高中物理新课标版人教版选修3-2优秀教案：教学设计(二){5电能的输送}

教学设计(二)整体设计教材分析这节教材是学生综合运用前面所学知识解决实际问题的一个典型例子。

通过本节的学习，要注意培养和提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力。

教材写得比较详细、通俗，可让学生阅读课本，然后提出一些问题引导学生思考、讨论。

在内容的处理上，应注意以下几个方面：1．对于电路上的功率损失，可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。

2．学生常常容易将导线上的电压损失ΔU＝U－U′与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论。

要通过具体的例子，可引导学生进行讨论，澄清认识。

这样可达到事半功倍的效果。

要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考。

3．讲解电路上的电压损失，是本节教材新增加的。

目的是希望学生对输电问题有更全面、更深入和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不止一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面。

但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深入讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析。

4．课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好。

希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法。

节后设的阅读材料《直流输电》既可以开阔学生眼界，也可以增加知识。

教学目标一、知识目标1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。

2．知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失。

3．知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失。

4．理解远距离输电要用高压。

二、技能目标培养学生阅读、分析、综合和应用能力。

三、情感态度目标1．培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。

2．介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。

教学重点难点教学重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少P与U损失。

教学难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。

教学方法合作交流法。

教学用具可拆变压器(2台)、长导线、学生电源、小灯泡、投影仪、CAI课件。

课时安排1课时教学过程引入新课[师]人们常把各种形式的能(如水流能、燃料化学能、核能)先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题(屏幕上打出)：(1)发电站应建在什么地方好？(2)如何让远处的用户用上电？(3)远距离输电的要求是什么？困难在哪里？(4)如何解决这些矛盾？[生]阅读并展开激烈的讨论。

新课教学1．输电线上的功率损失[师]输送电能的基本要求是什么？[生]输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。

可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。

保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。

经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小，电价低。

[师]远距离大功率输电面临的困难是什么？[生]在输电线上有功率损失和电压损失。

[师]输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？如何减小输电线上的电压损失？[生1]由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。

这是输电线上功率损失的主要原因。

[生2]设输电电流为I，输电线的电阻为R，则功率损失为ΔP＝I2R。

[生3]根据功率损失的表达式ΔP＝I2R可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。

[师]如何减小输电线的电阻呢？[生]根据电阻定律可知R线＝ρlS ，要减小输电线的电阻R线，可采用下述方法：①减小材料的电阻率ρ。

银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。

②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离。

③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积．．．．．．。

太粗不可能，既不经济架设又困难。

[师]如何减小输电线中的电流呢？[生]在输电功率一定的条件下，根据P＝UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的原理。

2．输电线上的电压损失[师]在直流输电时，输电线上电压损失的原因是什么？交流输电呢？[生1]由于输电线有电阻，电流在输电线上有电压损失。

[生2]对交流输电线路来说，既有电阻造成的电压损失，也有感抗和容抗造成的电压损失。

[师]在不计感抗和容抗的条件下，电压损失的表达式是什么？[生]电压损失ΔU＝U－U′＝IR线。

[师]如何减小电压损失，保证输电质量呢？[生]根据电压损失的表达式ΔU＝IR线可知，要减少输电线上的电压损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻R线；其二是减少输电电流。

方法同减少功率损失。

[师]为了减少功率损失和电压损失，都需要采用高压输电，但并不是电压越高越好。

因为电压越高，对输电线绝缘的要求就越高，费用也越高。

实际输电时，要综合考虑各种因素。

3．几种输电模式[师]常用的输电模式有几种？各是什么？[生1]低压输电：输电功率为100 kW以下，距离为几百米以内，一般采用220 V的电压输电。

[生2]高压输电：输电功率为几千千瓦到几万千瓦，距离为几十千米到几百千米，一般采用35 kV或110 kV的电压输电。

[生3]超高压输电：输电功率为10万千瓦以上，距离为几百千米，必须采用220 kV或更高的电压输电。

[师]我国远距离输电采用的电压有哪几种？[生]有110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。

[师]大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，如何解决？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，如何解决？[生]在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压。

[师]用CAI课件展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。

如下图所示。

设发电机的输出功率为P，则功率损失为ΔP＝I22R用户得到的功率为P用＝P－ΔP。

电压损失为ΔU＝I2R，则U3＝U2－ΔU。

4．例题分析某交流发电机输出功率为5×105 W，输出电压为U＝1.0×103 V，假如输电线的总电阻R＝10 Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U用＝380 V。

(1)画出输电线路的示意图(下图)。

(标明各部分的符号)(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？(使用的变压器是理想变压器)解：(1)引导学生画出电路。

(2)引导学生写出各部分关系式U∶U1＝n1∶n2I2∶I1＝n1∶n2U2∶U用＝n1′∶n2′I3∶I2＝n1′∶n2′U1＝U损＋U2P＝P损＋P用户P损＝I22·RI1＝PU＝500 AP损＝5%P＝5%×5×105 W＝2.5×104 W P损＝I22RI 2＝P 损R＝50 A I 3＝P 用户U 用＝P －P 损U 用＝4.75×105380 所以n 1n 2＝I 2I 1＝50500＝110， n 1′n 2′＝I 3I 2＝4.75×105380×50＝251。

课堂小结通过本节学习，主要学习以下问题：1．远距离输电线路上，P 损＝I 2R ＝U 2损R ，其中I ＝P 总U 输。

2．远距离输电中，采用高压输电P 损和U 损都能减少。

3．交流输电和直流输电有其各自的优点和不足。

4．电站输出功率由用户消耗功率决定。

布置作业(略)板书设计5 电能的输送电能输送⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧ 输电线功率损失⎩⎪⎨⎪⎧ 原因：输电线有电阻，产生焦耳热大小：ΔP ＝I 2R 减小途径⎩⎪⎨⎪⎧ 减小输电线电阻(不实用)高压输电输电线电压损失⎩⎪⎨⎪⎧ 原因：既有电阻，也有感抗和容抗大小：ΔU ＝U －U ′减小途径⎩⎪⎨⎪⎧ 增大导线横截面积减小电阻，效果不佳高压输电本节优化训练设计1．单相交流发电机的路端电压为220 V ，输出的电功率为4 400 W ，发电机到用户单根输电线的电阻为2 Ω，求(1)用户得到的电压和电功率各是多少？(2)如果用变压比为1∶10的升压变压器升压后向用户输电，用户处再用变压比为10∶1的降压变压器降压后使用，那么用户得到的实际电压和电功率又是多少？2．一条河的流量为Q ＝40 m 3/s ，落差为h ＝5 m 。

利用它发电，单相交流发电机效率η1＝50%，输出电压U ＝400 V ，输电线总电阻R 线＝5 Ω，电线上允许损失的最大电功率为发电机输出的电功率η2倍，η2＝5%，用户所需电压为220 V ，设计输电线两端变压器的原、副线圈匝数比各是多少？参考答案：1．解析：(1)不用变压器，直接输电时：干线中电流：I ＝P 送U 送＝4.4×103220A ＝20 A 电线上损失的：U 损＝I·R 线＝20×2×2 V ＝80 VP 损＝I·U 损＝1 600 W用户得到的：U 户＝220 V －80 V ＝140 VP 户＝P －P 损＝4 400 W －1 600 W ＝2 800 W(2)用变压器时，电路如图所示。

U 1＝10U ＝2 200 VI 线＝P U 1＝4 4002 200A ＝2 A U 2＝U 1－I 线R ＝2 200 V －2×4 V ＝2 192 V所以U 户′＝U 210＝219.2 V P 户′＝P －I 2线×R ＝4 400 W －4×4 W ＝4 384 W2．解析：发电机将水的机械能转换为电能，其中：P 输＝η1ρQgh ＝50%×103×40×10×5 W ＝106 W输电线上损失：P 损＝η2P 输＝5×104 W输电线上允许输送的最大电流I 线＝P 损R 线＝5×1045A ＝100 A 而不用变压器直接输送时，输电线上电流大小： I ＝P 输U 送＝106400＝2 500 A 100 A 为减少电能损失，必须是先升压后降压，输电线路如图所示。

I 1＝P 输U 送＝2 500 A I 2＝P 损R 线＝100 A I 3＝P －P 损U 户＝0.95×106220 A ＝95×10322A 所以n 1n 2＝I 2I 1＝125，n 1′n 2′＝I 3I 2＝95022 431。

备课资料求解输电问题的思路由于发电机本身的输出电压不可能提高，所以采用高压输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电线输出，到用电区再用降压变压器降到所需的电压，在解答有关远距离输电问题时，首先要将整个电路分成几段进行研究，找出跟各段电路相应的物理量；然后利用变压器工作原理和直流电路的基本定律分段列式，最后联立求解，进行计算。