電能的輸送教學設計

教材分析：這節是人教版高中物理教材選修3-2第五章第5節內容，是學生前面所學知識綜合運用解決實際問題---電能輸送的一個典型例子。通過本節的學習，要注意培養和提高學生運用物理知識分析、解決實際問題的能力。教材寫得比較詳細、通俗，可讓學生閱讀課本，然后提出一些問題（例題）引導學生思考、討論：1、對于電路上的功率損失，可引導學生自己從已有的直流電路知識出發，進行分析，得出結論;2、講解電路上的電壓損失，讓學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只一個，分析問題應綜合考慮，抓住主要方面。但真正的實際問題比較復雜，教學中并不要求深入討論輸電中的這些實際問題，也不要求對輸電過程中感抗和容抗的影響進行深入分析;3、學生常常容易將導線上的電壓損失ΔU=U-U′與輸電電壓混淆起來，甚至進而得出錯誤結論。要通過具體的例子，引導學生進行討論，澄清認識;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。希望幫助學生科學地、全面地認識問題，逐步樹立正確地分析問題、認識問題的觀點和方法。節后設的閱讀材料《直流輸電》既可以開闊學生眼界，也可以增加知識。

教學目標：

（一）知識與技能：1、知道“便于遠距離輸送”是電能的優點，知道輸電過程;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、知道什么是輸電導線上的電壓損失和如何減少電壓損失;4、理解遠距離輸電要用高壓;5、了解電網供電的優點和意義。

（二）過程與方法：通過閱讀、思考、討論，培養學生閱讀、分析、綜合和應用能力

（三）情感、態度與價值觀：1.培養學生遇到問題要認真、全面分析的科學態度;2.介紹我國遠距離輸電概況，激發學生投身祖國建設的熱情。

教學重點;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。教學難點：理解高壓輸電原理，區別導線上的輸電電壓U和損失電壓ΔU。

教學方法：自學 討論 探究 講授

教學用具：教學用遠距離輸電演示儀、多媒體課件等

課時安排：2課時。課時1：降低輸電損耗的兩個途徑、遠距離輸電的基本流程圖及各物理量之間的關系;課時2：電能輸送中的動態分析、電網供電、科學漫步和STS。

第1課時 教學過程

引入：展示今年元旦晚會照片、上海城市夜景、三峽電站等圖片 說明電能的優點和電能的輸送。自學：請同學們認真仔細地閱讀教材前三個自然段，回答老師提出的問題（屏幕上打出：1、發電站一般建在什么地方？2、輸送電能的基本要求是什么？）

一、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，即電壓和頻率穩定。經濟，指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗小。探究：

二、降低輸電損耗的兩個途徑。1、提出問題，理論分析 "電站向用戶供電，要用輸電導線將發電機和用戶連接起來，如下圖所示，由于輸電線有電阻，所以要產生焦耳熱和電壓降。（圖略）

2、創設情境：例1.交流發電機的輸出電壓為220V，輸出功率44kW，輸電導線的電阻為1.0 Ω，若不經過變壓而直接用220 V的電壓向用戶送電，求用戶得到的電壓和功率各是多少。解答：（20V，4KW）

3、發現問題：遠距離輸電時，由于輸電線電阻上的電流較大，致使輸電線上的電壓損失和電功率損失較大，大量電能在輸電導線上以熱量的形式散耗在空氣中，用戶得到的電功率要遠小于輸送時的電功率，造成了電資源的浪費，用戶得到的電壓也遠低于發電機的輸出電壓，用戶端用電器不能正常工作。

4、分析問題：（1）電能主要在哪里損失？熱能消耗;（2） 損失的電能如何來定量的表示？焦耳定律

5、探究問題的解決方案。目的：減少遠距離輸電過程中輸電導線上的電能的損失？根據Q=I2Rt，我們要減少Q，方案有：方案一：減少時間t（不行）方案二：減少電阻R方案三：減少輸電電流I方案二：減少電阻R：根據電阻定律可知R線=ρ ，要減小輸電線的電阻R線，可采用下述方法：①減小材料的電阻率ρ。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。②減小輸電線的長度l（輸電距離的2倍）不可行，因為要保證輸電距離。③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。結論：減小輸電線的電阻是減小輸電損耗的途徑之一。課件展示遠距離輸電用的導線。方案三：減少輸電電流I：如果電流減少了 " P損=I2R線，功率損失將大大減少 " U損=IR線， 電壓損失也會降低在發電機輸出功率P一定時，如何減少輸電線上的電流呢？

6、方案的實施：（1）如何獲得高壓來輸電呢？（2）輸送到用戶處時，如何使用電器正常工作呢？（3）請設計遠距離輸電的整體流程圖？遠距離輸電流程簡圖：（圖略）請同學們試著分析：（1）各個功率之間的關系;（2）各個電壓之間的關系;（3）各個電流之間的關系。

7、實驗驗證：演示實驗。

結論：減小輸電導線的電阻和減小輸電電流是減小輸電損失的兩條途徑，而且減小輸電電流更為有效。

三、輸電線上的電壓損失

在直流輸電時，由于輸電線有電阻，電流在輸電線上有電壓損失。對交流輸電線路來說，既有電阻造成的電壓損失，也有感抗和容抗造成的電壓損失。在不計感抗和容抗的條件下電壓損失ΔU=U-U′=IR線

根據電壓損失的表達式ΔU=IR線可知，要減少輸電線上的電壓損失，有兩種方法：其一是減小輸電線的電阻R線;其二是減少輸電電流。為了減少功率損失和電壓損失，都需要采用高壓輸電。目前我國遠距離送電采用的電壓有110KV、220 KV、330 KV、500 KV和750KV。但并不是電壓越高越好，因為電壓越高，對輸電線絕緣的要求就越高，這樣不經濟。實際輸電時，要綜合考慮各種因素。例2、發電機的端電壓為220 V，輸出功率44 kW，輸電導線的電阻為1.0 Ω，如果用初、次級線圈匝數之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經輸電線后，再用初、次級線圈匝數比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶。（1）畫出全過程的線路示意圖;（2）求用戶得到的電壓和功率。解答：（略）

小結：本節課主要學習了降低輸電損耗的兩個途徑、遠距離輸電的基本流程圖及各物理量之間的關系，通過例2探索出解決遠距離輸電問題的一般思路。另外，一定要注意輸電線上的電壓損失與輸電電壓的區別，如教材“練習與解答”第二題。

布置作業：1、閱讀本節教材。2、完成“問題與練習”第3、4、5題。