2019-2020年高中物理 5电能的输送教案 新人教版选修3.doc

2019-2020年高中物理 5电能的输送教案 新人教版选修3教学分析应使学生明确，电能的输送是一个理论性和技术性都很复杂的系统工程，属于电力工程学科的一个分支。我们在高中仅仅对它做一个初步的了解，教学中要围绕输送电能的基本要求：“可靠”“保质”“经济”展开。第一，怎样减少电能的损失？这是理解如何确保“经济”这一基本要求的关键问题。教材是通过“思考与讨论”栏目，将输电过程简化，根据学生的实际情况，引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论。第二，怎样既“经济”又“保质”地将电能送到用户？也就是如何才能做到既没有太大的电能损失又保证各种用电设备正常工作。一方面要使学生知道交流远距离输电的基本方式：低压发电高压输电低压用电。另一方面要使学生了解变压器在输电过程中的重要作用，再次体会交流电的优点所在。第三，还应该指出输电电压不是越高越好，要综合考虑各种因素，防止看问题片面化和绝对化。教学目标1知道“便于远距离输送”是电能的优点。2知道电能输送过程中有功率损失和电压损失，理解降低这两种损失的途径。3知道输电过程的几个环节，并能够画出示意图，根据示意图会进行简单的计算。4了解电网供电的优点。5了解输电的新技术。教学重点难点1理解高压输电是减少功率损失和电压损失的切实可行的措施。2输电过程示意图中各物理量之间的关系。3区别输电线上损失的功率和输电功率；输电线上损失的电压和输电电压。4利用输电过程示意图进行简单的计算。教学方法与手段自学、讨论、交流、演示实验。教学媒体可变变压器、3.8 V小灯泡一只、开关一个、学生电源一个、定值电阻一个、导线若干。知识准备复习电功率、闭合电路欧姆定律、欧姆定律等知识。(本文课件见http：/zhyh.org/？actioncopyright！show&id1826)主要教学环节与事件：分任务、师生活动、设计说明。导入新课事件1教学任务：创设情境，导入新课。师生活动：为了合理地利用自然资源，水电站要建在水库大坝上，以煤为燃料的电站最好建在煤矿附近。但是可能距离用电的地方很远，因此常常要把电能输送到远方。用导线把电源和用电设备连接起来就可以输送电能了，这是电能的一个突出优点。输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。可靠是保证线路可靠地工作，少有故障。保质就是保证电能的质量电压和频率稳定。各种用电设备都是按照一定的电压设计的，电压过高或过低，用电器都不能正常工作，甚至损坏。使用交流的用电器还要求频率稳定。经济则是指输电线路运行和建造费用低，电能损耗少。本节课主要讨论怎样在输电过程中减少电能的损失。推进新课事件2教学任务：学习降低输电损耗的两个途径。师生活动：思考与讨论输电电路图假定输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r。在下图中，导线的电阻集中画为一个电阻r。由于导线具有电阻，用户一方的电压略低于电厂输送的电压。但是，实际输电线路损失的电压不会太大，所以在粗略的估算中，无论是电厂一方计算输出的功率还是用户一方计算输入的功率，如果要用到电压，可以取同一个值U。讨论：1.怎样计算输电线路损失的功率？(P线IR线)2在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？(1/2)在线路电阻一定的情况下，如果电流减为原来的一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？(1/4)3通过第二步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？(减小电流)4怎样才能减小线路电阻？有什么困难？(增加导线横截面积，采用电阻率小的导线导电)(困难是：面积增大，导线重力大，增加架线的困难；同时耗材增加；减小电阻率，导线造价高，太浪费)5怎样计算用户得到的功率？(PUIP输P损P输I2r)6在保证用户功率的前提下，怎样才能减小输电电流？(提高输电电压)【演示实验】在输电线路电阻一定的条件下，提高电压，用户得到的电功率变大。(通过灯泡的亮度观察得到的功率情况)线路如图所示：实验过程：1.电源用学生电源提供，小灯泡为3.8 V普通灯泡。线路接入定值电阻相当于远距离输电线路的电阻。2采用可调变压器，当输出电压为4 V时，观察灯泡的亮度；当输出电压提高时，比较前后两种输送电压下灯泡的亮度。结论：远距离输电时，为了降低输电线路中的损耗，就要减小输电电流；为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。现代远距离输电的电压都很高。目前我国远距离送电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已经采用500 kV的超高压，西北电网的电压甚至达到750 kV。事件3介绍电网供电师生活动：利用文字资料与图片，介绍如下图所示电网供电的有关知识：输电过程示意图一般发电机输出的电压在十千伏上下，不符合远距离输电的要求。因此，要在发电站内用升压变压器，升压到几百千伏后再向远距离送电。达到数百千米甚至数千千米之外的用电地区之后，先在“一次高压变电站”降到一百千伏左右，在更接近用户的地点再由“二次变电站”降到十千伏左右。然后，一部分电能送往大量用电的工业用户，另一部分经过低压变电站降到220 V/380 V，送给其他用户。事件4教学任务：利用远距离输电图解决有关问题。1下图为远距离输电的示意图，输电过程包括哪几个部分？完成各物理量之间关系的填空。(1)对于理想变压器，_；，_。()(2)对于理想变压器P1U1I1；P2_；P3_，P4_；P1P2；P3_P4。(P2U2I2P3U3I3P4U4I4P3P4)(3)输电线上损失的电压(U线I线R线)。输电线上损失的功率P线IR线_。(P线IR线U线I线U/R线)(4)由电路关系可得：I2I线I3；U2_U3；P2_P3。(U2U线U3；P2P线P3)(5)注意区别：输电电压U2与输电线上损失的电压U线，二者关系为_。(U2U线U3)输电功率P2与输电线上损失的功率P线，二者关系为_。(P2P线P4)(学生讨论，交流，总结)2把200 kW的电能用铝导线输送到10 km以外，使用200 V电压输电，导线上的功率损失达到10%，已知铝的电阻率为2.9108 m，则输电线的直径约为多大？(约为19 cm)解析：由输送功率公式P输UI得I103 A，10%P输I2R得R2102 。由电阻公式R及S()2(l2104 m)得d0.19 m，可见此时导线太粗，不可行。通过该题体会“增大横截面积来减小电阻的不可行性”。事件5教学任务：阅读科学漫步，了解输电新技术。提高学生科学素养。师生活动：学生自主阅读课本知识，回答如下几个问题：1交流输电的优缺点是什么？2过去的直流输电与现在的直流输电有何不同？3什么是超导电缆输电？有何好处？答案：1.优点：容易制造高压、大功率的发电机，并通过变压实现高压甚至超高压输电。缺点：输电线路的导线不但有电阻，还有电感、电容产生的感抗和容抗，有时其作用会超过电阻，影响输电。联网供电的同步技术难实现。2过去制造高电压、大功率的直流发电机很困难，且电压不能直接升高，实现高压输电困难。现在解决了制造大功率的整流和逆变设备难题，仅在输电环节使用直流，有一定的发展。3许多导体在温度特别低时电阻可降为零，这个现象叫超导现象。利用超导体材料做成的电缆进行输电叫超导电缆输电。在很多场合下，都可在原有的电缆管道内把旧电缆更换为超导电缆，能使供电容量提高三至五倍。事件6教学任务：阅读STS“大面积停电引发的思考”，开阔学生视野。师生活动：学生自主阅读课本知识，交流讨论，回答如下几个问题：1当遇到一些突发事件时，你认为应该如何应付？2通过以上事例，以及你对待科学技术与社会关系的体会，你认为人类有必要在这样大的程度上依赖技术吗？课堂巩固与反馈事件7教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：4分钟。1对于电能的输送，以下说法正确的是()A输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济B减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电C减小输电导线上功率损失的唯一方法是增大导线的横截面积D实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等2当远距离高压输送一定电功率时，输电线上损耗的功率与电路中的()A输送电压的平方成正比 B输送电压的平方成反比C输电线中电流的平方成正比 D导线中电流的平方成反比3关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是()A由功率PU2/R，应降低输电电压，增大导线电阻B由PIU，应低电压小电流输电C由PI2R，应减小导线电阻或减小输电电流D上述说法均不对4用电器电阻值为R，与交变电源距离为L，输电线电流为I，电阻率为，要求输电线上电压损失不超过U。则输电线截面积最小值为()AL/R B2LI/UCU/LI D2UL/I5远距离输送一定功率的交变电流，若送电电压提高到n倍，则输电导线上()A电能损失为原来的倍 B电压损失为原来的倍C电能损失减少倍 D电压损失减少倍答案：1.AD2.BC3.C4.B5.ABCD课堂小结事件8教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。这部分内容，单独作为一课题，使学生意识到，高压输电的意义，以及输电方法的科学性与多样性。布置作业1复习本节教材。2完成课本课后问题与练习。思考与练习1发电厂输出功率为9 900 kW，输电线电阻为2 ，分别用18 kV和110 kV的高压输电，则导线上损失的功率分别为、。(605 kW16.2 kW)2变压器接入某输电电路中，现以相同的输入电压U，不同的输出电压输送相同的电功率P，输电线电阻为R。当副线圈与原线圈匝数比为k时，输电线线路上损耗的功率为；当匝数比为nk时，线路上损耗的功率为原来的倍。(P/kU)2R1/n23有一条河流，河水流量为4 m3/s，落差为5 m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为50%，发电机输出电压为350 V，输电线的电阻为4 ，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5%，而用户所需要电压为220 V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比。变压器为理想变压器，输电线路如图所示。(升压18，降压121) 本节课是本章的最后一节，和实际生活的结合非常密切。综合运用了前面变压器的知识，具有很强的实用性。在教学中结合实验，充分利用了课本丰富的阅读材料，扩充知识，提高科学素养，贯彻了快乐学习的理念。