高中物理55電能的輸送教案

1、55 電能的輸送【教學目標】（一）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。2知道降低輸電損耗的兩個途徑。3了解電網供電的優(yōu)點和意義。（二）過程與方法通過思考、討論、閱讀，培養(yǎng)學生閱讀、分析、綜合和應用能力（三）情感、態(tài)度與價值觀1培養(yǎng)學生遇到問題要認真、全面分析的科學態(tài)度。2介紹我國遠距離輸電概況，激發(fā)學生投身祖國建設的熱情?！窘虒W重點】找出影響遠距離輸電損失的因素，使學生理解高壓輸電可減少功率與電壓損失?！窘虒W難點】理解高壓輸電原理，區(qū)別導線上的輸電電壓U和損失電壓U?！窘虒W方法】自學討論法、閱讀法、講解法?！窘虒W工具】投影儀、投影片【教學過程】（一）引入新課師：人們常

2、把各種形式的能（如水流能、燃料化學能、核能）先轉化為電能再進行傳輸，這是因為電能可以通過電網來傳輸，那么電能在由電廠傳輸給用戶過程中要考慮什么問題？這節(jié)課我們就來學習遠距離輸電的知識，請同學們認真仔細地閱讀教材，回答老師提出的下列問題（屏幕上打出）。生：閱讀并展開激烈的討論。（二）進行新課1降低輸電損耗的兩個途徑師：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、經濟。可靠，是指保證供電線路可靠地工作，少有故障和停電。保質，就是保證電能的質量，即電壓和頻率穩(wěn)定。經濟是指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗小。師：遠距離大功率輸電面臨的困難是什么？生：在輸電線上有功率損失。師：輸

3、電線上功率損失的原因是什么？功率損失的表達式是什么？降低輸電損耗的兩個途徑是什么？生1：由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉化為電熱而損失掉了。這是輸電線上功率損失的主要原因。生2：設輸電電流為I，輸電線的電阻為r，則功率損失為P=I2r.生3：根據功率損失的表達式P=I2r可知，要減少輸電線上的功率損失，有兩種方法：其一是減小輸電線的電阻；其二是減小輸電電流。師：如何減小輸電線的電阻呢？生：根據電阻定律可知r=，要減小輸電線的電阻r，可采用下述方法：減小材料的電阻率.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

4、.增加導線的橫截面積，可適當增大橫截面積。太粗不可能，既不經濟又架設困難。師：如何減小輸電線中的電流呢？閱讀并回答教材49頁“思考與討論”中的問題。生：在輸電功率一定的條件下，根據P=UI可知，要減小輸電線中的電流I，必須提高輸電電壓U，這就是采用高壓輸電的道理。師：以上兩個途徑中，哪一個對于降低輸電線路的損耗更有效？舉例說明。生：采用高壓輸電。在輸電電流一定的情況下，線路電阻減為原來的一半，線路中損耗的功率減為原來的。在線路電阻一定的情況下，電壓提高一倍，線路中的電流減為一半，而損耗的功率減為原來的。師：大型發(fā)電機發(fā)出的電壓不符合遠距離輸電的要求，怎么辦？而到達目的地的電壓也不符合用戶的要求

5、，怎么辦？生：在發(fā)電機處用升壓變壓器升高電壓，在用戶處用降壓變壓器降低電壓.師：投影片展示我國遠距離高壓輸電情況及遠距離高壓輸電的原理。如下圖所示。設發(fā)電機的輸出功率為P，則功率損失為P=I22R用戶得到的功率為P用=P-P.輸電線路上的電壓損失為：U=I2R，則U3=U2-U.師：目前，我國常用的遠距離輸電采用的電壓有哪幾種？生：有110 kV、220 kV、330 kV，輸電干線采用500 kV的超高壓，西北電網正在建設750kV的線路。師：是不是輸電電壓越高越好？為什么？生：不是。電壓越高，對輸電線路和變壓器的要求越高，建設費用越高。實際輸送電能時，要綜合考慮，如輸送功率的大小、距離的遠

6、近、技術和經濟要求等，要依照不同情況選擇合適的輸電電壓。2電網供電師：采用電網供電的優(yōu)點是什么？生：可以在能源產地使用大容量發(fā)電機組，降低一次能源的輸送成本，獲得最大的經濟效益。同時，電網可以減少斷電的風險，調劑不同地區(qū)電力供需平衡，保障供電質量。3例題精講（投影例題）例 某交流發(fā)電機輸出功率為5×10.5 W，輸出電壓為U=1.0×10.3 V，假如輸電線的總電阻R=10 ，在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5%，用戶使用電壓U=380 V.（1）畫出輸電線路的示意圖（下圖）。（標明各部分的符號）（2）所用升壓和降壓變壓器的原、副線圈的匝數比是多少？（使用的變壓器是理想

7、變壓器）解析：引導學生畫出電路。引導學生寫出各部分關系式UU1=n1n2I2I1=n1n2U2U用=n1n2I3I2=n1n2U1=U損+U2 P=P損+P用戶 P損=I22·R解：I1=500 AP損=5%P=5%×5×105 W=2.5×104 WP損=I22RI2=50 AI3=所以（三）課堂總結、點評通過本節(jié)學習，主要學習以下問題：1降低輸電損耗的兩個途徑：減小線路電阻和減小輸電電流。減小輸電電流是最有效的途徑。遠距離輸電線路上，P損=I2r=，其中（I=）。采用高壓輸電可以達到減小輸電電流的目的。2電網供電的優(yōu)點（四）實例探究1、高壓輸電的優(yōu)點

8、【例1】遠距離輸送交變電流都采用高壓輸電。我國西北電網正在建設750kV線路。采用高壓輸電的優(yōu)點是 （ ）A可節(jié)省輸電線的銅材料B可根據需要調節(jié)交流電的頻率C可減少輸電線上的能量損耗D可加快輸電的速度解析：遠距離輸電過程中，由于電流的熱效應，輸電線上發(fā)生熱損耗，根據焦耳定律，損耗功率P損=I2R=（）2R，式中P為輸電功率，U為輸電電壓，R為輸電線電阻，在P、R不變時，P損（）2，所以采用高壓輸電可減少輸電線上的能量損耗，當P損、P不變時，RU2，又R=，聯立得輸電線橫截面積S.采用高壓輸電，在損耗功率不變的情況下可使輸電線橫截面積大大減小而節(jié)省輸電線銅材料.選項A、C正確點評：在遠距離輸送電

9、能計算線路功率損耗時常用關系式P損= I線2R線計算.其原因是I線較易求出：I線=P送/U送，而P送=I送U送或P損=U線2/R線則不常用，其原因是在一般條件下，U線不易求出，且易把U線和U送相混淆而造成錯誤。2、遠距離輸電的過程【例2】某小型水電站發(fā)電機輸出的電功率為100 kW，輸出電壓 250 V，現準備向遠處輸電，所用輸電線的總電阻為8 ，要求輸電時在輸電線上損失的電功率不超過輸送電功率的5%，用戶獲得220 V電壓.求應選用匝數比為多大的升壓變壓器和降壓變壓器？（理想變壓器）解析：畫出高壓輸電線路圖如圖所示設升壓變壓器原線圈電流為I1，電壓為U1，有U1=250 V，I1= A=40

10、0 A.升壓變壓器副線圈電流為I2，當輸電線上損失功率為輸送功率的5%時，有P=I22r線=5%PI2= A=25 A因此升壓變壓器的匝數比降壓變壓器副線圈中的電流為I4，用戶得到的功率P=P-P=95%P又P=U4I4所以I4= A=431.8 A.而降壓變壓器原線圈電流I3=I2=25 A所以，降壓變壓器匝數比.點評：解決傳輸電問題時，應注意:根據輸電情況畫出傳輸電路圖.注意傳輸功率P，線路損失功率P和用戶得到功率P及傳輸電壓、線路損失電壓和用戶得到電壓的區(qū)別和聯系，根據需要選用它們不同表示形式。（五）鞏固練習1交流輸電線路中形成電壓損失的主要原因是 （ ）A輸電導線具有電阻 B輸電導線具

11、有容抗C輸電導線具有感抗 D以上說法均不正確答案：ABC2交流輸電線路中形成功率損失的主要原因 （ ）A一定是輸電導線具有電阻 B一定是輸電導線具有容抗C一定是輸電導線具有感抗 D以上說法均不正確答案：A點評：電能的主要損耗是電熱。3在遠距離輸電過程中，為減少輸電線路上的電能損失，可采用的最佳方法是 （ ）A使輸電線粗一些B減短輸電線長度C減少通電時間 D采用高壓輸電答案：D點評：從造成電能損失的原因分析。4遠距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓提高到原來的n倍，則下列說法中正確的是 （ ）A輸電線上的電流變?yōu)樵瓉淼膎倍B輸電線上的電壓損失變?yōu)樵瓉淼?/n2C輸電線上的電功率損失變?yōu)樵瓉淼?

12、/nD若輸電線上的電功率損失不變，輸電線路長度可變?yōu)樵瓉淼膎2倍解析：P=UI，當U變?yōu)閚倍時，I變?yōu)樵瓉淼模浑妷航担篣=R線；電功率損失：P損=（）2R線 輸電線電阻R=，當l變?yōu)閚2倍時，電阻增大n2倍，由式知P損不變。答案：D點評：輸送功率不變，電流和電壓成反比。5下列關于減小遠距離輸電導線上熱損耗的說法中，正確的是 （ ）A因為熱功率P=，所以應降低輸送電壓，增大輸電導線電阻，才能減小輸電導線上的熱損耗B因為熱功率P=IU，所以應采用低電壓、小電流輸電，才能減小輸電導線上的熱損耗C因為熱功率P=I2R，所以可采用減小輸電線電阻或減小輸送電流的方法來減小輸電導線上的熱損耗D以上說法均不正

13、確解析：不能盲目看公式，要注意其物理意義的表達，在求熱損耗時：P損=I線2R線或用P熱=U線I線，也可用P=，但U必須為輸電線兩端的電壓.答案：C點評：弄清P熱=I2R中各量的含義。6發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學校的輸電導線的總電阻為R，通過導線的電流為I，學校得到的電壓為U2，則輸電導線上損耗的功率可表示為 （ ）AB CI2RDI（U1-U2）答案：BCD點評：弄清P熱=I2R中各量的含義。7用U1=U和U2=kU兩種電壓來輸送電能，若輸送的功率相同，在輸電線上損失的功率相同，導線的長度和材料也相同，則在兩種情況下導線的橫截面積S1S2為 （ ）Ak1B1k Ck21D1k2解

14、析：輸電電流：I=，能量損失：P損=I2R=I2，所以S=所以：S，所以：S1S2=（kU）2U2=k21.答案：C點評：輸電線的電阻R=。8遠距離輸電時，輸送電壓為6000 V，功率為500 kW，這時，安裝在輸電線路起點和終點的電能表一晝夜里讀數相差4800 kW·h，則輸電效率為多大？輸電導線的電阻為多少？解析：由能的轉化與守恒定律可知：=×100%=（1-）×100%=60%因為：P損=P×40%，P損=·r所以：r= 28.8 點評：電能表的讀數差值就是輸電線上電能的損耗。9山區(qū)小水電站發(fā)電機的輸出功率為100 kW，輸出電壓為250

15、 V，從發(fā)電機到用戶之間輸電線的總電阻為8，要使輸電線上的功率損失為輸出功率的5%，而用戶得到的電壓恰好為220 V.在發(fā)電機兩端先用升壓變壓器升壓，到用戶再用降壓變壓器把電壓降低，不考慮線圈的感抗和其他影響，求這兩個變壓器的匝數比n1n2和n3n4各是多少？解析：升壓變壓器原線圈中的電流為I1= A=400 A，輸電線路的熱損耗功率為P損=5%P=5000 W，則升壓變壓器副線圈中的電流為I2= A=25 A，故n1n2=I2I1=116.升壓變壓器副線圈兩端電壓為U2=U1=×250 V=4000 V，降壓變壓器原線圈兩端電壓應為U3=U2-IR=4000 V-25 A×8 =3800 V，故對降壓變壓器n3n4=U3U4=3800220=19011點評：畫出一個輸電線路草圖，搞清輸送功率、線路損耗功率，用戶得到功率的關系；輸電電壓、損失電壓、用戶得到的電壓等幾個電壓的關系是關鍵。（六）課余作業(yè)1閱讀教材“科學漫步”和“STS”欄目中的文章。2書面完成P48“問題與練習”第3、4、5、6題；思考并回答第1、2題。資料袋求解輸電問題的思路由于發(fā)電機本身的輸出電壓不可能提高，所以采用高壓輸電時，在發(fā)電站內需用升壓變壓器升壓后再