電能的輸送教學(xué)設(shè)計(jì).doc

電能的輸送探究性教學(xué)設(shè)計(jì)重慶市實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)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(yùn)用前面所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的一個(gè)典型例子。課程設(shè)計(jì)力求將理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(yùn)用物理知識(shí)綜合分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，動(dòng)手能力和合作探究的能力。教材寫(xiě)得比較詳細(xì)、通俗，可讓學(xué)生閱讀課本，然后提出一些問(wèn)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(gè)方面：1對(duì)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(shí)出發(fā)，進(jìn)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損U輸U(kuò)用與輸電電壓混淆起來(lái)，甚至進(jìn)而得出錯(cuò)誤結(jié)論。要通過(guò)具體的例子，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，澄清認(rèn)識(shí)。這樣可達(dá)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(duì)輸電問(wèn)題有更全面、更深入和更接近實(shí)際的認(rèn)識(shí)，知道影響輸電損失的因素不止一個(gè)，分析問(wèn)題應(yīng)綜合考慮，抓住主要方面。但真正的實(shí)際問(wèn)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(shí)際問(wèn)題，也不要求對(duì)輸電過(guò)程中感抗和容抗的影響進(jìn)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(rèn)識(shí)問(wèn)題，逐步樹(shù)立正確地分析問(wèn)題、認(rèn)識(shí)問(wèn)題的觀點(diǎn)和方法。節(jié)后設(shè)的閱讀材料直流輸電既可以開(kāi)闊學(xué)生眼界，也可以增加知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）知道“便于遠(yuǎn)距離輸送”是電能的優(yōu)點(diǎn)，知道輸電過(guò)程，了解遠(yuǎn)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(yuǎn)距離輸電要用高壓。理解高壓輸電過(guò)程中電壓、電流及功率的關(guān)系，能夠正確分析相關(guān)問(wèn)題及電網(wǎng)輸電過(guò)程。2、過(guò)程與方法（1）讓學(xué)生體驗(yàn)理論分析與實(shí)驗(yàn)探究遠(yuǎn)距離高壓輸電的過(guò)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(guò)遠(yuǎn)距離輸電原理分析，具體計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過(guò)程，使學(xué)生學(xué)會(huì)分析解決實(shí)際問(wèn)題的兩種基本方法：理論分析、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過(guò)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(wèn)題；培養(yǎng)學(xué)生遇到問(wèn)題要認(rèn)真、全面分析的科學(xué)態(tài)度。（2）通過(guò)分析討論及模擬實(shí)驗(yàn)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(guó)遠(yuǎn)距離輸電概況，激發(fā)學(xué)生投身祖國(guó)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(diǎn)：找出影響遠(yuǎn)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(diǎn)：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臺(tái))、投影儀。課時(shí)安排：1課時(shí)教學(xué)過(guò)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(diǎn)亮半個(gè)中國(guó)的嗎？在實(shí)際工程中，電能的輸送又有哪些優(yōu)點(diǎn)和基本要求呢？請(qǐng)閱讀教材45頁(yè)13自然段，勾畫(huà)出對(duì)輸電要求的關(guān)鍵詞。生：閱讀并展開(kāi)激烈的討論。二、新課教學(xué)1電能輸送的優(yōu)點(diǎn)的基本要求師：電能輸送的優(yōu)點(diǎn)是什么？生：電能通過(guò)輸電線就可以輸送到遠(yuǎn)方相對(duì)于煤炭、石油等能源的輸送需要大量的交通運(yùn)載工具來(lái)說(shuō)，“方便和節(jié)約”是它突出的優(yōu)點(diǎn)。師：遠(yuǎn)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(jì)?？煽?，是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。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(jì)是指輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗小，電價(jià)低。2遠(yuǎn)距離輸電面臨的問(wèn)題師：要想探索電能的輸送，我們就從電路圖的設(shè)計(jì)開(kāi)始，請(qǐng)你要所發(fā)的練習(xí)單上設(shè)計(jì)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(jì)電路圖，可相互討論后再設(shè)計(jì)。師：這位同學(xué)請(qǐng)按照你的設(shè)計(jì)上去安裝輸電電路，其它同學(xué)交流彼此的設(shè)計(jì)。老師再用展示平臺(tái)展示其它同學(xué)的設(shè)計(jì)圖。（1）實(shí)驗(yàn)探究輸電損耗實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo)）用學(xué)生電源輸出4V至6V的交流電表示電站，用電阻定律演示儀中的兩根鎳鉻絲做輸電線，通過(guò)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(gè)位置，直至導(dǎo)線另一端，代替距離電站遠(yuǎn)近不同的用戶。請(qǐng)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(zhǎng)度的增長(zhǎng)，用戶家的小燈泡逐漸變暗。師：為什么距離電站遠(yuǎn)近不同的用戶待遇不一樣呢？如果你是工程師，通過(guò)剛才的模擬實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？遠(yuǎn)距離大功率輸電面臨的問(wèn)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(dāng)有電流流過(guò)輸電線時(shí)，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(zhǎng)，電能損失越大，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(lái)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(lái)表示，輸電線損失的電壓、功率用U損、P損來(lái)表示，那輸電線上損失的電壓、電功率如何計(jì)算呢？生：、師：同學(xué)們歸納得非常好，如果某天晚自習(xí)時(shí)突然停電，學(xué)校立即發(fā)電，你將怎樣計(jì)算學(xué)校發(fā)電機(jī)房到教室的輸電線的功率損失呢？請(qǐng)看題：例1. 在某天晚自習(xí)時(shí)，突然停電。我校發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U輸,發(fā)電機(jī)至教室的輸電線電阻為R線,通過(guò)導(dǎo)線的電流為I,教室的輸入電壓為U用,下列4個(gè)計(jì)算輸電線功率損耗的式子中，正確的有哪些( ) A、 B、 C、 D、3、降低輸電損耗的途徑師：既然同學(xué)們發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電面臨電能損失問(wèn)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(gè)途徑。那么，如何減小輸電線的電阻呢？師：首先，我們來(lái)分析減小輸電線電阻。根據(jù)電阻定律，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，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。銀的電阻率最小，但價(jià)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(zhǎng)度L不可行，因?yàn)橐ＷC輸電距離。增加導(dǎo)線的橫截面積，可適當(dāng)增大橫截面積。太粗不可能，既不經(jīng)濟(jì)架設(shè)又困難。師：下面我們分析如何減小輸電電流。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(jì)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(lái)的一半，線路上損失的功率減為原來(lái)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(lái)的一半，線路上損失的功率減為原來(lái)的幾分之一？（3）通過(guò)第2步的兩項(xiàng)計(jì)算，你認(rèn)為哪個(gè)途徑對(duì)于降低輸電線路的損耗更為有效？（4）怎樣計(jì)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(guò)分析以上問(wèn)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(guò)提高輸電電壓來(lái)減小輸電電流。但并不是電壓越高越好。因?yàn)殡妷涸礁?，?duì)輸電線絕緣的要求就越高，費(fèi)用也越高。實(shí)際輸電時(shí)，要綜合考慮各種因素。4、設(shè)計(jì)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(qǐng)你在上面的電路圖的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)高壓輸電的原理圖，并用模擬電路來(lái)驗(yàn)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(qǐng)大家畫(huà)出高壓輸電的原理圖。（引導(dǎo)學(xué)生交流討論，一起畫(huà)出高壓輸電的原理簡(jiǎn)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(guò)程，給小燈泡供電。并與之前的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比小燈泡的亮度?？梢悦黠@地并觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象經(jīng)高壓輸電的燈泡比常壓輸電時(shí)亮的多。從而得出結(jié)論：高壓輸電降低了輸電損耗。5真實(shí)的遠(yuǎn)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(wàn)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(wàn)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(guó)遠(yuǎn)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(shí)際的遠(yuǎn)距離輸電線路復(fù)雜多了，我們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻 了解真實(shí)版的遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程。視頻網(wǎng)址：/show/oQxptloEtvZ-uoyoXZlWPQ.html?from=my6了解電網(wǎng)供電及其優(yōu)點(diǎn)師：電能的輸送是一個(gè)系統(tǒng)工程，為保證電能輸送的可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)，人們?cè)O(shè)計(jì)建造了電網(wǎng)，采用電網(wǎng)供電。課后請(qǐng)同學(xué)們?nèi)フJ(rèn)識(shí)一下電網(wǎng)輸電的過(guò)程，了解電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)我們今天的努力，我們發(fā)現(xiàn)了電能輸送過(guò)程中的問(wèn)題，找到了解決問(wèn)題的途徑使用高壓交流輸電模式。在實(shí)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(guò)程中，除了電能損失之外，還面臨哪些問(wèn)題？城市的運(yùn)轉(zhuǎn)需要強(qiáng)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(wèn)題。利用你們的智慧，利用你們所學(xué)的知識(shí)去為人類點(diǎn)亮更多的光明之路吧！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(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)以下問(wèn)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。2遠(yuǎn)距離輸電線路上，P損I2R，其中I。3遠(yuǎn)距離輸電中，采用高壓輸電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(shū)面完成P50“問(wèn)題與練習(xí)”第3、4、5題；思考并回答第1、2題。五、板書(shū)設(shè)計(jì)電能的輸送61電能的輸送的基本要求可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)2降低輸電損耗的兩個(gè)途徑（1）減小輸電線的電阻R線（2）減小輸電線的電流I3電網(wǎng)供電（1）什么是電網(wǎng)（2）電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn)4、高壓輸電模型六、課后延伸通過(guò)