

11、好。因為電壓 越高，對輸電線絕緣的要求就越高，費用也越高。實際輸電時，要綜合考慮各種因 素。4、設(shè)計高壓輸電的原理圖師：大家分析得很好！找到了生活中為什么用高壓輸電的原因。我們用什么可獲得高壓 呢？這些途徑可行嗎？請你在上面的電路圖的基礎(chǔ)上設(shè)計高壓輸電的原理圖，并用 模擬電路來驗證。生：先升壓，經(jīng)輸電線后再降壓師：用到什么設(shè)備呢？生：升壓變壓器和降壓變壓器 師：請大家畫出高壓輸電的原理圖。（引導(dǎo)學(xué)生交流討論，一起畫出高壓輸電的原理簡 圖）。師：（設(shè)疑激趣） 讓學(xué)生搭建電路，用自制的高壓輸電演示器（電路如圖）模擬高壓輸 電過程，給小燈泡供電。并與之前的演示實驗進行對比小燈泡的亮度?？梢悦黠@地 并

12、觀察到實驗現(xiàn)象經(jīng)高壓輸電的燈泡比常壓輸電時亮的多。從而得出結(jié)論：高 壓輸電降低了輸電損耗。5真實的遠距離高壓輸電師：常用的輸電模式有幾種？各是什么？生：低壓輸電：輸電功率為100 kW以下，距離為幾百米以內(nèi)，一般采用 220 V的電壓輸 電。高壓輸電：輸電功率為幾千千瓦到幾萬千瓦，距離為幾十千米到幾百千米，一般采用 35 kV 或 110 kV 的電壓輸電。超高壓輸電：輸電功率為10萬千瓦以上，距離為幾百千米，必須采用 220 kV或更 高的電壓輸電。師：我國遠距離輸電采用的電壓有哪幾種？生：有 110 kV、 220 kV、330 kV、500 kV。師：實際的遠距離輸電線路復(fù)雜多了，我們可

13、以通過網(wǎng)絡(luò)視頻了解真實版的遠距離輸電過程。 om=my6了解電網(wǎng)供電及其優(yōu)點 師：電能的輸送是一個系統(tǒng)工程，為保證電能輸送的可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟，人們設(shè)計建造 了電網(wǎng)，采用電網(wǎng)供電。課后請同學(xué)們?nèi)フJ識一下電網(wǎng)輸電的過程，了解電網(wǎng)供電 的優(yōu)點。結(jié)束語： 通過我們今天的努力，我們發(fā)現(xiàn)了電能輸送過程中的問題，找到了解決問題的 途徑使用高壓交流輸電模式。在實際生活中，我們只有這種模式嗎？存在直流輸電 模式吧？在交流輸電過程中，除了電能損失之外，還面臨哪些問題？城市的運轉(zhuǎn)需要強大的電力，一旦出現(xiàn)固障該怎么辦？這些都是值得我們繼續(xù)攀登的問題。禾I用你們的智 慧，利用你們所學(xué)的知識去為人類點亮更多的光明之路吧！

14、7.例題分析例2.輸送4400kW的電功率，采用110 kV高壓輸電，輸電導(dǎo)線中的電流是多少？如 果用110V電壓,輸電導(dǎo)線中的電流是多少？三、課堂小結(jié)通過本節(jié)學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)以下問題：1. 理解在輸電功率一定的情況下，提高輸電電壓，可以減少輸電線上的功率損失和 電壓損失。U損p總2. 遠距離輸電線路上，P損=|2r=-r，其中I = u。3. 遠距離輸電中，米用咼壓輸電 P損和U損都能減少。4. 電站輸出功率由用戶消耗功率決定。5. 學(xué)習(xí)建構(gòu)物理模型，節(jié)約用電，養(yǎng)成勤儉節(jié)約的好習(xí)慣四、布置作業(yè)1 .閱讀教材“科學(xué)漫步”和“ STS”欄目中的文章。2 .書面完成F5o “問題與練習(xí)”第3、4、5題；思考并回答第1、2題五、板書設(shè)計1. 電能的輸送的基本要求可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟2. 降低輸電損耗的兩個途徑(1) 減小輸電線的電阻R線(2) 減小輸電線的電流I六、課后延伸電能的輸送3. 電網(wǎng)供電(1) 什么是電網(wǎng)(2) 電網(wǎng)供電的優(yōu)點4、高壓輸電模型通