人教版高中物理《電能的輸送》教學(xué)設(shè)計

1、 電能的輸送 【教材分析】本節(jié)內(nèi)容放在變壓器一節(jié)后，是對變壓器內(nèi)容的進一步深化，本節(jié)內(nèi)容具體介紹了變壓器在遠距離輸電中的應(yīng)用，是本章中較為重要的一節(jié)內(nèi)容。講解電路上的電壓損失，是本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?！緦W(xué)生分析】學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了變壓器的結(jié)構(gòu)、變壓器的變壓原理，在恒定電流一章中，也已經(jīng)學(xué)習(xí)了純電阻電路與非純電阻電路消耗功率的計算。因此，在教師的合理引導(dǎo)之下，學(xué)生完全有能力自己設(shè)計出遠距離輸電的模型。能夠成功地用所學(xué)知識來解決一個實際問題，對學(xué)生學(xué)習(xí)物理是一大激勵?！窘虒W(xué)目標】1、

2、知識和技能知道“便于遠距離輸送”是電能的優(yōu)點之一，知道輸電的過程；知道什么是輸電導(dǎo)線上的功率損失和如何減少功率損失；知道什么是輸電導(dǎo)線上的電壓損失和如何減少電壓損失；理解為什么遠距離輸電要用高壓。2、 過程和方法通過實驗?zāi)M的方法直觀展示出直接通過導(dǎo)線進行遠距離輸電的弊端，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生之間的相互討論，提出合理的遠距離輸電的模型。給學(xué)生提供一個運用物理原理和物理學(xué)的研究方法解決生產(chǎn)生活中實際問題的機會，通過這樣一個過程，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力和進一步學(xué)習(xí)物理知識的興趣。3、 情感態(tài)度和價值觀讓學(xué)生相互討論，不斷改進設(shè)計方案，使學(xué)生具有團隊合作的精神和勇于探究的科學(xué)態(tài)度。通過對北侖電廠

3、的介紹，培養(yǎng)學(xué)生熱愛家鄉(xiāng)的感情?！局仉y點分析】1、 分清輸送功率與輸電線上的消耗功率的區(qū)別；2、 分清輸電電壓、輸電線電壓損失和用戶輸入電壓的區(qū)別?！驹O(shè)計思想】從教材的要求來看，本課對知識技能的要求不是很高，能夠分清輸送功率和輸電線上消耗功率的區(qū)別，會選用功率計算的公式。就能夠比較準確地求解練習(xí)題目。一般的教法，我們可以先通過實驗，讓學(xué)生了解直接用輸電線進行電能的輸送，在輸電線上的電能損耗非常大。然后告訴學(xué)生通過高壓輸電可以減小輸電線的功率損耗，再通過幾道例題的練習(xí)，相信大部分學(xué)生都能把這一塊知識掌握起來。但是這樣一來，一個讓學(xué)生通過討論、探究來解決實際問題的機會就錯過了。學(xué)生會學(xué)得比較沒意思

4、。本教學(xué)設(shè)計從實際問題出發(fā)，步步深入，先讓學(xué)生了解電能的優(yōu)越性在于便于輸送，用實驗展示在遠距離傳輸過程中電能的損耗較大。再提出問題，怎樣才能減少輸送過程中電能的損耗，由學(xué)生討論解決方案。對每一解決方案進行講評、比較，最后得出用高壓輸電的方式是最好的解決方案。讓學(xué)生從這樣的探究過程中獲得解決實際問題的成功感。培養(yǎng)學(xué)生全面考慮問題的好習(xí)慣，對學(xué)生的思維方式是一次很不錯的鍛煉?！窘虒W(xué)過程】師：電能與其他類型的能量相比，其最大的優(yōu)點就是便于進行遠距離的輸送，今天這節(jié)課我們就來研究關(guān)于電能輸送的問題。首先我們來看一個例子。（拿出實驗器材：學(xué)生電源一個，打到交流4伏，小燈泡一只）現(xiàn)在我們要把學(xué)生電源的電能

5、輸送到小燈泡中，我們可以怎么操作？生：直接用導(dǎo)線將小燈泡與電源相連就可以了！師：（用兩根短導(dǎo)線將燈泡與電源相連，燈泡亮了）看來電能的傳輸真的很方便，只需要用導(dǎo)線就可以了。如果我要把這個學(xué)生電源里的電能傳輸?shù)礁h地方的一個小燈泡去呢，怎么做？生：用更長的導(dǎo)線就可以了啊。師：（從實驗籃里取出兩捆導(dǎo)線，每捆長50m左右，用兩條長導(dǎo)線將電源與燈泡連接起來）現(xiàn)在我用這兩捆長度約為50m的導(dǎo)線將電源與燈泡相連，將電能輸送到更遠一點的地方，請同學(xué)們注意觀察現(xiàn)象。（接通以后，燈泡也亮了，但是亮度明顯變暗）師：同樣的電源，同樣的燈泡，為什么用了長度不同的導(dǎo)線燈泡的亮度就不一樣了呢？請同學(xué)們思考一下。（學(xué)生討論后

6、叫一學(xué)生到黑板前分析）（生畫出電路圖如右）生分析如下：導(dǎo)線有電阻，導(dǎo)線的電阻跟長度成正比，第一次實驗時，導(dǎo)線很短，導(dǎo)線的電阻比較小，分到的電壓較小，燈泡分到的電壓就較大，所以比較亮。第二次實驗時，導(dǎo)線長了，電阻變大了。而電源的電壓沒變，燈泡分到的電壓就小了，因此燈泡就比第一次實驗時暗了。師：這位同學(xué)對實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析得非常到位。一般的用電器正常工作的時候都需要有穩(wěn)定的電壓，通過這個實驗我們可以發(fā)現(xiàn)：在電源穩(wěn)定的情況下，用電器得到的電壓跟導(dǎo)線的電阻有關(guān)。因此，用導(dǎo)線直接輸電有一個弊端：用戶得到的電壓不穩(wěn)定。再想想，直接用導(dǎo)線輸電，還有沒有其他的弊端呢？生：導(dǎo)線有電阻，實際的輸電線里的電流比

7、較大，導(dǎo)線上會產(chǎn)生大量的熱量，這部分熱量散失到空氣中去，不能為我們所利用，這是對能源的一種極大的浪費！師：對，這種輸電方式還會造成較大的能源浪費。在實際的輸電過程中，電能的輸送是從發(fā)電廠送往各個用戶。發(fā)電廠的位置有其特定的要求，用來輸電的導(dǎo)線比我們實驗用的長的多。同學(xué)們知道我國現(xiàn)在主要有哪些發(fā)電方式嗎？生：水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等等師：我國現(xiàn)在主要還是采用水力發(fā)電和火力發(fā)電。對水力發(fā)電廠的建造位置有什么要求？生：應(yīng)該建在水力資源豐富的地方，比如長江三峽電站。師：火力發(fā)電廠呢，你們覺得應(yīng)該建立在什么地方呢？生：靠近產(chǎn)煤區(qū)，或者運輸方便的地方。師：我們北侖有獨特的地理優(yōu)勢，靠近大港

8、口，運輸非常方便，非常適合于建造火力發(fā)電廠。（在投影屏幕上展示介紹北侖電廠的資料和圖片，讓學(xué)生對其有更具體的了解）現(xiàn)在假如我們要把北侖電廠發(fā)出的電能輸送到寧波中心城區(qū)，應(yīng)該怎么做呢？生：架設(shè)導(dǎo)線，將電能輸送過去。師：根據(jù)剛才我們對演示實驗的分析，北侖電廠發(fā)出的電能要輸送到寧波市中心，需要幾十公里長的導(dǎo)線，導(dǎo)線的電阻比我們剛才實驗時所用導(dǎo)線會大得多，導(dǎo)線上的電壓降落會更大。而且，有較大的電流流過這么長的導(dǎo)線，會產(chǎn)生大量的熱量散失到空氣中去。我們來看一個具體的實例：（投影展示題目）從北侖電廠到寧波市中心城區(qū)距離為30km，用橫截面積為1cm2的鋁導(dǎo)線進行輸電，鋁的電阻率為r2.910-8wm，假設(shè)

9、導(dǎo)線上通過的電流為10a，試求出一天（24小時）在導(dǎo)線上消耗的電能。（學(xué)生開始計算，叫一學(xué)生板演，教師巡視指導(dǎo)。巡視中發(fā)現(xiàn)一部分學(xué)生將導(dǎo)線的長度用30km代入，沒有注意輸電需要同樣長度的兩條導(dǎo)線這一事實，應(yīng)及時提醒)q= 代入具體數(shù)值計算： j師：從以上計算可以看出，在導(dǎo)線上消耗的電能是相當驚人的。要實現(xiàn)合理的輸送，必須把輸電線上的電能和電壓的損失盡可能減小。接下來我們就來研究如何減少這兩種損失，先來研究如何減少電能的損失。研究電能損失，其實只要研究輸電線上的功率損失，如何來減少輸電線上的功率損失。同學(xué)們能想出那些辦法呢？生：要減少功率損失，根據(jù)p損=i2r，要么減小輸電線上的電流，要么減小導(dǎo)

10、線的電阻。當然最好兩者都減小。師：先來看看如何減小導(dǎo)線的電阻。生：根據(jù)電阻定律，電阻的大小跟材料、長度以及橫截面積有關(guān)。我們可以通過改變這幾個因素來減小導(dǎo)線的電阻。師：好，那我們就一個一個來分析。首先看改變材料的電阻率。各種金屬材料的電阻率并不相同，銀的電阻率相對來說比較低，但是成本很高，不可能采用。一般用銅導(dǎo)線性價比比較高。再來看導(dǎo)線的長度，發(fā)電廠到用戶的距離是確定的，我們只能在架設(shè)線路的時候盡量直一些，但是長度的變化也不可能很大。還有一個可以改變的因素是導(dǎo)線的橫截面積。我們用一個具體的例子來研究。假設(shè)寧波市中心城區(qū)有一戶人家，家里所有的用電器的總功率為10kw,現(xiàn)在從北侖電廠用220v的電

11、壓用鋁導(dǎo)線送電，鋁導(dǎo)線的電阻率r2.910-8wm，兩地相距30km，要求輸電線上的功率損失不超過用電器總功率的10%，輸電導(dǎo)線直徑最小為多少？學(xué)生經(jīng)過計算后得出滿足要求的輸電線的直徑應(yīng)該為6.42cm。（老師拿出一個直徑大約為7cm的玻璃杯子）展示給學(xué)生，使學(xué)生對這樣粗細的導(dǎo)線有一個感性的認識。生：（驚嘆）不會吧師：同學(xué)們，增大輸電線的橫截面積可行嗎？生：適當增加橫截面積可以減小導(dǎo)線電阻，但是不可能增得太大，不然成本會大大增加，而且線路架設(shè)的難度也會大很多。師：看來用減小導(dǎo)線電阻的方式來減少導(dǎo)線上的功率損耗作用并不是很明顯，同學(xué)們再討論討論，有沒有辦法來減小輸電線上的電流。（學(xué)生如果沒有看過

12、書，要自行設(shè)計出高壓輸電模型是比較困難的，這里，老師的引導(dǎo)非常的重要。）學(xué)生討論2分鐘后，教師在黑板上畫出右圖。師：按照這樣的電路圖進行輸電，發(fā)電廠輸出的功率是確定的，發(fā)電機輸出的電壓也確定，要使導(dǎo)線上的電流減小，可以怎么做呢？（在這樣的引導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)該可以想出在輸出功率確定的情況下，可以通過變壓器提高輸電電壓，從而減小輸電電流）生：（經(jīng)過進一步的思考和討論）可以采用升壓變壓器提高輸電電壓，在功率不變的情況下，電流就變小了啊。（在黑板上按學(xué)生的意思畫出右邊的圖）師：按這樣的方式輸電，導(dǎo)線上的電流是變小了，但是降落在用戶的電壓會很大，可能會使很多用電器無法正常工作。這個方案還不夠完美！生：那就再

13、用一個降壓變壓器啊，不就解決問題了嗎？師：很好，同學(xué)們真厲害（畫出輸電線路）我們只要選擇合理的匝數(shù)比，就可以使用戶得到合適的電壓。經(jīng)過大家的努力，我們設(shè)計出了利用兩次變壓來進行遠距離輸電的模型，很好的解決了一個實際問題。由p損=i2r i=p/u 可知，輸電電壓提高n倍，輸電線上的功率損失就可以減小n2倍。我們已經(jīng)解決了減小輸電線上功率損失的問題，再來看看如何減小輸電線上的電壓損失。（師介紹電壓損失太大，會影響用電設(shè)備的正常使用，介紹容抗感抗對于交流輸電線路的影響。這一塊內(nèi)容是本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，至于容抗感抗是怎樣影響交流輸電線路就不需要再

14、展開具體討論了）師：看來采用高壓輸電還可以減小輸電線上的電壓損失，真可謂是一箭雙雕啊。既然高壓輸電好處這么多，那么是不是輸電電壓越高越好呢，輸電電壓越高，輸電線上的電能損耗就越小啊。生：不是師：你們怎么考慮？生：電壓越高，對各方面的要求會更高，成本也會大大提高，說不定會得不償失。師：說得很好，我們考慮任何問題都要從實際出發(fā)，全面通盤地考慮利弊。這是一種思考的方法，全面考慮是一種良好的思維品質(zhì)，同學(xué)們在平時碰到的實際問題中要多去體會。輸送距離比較遠，輸送功率比較大的情況下，應(yīng)該采用較高的電壓來輸送。如果輸送距離不太遠，輸送功率不太大，就不需要用很高的電壓來輸送了。（師介紹從發(fā)電站到用戶的輸電線路

15、，使學(xué)生對整個輸電過程有一個具體的了解。）教師事先將北侖中學(xué)從10kv高壓線進電開始通過變壓器傳輸?shù)矫總€教室寢室的整個輸電過程用數(shù)碼相機拍成照片。在這節(jié)課結(jié)尾對學(xué)生進行了詳細的介紹。從學(xué)生興奮的表情可以看出他們對這個介紹非常感興趣，看來把學(xué)生所學(xué)的物理知識與他身邊熟悉的東西結(jié)合起來對學(xué)生有很大的吸引力?！窘虒W(xué)總結(jié)】1電能輸送有哪幾種損失？2由什么原因引起？3如何減小其損失？4畫出采用高壓輸電電路示意圖理清各物理量對應(yīng)關(guān)系【教學(xué)后記】上完這一節(jié)課，回顧一下，有以下幾點值得思考1、 新課開頭的這一個演示實驗，對學(xué)生有較強的視覺沖擊，當我拿出兩捆導(dǎo)線時，學(xué)生都發(fā)出了“哇、哇”的驚嘆聲，而且這個實驗通過燈泡亮暗的變化直觀地顯示出了導(dǎo)線長度的變化對用戶電壓的影響，一開頭就緊緊抓住了學(xué)生的心。2、 介紹北侖電廠的時候，利用網(wǎng)絡(luò)收集了一些北侖電廠的資料，學(xué)生饒有興趣，使他們對北侖電廠有了更深的了解。培養(yǎng)了他們對家鄉(xiāng)的自豪感。3、 如何啟發(fā)學(xué)生設(shè)計出通過兩次變壓來減小輸電線上的功率損失是本節(jié)課非常重要的一個環(huán)節(jié)，學(xué)生如果事先沒有看過書本，要想到這個模型是很困難的。這節(jié)課上學(xué)生雖然順利地設(shè)計出來了，但是還有沒