2024-2025學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第07節(jié) 遠(yuǎn)距離輸電1教案 粵教版選修3-2

2024-2025學(xué)年高中物理第二章交變電流第07節(jié)遠(yuǎn)距離輸電1教案粵教版選修3-2主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容2024-2025學(xué)年高中物理第二章交變電流第07節(jié)遠(yuǎn)距離輸電1教案粵教版選修3-2

1.理解遠(yuǎn)距離輸電的基本概念，包括輸電線路的電阻、電抗和輸電功率。

2.掌握輸電線路的電壓降落和功率損耗的計(jì)算方法。

3.掌握提高遠(yuǎn)距離輸電效率的措施，如升壓變壓器、高壓輸電和補(bǔ)償裝置。

4.學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型，了解輸電線路的等效電路。

5.通過實(shí)例分析，探討遠(yuǎn)距離輸電在實(shí)際電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，通過遠(yuǎn)距離輸電的案例分析，提升學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的素養(yǎng)。

2.強(qiáng)化學(xué)生對(duì)交變電流及其在輸電中作用的深入理解，發(fā)展學(xué)生的物理概念建構(gòu)和運(yùn)用能力。

3.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，特別是在電學(xué)領(lǐng)域的分析、推理和計(jì)算能力，通過解決輸電線路的電壓降落和功率損耗問題。

4.激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究精神，鼓勵(lì)他們主動(dòng)探索提高遠(yuǎn)距離輸電效率的方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

5.引導(dǎo)學(xué)生形成能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，理解高壓輸電對(duì)減少能源損耗和降低環(huán)境污染的重要性。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法1.重點(diǎn)：遠(yuǎn)距離輸電中電壓降落和功率損耗的計(jì)算。

解決辦法：通過引入實(shí)際輸電線路參數(shù)，結(jié)合公式進(jìn)行逐步解析，輔以圖表和示例計(jì)算，加深學(xué)生理解。

2.難點(diǎn)：升壓變壓器和高壓輸電的工作原理及其對(duì)輸電效率的影響。

突破策略：利用模型和動(dòng)畫演示升壓變壓器的工作過程，對(duì)比不同電壓下的功率損耗，使學(xué)生直觀感受高壓輸電的優(yōu)勢(shì)。

3.難點(diǎn)：電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型的理解和應(yīng)用。

解決辦法：構(gòu)建直觀的電力系統(tǒng)模型圖，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析并簡(jiǎn)化電路，通過小組討論和教師指導(dǎo)，幫助學(xué)生掌握模型應(yīng)用。

4.難點(diǎn)：遠(yuǎn)距離輸電中補(bǔ)償裝置的作用和類型。

突破策略：結(jié)合實(shí)際工程案例，介紹補(bǔ)償裝置的原理和分類，通過模擬實(shí)驗(yàn)和問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)補(bǔ)償裝置功能的理解。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：

-確保每位學(xué)生都準(zhǔn)備了粵教版選修3-2的物理教材，特別是第二章交變電流的相關(guān)內(nèi)容。

-提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和練習(xí)冊(cè)，以便學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。

2.輔助材料：

-準(zhǔn)備遠(yuǎn)距離輸電線路的圖片和示意圖，用于展示實(shí)際的輸電網(wǎng)絡(luò)和組成部分。

-收集和制作關(guān)于電壓降落、功率損耗、升壓變壓器和補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)圖表和視頻資料，以便在課堂上直觀展示其工作原理和效果。

-設(shè)計(jì)和打印相關(guān)的計(jì)算題和案例分析題，供學(xué)生課堂練習(xí)和討論。

3.實(shí)驗(yàn)器材：

-準(zhǔn)備示波器、電壓表、電流表等測(cè)量?jī)x器，用于觀察和分析交變電流的特性。

-準(zhǔn)備升壓變壓器和降壓變壓器的模型，以便學(xué)生觀察變壓器的構(gòu)造和工作原理。

-準(zhǔn)備模擬遠(yuǎn)距離輸電的實(shí)驗(yàn)裝置，包括電阻、電感、電容等元件，用于演示輸電線路的電壓降落和功率損耗。

-確保所有實(shí)驗(yàn)器材的安全性，進(jìn)行課前檢查，并配備必要的安全防護(hù)設(shè)備。

4.教室布置：

-將教室分為幾個(gè)區(qū)域：講授區(qū)、實(shí)驗(yàn)操作區(qū)、小組討論區(qū)。

-講授區(qū)配備多媒體教學(xué)設(shè)備，包括投影儀、電腦等，方便展示輔助教學(xué)材料。

-實(shí)驗(yàn)操作區(qū)應(yīng)靠近電源和水源，并設(shè)置實(shí)驗(yàn)桌和安全提示標(biāo)識(shí)。

-小組討論區(qū)布置成圓桌或半圓形式，便于學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流和合作學(xué)習(xí)。

5.其他準(zhǔn)備：

-制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作流程和安全指南，確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的安全。

-準(zhǔn)備課堂討論和互動(dòng)的問題清單，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與。

-安排助教或?qū)W生助手，協(xié)助教師管理實(shí)驗(yàn)器材和指導(dǎo)學(xué)生操作。教學(xué)流程（一）課前準(zhǔn)備（預(yù)計(jì)用時(shí)：5分鐘）

學(xué)生預(yù)習(xí)：

發(fā)放預(yù)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生提前了解遠(yuǎn)距離輸電的學(xué)習(xí)內(nèi)容，標(biāo)記出有疑問或不懂的地方。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題，如“遠(yuǎn)距離輸電中存在哪些主要問題？”和“如何提高遠(yuǎn)距離輸電的效率？”，激發(fā)學(xué)生思考，為課堂學(xué)習(xí)遠(yuǎn)距離輸電內(nèi)容做好準(zhǔn)備。

教師備課：

深入研究教材，明確本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)。

準(zhǔn)備教學(xué)用具和多媒體資源，確保教學(xué)過程的順利進(jìn)行。

設(shè)計(jì)課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)遠(yuǎn)距離輸電的積極性。

（二）課堂導(dǎo)入（預(yù)計(jì)用時(shí)：3分鐘）

激發(fā)興趣：

提出問題，如“為什么需要遠(yuǎn)距離輸電？”和“遠(yuǎn)距離輸電面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？”，引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

回顧舊知：

簡(jiǎn)要回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)的交變電流的基礎(chǔ)知識(shí)，幫助學(xué)生建立知識(shí)之間的聯(lián)系。

提出問題，檢查學(xué)生對(duì)舊知的掌握情況，為學(xué)習(xí)新課打下基礎(chǔ)。

（三）新課呈現(xiàn)（預(yù)計(jì)用時(shí)：25分鐘）

知識(shí)講解：

清晰、準(zhǔn)確地講解遠(yuǎn)距離輸電的基本概念和原理，結(jié)合實(shí)際輸電線路的例子幫助學(xué)生理解。

突出電壓降落、功率損耗計(jì)算和升壓變壓器等重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)，通過對(duì)比、歸納等方法幫助學(xué)生加深記憶。

互動(dòng)探究：

設(shè)計(jì)小組討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生圍繞遠(yuǎn)距離輸電中的問題展開討論，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和溝通能力。

鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)和疑問，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，拓展思維。

技能訓(xùn)練：

設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)的應(yīng)用，提高實(shí)踐能力。

在新課呈現(xiàn)結(jié)束后，對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理和總結(jié)。

強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)，幫助學(xué)生形成完整的知識(shí)體系。

（四）鞏固練習(xí)（預(yù)計(jì)用時(shí)：5分鐘）

隨堂練習(xí)：

隨堂練習(xí)題，讓學(xué)生在課堂上完成，檢查學(xué)生對(duì)遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)的掌握情況。

鼓勵(lì)學(xué)生相互討論、互相幫助，共同解決問題。

錯(cuò)題訂正：

針對(duì)學(xué)生在隨堂練習(xí)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，進(jìn)行及時(shí)訂正和講解。

引導(dǎo)學(xué)生分析錯(cuò)誤原因，避免類似錯(cuò)誤再次發(fā)生。

（五）拓展延伸（預(yù)計(jì)用時(shí)：3分鐘）

知識(shí)拓展：

介紹遠(yuǎn)距離輸電領(lǐng)域的最新技術(shù)發(fā)展，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。

情感升華：

結(jié)合遠(yuǎn)距離輸電內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考物理學(xué)科與生活的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

鼓勵(lì)學(xué)生分享學(xué)習(xí)心得和體會(huì)，增進(jìn)師生之間的情感交流。

（六）課堂小結(jié)（預(yù)計(jì)用時(shí)：2分鐘）

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)的遠(yuǎn)距離輸電內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

肯定學(xué)生的表現(xiàn)，鼓勵(lì)他們繼續(xù)努力。

布置作業(yè)：

根據(jù)本節(jié)課學(xué)習(xí)的遠(yuǎn)距離輸電內(nèi)容，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

提醒學(xué)生注意作業(yè)要求和時(shí)間安排，確保作業(yè)質(zhì)量。知識(shí)點(diǎn)梳理1.遠(yuǎn)距離輸電的基本概念

-輸電線路的電阻、電抗和輸電功率

-電壓降落和功率損耗

-提高遠(yuǎn)距離輸電效率的措施

2.電壓降落和功率損耗的計(jì)算

-電壓降落公式及其推導(dǎo)

-功率損耗公式及其推導(dǎo)

-輸電線路的等效電路

3.升壓變壓器

-變壓器的工作原理

-升壓變壓器的構(gòu)造和功能

-升壓變壓器在遠(yuǎn)距離輸電中的應(yīng)用

4.高壓輸電

-高壓輸電的優(yōu)缺點(diǎn)

-高壓輸電線路的電壓和電流關(guān)系

-高壓輸電對(duì)減少功率損耗的作用

5.補(bǔ)償裝置

-補(bǔ)償裝置的作用和分類

-靜止無功補(bǔ)償器（SVC）和靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）

-補(bǔ)償裝置在遠(yuǎn)距離輸電中的應(yīng)用

6.電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型

-輸電線路的簡(jiǎn)化模型

-變壓器的簡(jiǎn)化模型

-電力系統(tǒng)的等效電路

7.實(shí)際工程案例

-遠(yuǎn)距離輸電線路的參數(shù)選擇

-高壓輸電線路的設(shè)計(jì)和施工

-補(bǔ)償裝置在實(shí)際工程中的應(yīng)用

8.安全與環(huán)保

-遠(yuǎn)距離輸電過程中的安全問題

-高壓輸電線路的電磁場(chǎng)影響

-遠(yuǎn)距離輸電對(duì)環(huán)境保護(hù)的重要性

9.相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)

-觀察交變電流的特性

-變壓器的工作原理演示

-遠(yuǎn)距離輸電模擬實(shí)驗(yàn)

10.遠(yuǎn)距離輸電在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

-跨區(qū)域輸電和電網(wǎng)互聯(lián)

-遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

-新能源并網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的影響教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-觀察學(xué)生在課堂上的參與程度，包括提問、回答問題和互動(dòng)交流的情況。

-關(guān)注學(xué)生在知識(shí)講解和互動(dòng)探究環(huán)節(jié)的專注度和興趣程度。

-評(píng)估學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)中的操作技能和合作能力。

2.小組討論成果展示：

-評(píng)價(jià)小組討論的成果，包括對(duì)遠(yuǎn)距離輸電問題的分析和解決方案的提出。

-檢查學(xué)生是否能夠準(zhǔn)確運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，以及他們的邏輯思維和創(chuàng)新能力的展現(xiàn)。

-反饋學(xué)生對(duì)小組討論的參與度，以及他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)中的角色和貢獻(xiàn)。

3.隨堂測(cè)試：

-通過隨堂練習(xí)題和測(cè)試，評(píng)估學(xué)生對(duì)遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

-分析學(xué)生的答案，了解他們對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解和應(yīng)用能力。

-及時(shí)給予學(xué)生反饋，指導(dǎo)他們?cè)阱e(cuò)誤中學(xué)習(xí)和提高。

4.課后作業(yè)：

-檢查課后作業(yè)的完成情況，評(píng)估學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的鞏固程度。

-分析作業(yè)中的常見錯(cuò)誤，總結(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，為后續(xù)教學(xué)提供參考。

-提供個(gè)性化的反饋，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高解決問題的能力。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：

-教師應(yīng)在課后對(duì)學(xué)生的整體表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括知識(shí)掌握、技能應(yīng)用和情感態(tài)度等方面。

-針對(duì)學(xué)生的個(gè)別問題，提供個(gè)性化的指導(dǎo)和建議，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)中的困難。

-通過問卷調(diào)查、訪談或小組討論的方式，收集學(xué)生對(duì)本節(jié)課的教學(xué)反饋，不斷優(yōu)化教學(xué)方法和策略。

-定期對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行反思和總結(jié)，調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，以更好地適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。典型例題講解例題1：計(jì)算輸電線路的電壓降落

假設(shè)一條遠(yuǎn)距離輸電線路的電阻為R=10Ω，電抗為X=20Ω，輸送的功率為P=1000MW，輸電線路的額定電壓為U=500kV。求輸電線路的電壓降落。

解答：

根據(jù)電壓降落的公式ΔU=(PR+QX)/U，其中Q為無功功率，由于題目未提供無功功率，我們可以假設(shè)系統(tǒng)是功率因數(shù)為1的，即Q=P。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

ΔU=(1000×10^6×10+1000×10^6×20)/500×10^3

ΔU=(30×10^9)/500×10^3

ΔU=60kV

例題2：計(jì)算輸電線路的功率損耗

已知一條遠(yuǎn)距離輸電線路的電阻為R=10Ω，輸送的電流為I=2000A。求該輸電線路的功率損耗。

解答：

功率損耗的公式為P_loss=I^2×R

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

P_loss=2000^2×10

P_loss=40000000×10

P_loss=400MW

例題3：升壓變壓器的作用

一條輸電線路的電阻為R=20Ω，輸送的功率為P=1000MW。若不使用升壓變壓器，輸電線路的電壓為U1=220kV。若使用升壓變壓器將電壓提升到U2=500kV，求升壓變壓器后的電流I2。

解答：

根據(jù)功率公式P=U×I，我們可以得到：

I1=P/U1

I2=P/U2

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

I1=1000×10^6/220×10^3

I1≈4545.45A

I2=1000×10^6/500×10^3

I2=2000A

例題4：補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

一條遠(yuǎn)距離輸電線路的額定電壓為U=500kV，電阻R=10Ω，電抗X=20Ω。若在輸電線路中加入靜止無功補(bǔ)償器（SVC），使得線路的無功功率Q減少50%，求SVC提供的無功功率。

解答：

原始無功功率Q1=U^2×X/(R^2+X^2)

減少50%后的無功功率Q2=Q1/2

SVC提供的無功功率即為Q1-Q2

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到：

Q1=(500×10^3)^2×20/(10^2+20^2)

Q1=125×10^6×20/500

Q1=2500Mvar

Q2=2500Mvar/2

Q2=1250Mvar

SVC提供的無功功率為2500Mvar-1250Mvar=1250Mvar

例題5：電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型的計(jì)算

一個(gè)電力系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)電機(jī)、一個(gè)升壓變壓器、一條輸電線路和一個(gè)降壓變壓器組成。發(fā)電機(jī)輸出的電壓為U1=10kV，升壓變壓器將電壓提升到U2=100kV，輸電線路的電阻為R=5Ω，電抗為X=10Ω，降壓變壓器將電壓降低到U3=35kV。求降壓變壓器輸出的功率。

解答：

首先計(jì)算升壓變壓器后的電流I2：

I2=P/U2

由于題目未提供功率，我們可以假設(shè)發(fā)電機(jī)輸出的功率為P=100MW。

I2=100×10^6/100×10^3

I2=1000A

接著計(jì)算輸電線路的電壓降落ΔU：

ΔU=(PR+QX)/U2

假設(shè)系統(tǒng)功率因數(shù)為1，Q=P。

ΔU=(100×10^6×5+100×10^6×10)/100×10^3

ΔU=150kV

輸電線路末端電壓U3'：

U3'=U2-ΔU

U3'=100kV-150kV

U3'=-50kV

由于電壓不能為負(fù)，這意味著我們的假設(shè)有誤，實(shí)際情況下，系統(tǒng)的無功功率Q應(yīng)該小于有功功率P，以保持電壓的正值。這里我們重新假設(shè)Q=50Mvar。

重新計(jì)算ΔU：

ΔU=(100×10^6×5+50×10^6×10)/100×10^3

ΔU=75kV

U3'=100kV-75kV

U3'=25kV

最后計(jì)算降壓變壓器輸出的功率P3：

P3=U3'^2/R

P3=(2