高中物理选修3-2 第五章交变电流5.5 远距离输电教案
高中物理第五章交变电流第5节电能输送导学案新人教版选修3_2
五、电能的输送【要点导学】1．本节内容重点是：输电线上损失电能的原因和输电线上损失的电能的计算。
本节内容难点是：输电系统的“输电电压”、“用户得到的电压”和输电线上“损失的电压”三者的区别与联系。
2．远距离输电电路图如图5－5－1所示：若输电线电阻R，输电功率为P，输电电压U１，则输电导线的电流I2=P/U1，输电导线上的电压降（电压损失）U损=I2R=PR/U1，输电导线上的功率损耗P损=I22R =U额2/R=P2R/U12【范例精析】例1、发电机的输出电压为220V，输出功率为44KW，每条输电线电阻为0.2Ω，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果发电站先用变压比为1：10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路后，再经过10：1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率又各是多少？分析与解答：输送电路原理图如图5-5-2。
发电站输出的功率P出是一定的,当以220伏的电压输出时,输出电流应该是：I=P出/U出=44000W/220V=200A两条输电线路的总电阻为0.4Ω,则导线上损失的电功率为：P损=I2r=(200A)2×0.4Ω=16kW用户得到的电功率为P=P出-P损=44kW-16kW=27kW在导线上损失的电压为: U损=I2r=200V×0.4Ω＝80V．用户得到的电压为：U=U出-U损=220V-80V=140V如果用1：10的变压器将电压升高到2200V后再输送出去，则输出电流为：I=P出/U出=44000W/2200V=20AP损=I2r=(20A)2×0.4Ω=160W用户得到的电功率为P=P出-P损=44kW-160W=43.83kW在导线上损失的电压为: U损=I2r＝20V×0.4Ω＝8V．加到用户端变压器上的电压为：U=U出-U损=2200V-80V=2192V经过变压器降压后输送给用户的电压为：219.2V．例2、一个小型水力发电站，发电机输出电压U0=250V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为P m=30kW，它通过总电阻R线=2．0Ω的输电线直接向远处的居民区供电。
高中物理第五章交变电流55电能的输送课件选修32
1.远距离输送一定功率的交流电，输电线 上的电压损失 ΔU＝UP·r。
2．远距离输送一定功率的交流电，输电线上功率损失 ΔP＝UP 2·r。
[解析] 设输电电压为 U，所输送的功率为 P，输电线 路总电阻为 r，则输电电流 I＝UP，线路的功率损失 ΔP＝I2r ＝PU22r，可知 ΔP∝U12，当输电电压 U 升高为原来的 n 倍时， 功率损失变为原来的n12，A 错误，B 正确；线路上的电压损 失 ΔU＝Ir＝PUr，可知 ΔU∝U1 ，当输电电压升高为原来的 n 倍时，电压损失变为原来的n1，C 正确，D 错误。
电阻为 R。当副线圈与原线圈的匝数比为 k 时，线路损耗的
电功率为 P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到 nk，线
路损耗的电功率为 P2，则 P1 和PP21分别为(
)
A.PkUR，n1
B.kPU2R，n1
C.PkUR，n12 D.kPU2R，n12
解析 原线圈的电流为 I1＝UP，由于 P、U 不变，故 I1 不变，由II12＝nn21＝k 得 P1＝I22R＝kPU2R；由I2I′1 ＝nn21′ ′＝nk 得 P2＝I2′2R＝nkPU2R，则PP21＝n12，故选项 D 正确。
[变式训练1] (多选)在远距离输电时，输送的电功率为
P，输电电压为 U，所用导线的电阻率为 ρ，横截面积为 S，
总长度为 l，输电线损失的功率为 ΔP，用户得到的功率为
P′，则下列关系式正确的是( )
A．ΔP＝Uρ2lS
B．ΔP＝PU22ρSl
C．P′＝P－Uρ2lS
D．P′＝P1－UPρ2Sl
5.5 电能的输送 优秀教案优秀教学设计 高中物理选修3-2：交变电流 (4)
5 电能的输送一、教学目标（一）知识与技能1、知道“便于远距离输送”是电能的优点之一．知道输电的过程．了解远距离输电的原理．2、理解各个物理量的概念及相互关系．3、充分理解RU P 2=；R I P 2=； UI P =中的物理量的对应关系． 4、知道什么是输电导线上的功率和电压损失和如何减少功率和电压损失.5、理解为什么远距离输电要用高压.（二）过程与方法1、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考．2、通过远距离输电原理分析，具体计算的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算推理．（三）情感态度与价值观教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯二、重点、难点、疑点及解决办法重点：（1）理论分析如何减少输电过程的电能损失．（2）远距离输电的原理．难点： 远距离输电原理图的理解．疑点： RU P 2=；R I P 2=； UI P =的对应关系理解． 解决办法：通过自学、教师讲解例题分析来逐步突破重点、难点、疑点．三、教学过程：（一） 引入新课通过全球夜晚灯光图，三峡水电站等图片，引出电能的输送。
（二） 进行新课-----第五节 、电能的输送一、电能的输送1、电能便于远距离输送.2、输电的基本要求：可靠、保质、经济通过例题找到电能损耗的原因二、如何减小输电线上功率的损失1、减小输电线上的电阻（1）用电阻率小的金属做导线材料（2）缩短输电距离（3）增大导线横截面积2、减小输电电流电站输出的电功率是一定的，需提高输送电压（高压输电）再通过例题的变型验证高压输电是行之有效的三、输电线路示意图四、练习与思考？1、是不是输电电压越高越好？不是，高压输电对设备要求比较高2、采用一个电站与一批用户的“一对一”的供电方式，有什么弊端？用户需要与电站供给不能对应五、小结：1．降低输电损耗的两个途径：减小线路电阻和减小输电电流。
减小输电电流是最有效的途径。
远距离输电线路上，ΔP =I 2r=r U 2，其中（I =U P 总）。
2019-2020学年度人教版选修3-2 5.5电能的输送 教案(4)
电能的输送教案一、学情分析：远距离输电是选修3-2教材中第五章交变电流中的最后一节课。
从整个章节的知识安排来看，本节是电磁感应、交变电流这两章内容的规律总结和综合应用，也是让学生将学过的焦耳定律、欧姆定律、变压器等知识综合运用，并总结得出远距离输电规律的一节课。
整节课主要侧重引导学生积极主动探究、发现、解决问题的能力，培养学生学习物理、研究物理的兴趣及解决实际问题时应有的综合素质和能力，这种能力将对学生今后的工作学习有很大的帮助。
一、教学目标：（一）知识与技能1．知道降低输电损耗的两个途径。
2．理解远距离输电原理，基本规律，能进行相关运算。
3．了解电网供电的优点和意义。
（二）过程与方法引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，并在学习中获得学习信心和能力。
（三）情感、态度与价值观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：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功率与电压损失的原因。
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。
教具：多媒体课件二、教学过程：（一）、课前预习：学生查阅网上资料，了解我国目前电能的生产现状，发电厂的种类，电能的输送前景，渗透爱国主义教育，并相互交流学习心得。
（二）、导入新课教师导课：我国地大物博，西电东送、南水北调是我国俩大战略工程，人们常将西部丰富的水能、风能等各种形式的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，那么电能在传输给用户过程中要考虑什么问题呢？（学生回答，教师鼓励）（三）、进行新课教师讲解：由于输电线有电阻，在输电线上有功率损失和电压损失。
教师提问：功率损失？电压损失？学生回答：功率损失为ΔP= I 2r.电压损失ΔU= I r教师设疑：那如何减少输电线上的输电损失呢？下面我们来看一道例题。
例1：如图,一发电厂输出电压为220V，要将功率为220kw的电能输送到10km 以外的地方。
高中物理第五章交变电流远距离输电学案新人教选修
2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．在超导托卡马克实验装置中，质量为1m 的21H 与质量为2m 的31H 发生核聚变反应，放出质量为3m 的10n ，并生成质量为4m 的新核。
若已知真空中的光速为c ，则下列说法正确的是（ ）A ．新核的中子数为2，且该新核是32He 的同位素B ．该过程属于α衰变C ．该反应释放的核能为()23412m m m m c +--D ．核反应前后系统动量不守恒2．如图所示，带电荷量为Q 的等量同种正电荷固定在水平面上，在其连线的中垂线（竖直方向）上固定一光滑绝缘的细杆，细杆上套一个质量为m ，带电荷量为q +的小球，小球从细杆上某点a 由静止释放，到达b 点时速度为零，b 间的距离为h ，重力加速度为g 。
以下说法正确的是（ ）A ．等量同种正电荷在a 、b 两处产生的电场强度大小关系a b E E >B ．a 、b 两处的电势差ab mgh U q= C ．小球向下运动到最大速度的过程中小球电势能的增加量等于其重力势能的减少量D ．若把两电荷的位置往里移动相同距离后固定，再把带电小球从a 点由静止释放，则小球速度减为零的位置将在b 点的上方3．如图所示，倾角为30°的斜面固定在水平地面上，斜面上放有一重力为G 的物块A ，有一水平轻弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与物块A 接触。
若物块A 静止时受到沿斜面向下的摩擦力大小为2G ，此时弹簧的弹力大小是（ ）A ．33B ．233G C ．GD ．33G + 4．有一匀强电场，场强方向如图所示，在电场中有三个点A 、B 、C ，这三点的连线恰好够成一个直角三角形，且AC 边与电场线平行。
已知A 、B 两点的电势分别为A =5V ϕ，B =1.8V ϕ，AB 的距离为4cm ，BC的距离为3cm 。
高中物理选修3-2教学设计3：5.5电能的输送教案
5电能的输送[学习目标]1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。
2．知道降低输电损耗的两个途径。
3．了解电网供电的优点和意义。
[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功率损失。
[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]自学讨论法、阅读法、讲解法。
[教学手段]多媒体课件教学过程[教学过程]人们常把各种形式能（如水流能、燃料化学能、原子能）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？请同学们带着下列问题看书，然后再回答.1.为什么要远距离输电？电站建在资源丰富的地区，距离用户远，故需远距离输电.2.输送电能的基本要求是什么？（1）可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。
（2）保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。
（3）经济，是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。
3.为什么输电线上有电能损失？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。
在输电线上有电能损失正是远距离大功率输电面临的主要困难，下面我们重点讨论怎样在输电过程中减少电能的损失。
一、降低输电损耗的两个途径[情景设疑合作研讨]假定输电线路中的电流是I ，输电电压为U ，两条导线的总电阻是r ，在图5.5-2中，导线的电阻集中画为一个电阻r .1、怎样计算输电线路损失的功率？=∆P I 2r2、据此，减少输电线上损失的电功率可以有两个途径，分别是：（1）减小输电线的电阻（2）减小输电电流3、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在输电电阻一定的情况下，如果输电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？1/44、通过第3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？减小输电电流5、如何减小输电线的电阻呢？由电阻定律知r =ρSl （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．．．．．．。
完整word版新人教版高中物理选修32第五章《交变电流》教案
课题教学目的重难点授课方法教学新人教版高中物理选修3－ 2 第五章《交变电流》优选授课设计§5.1 交变电流课型新授课课时 1（一）知识与技术1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。
3．理解交变电流的瞬市价和最大值及中性面的正确含义。
（二）过程与方法1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。
2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转变成平面图形的能力。
3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。
（三）感情、态度与价值观培养学生用辩证唯物主义的见解认识问题。
授课重点交变电流产生的物理过程的剖析。
★ 授课难点交变电流的变化规律及应用。
经过演示实验，引导学生观察现象、剖析实验教师活动学生活动【预习导引】学生思虑预习引导的两1. 恒定电流的定义是什么？直流电的定义是什么？个问题？（3分钟）2. 我们依照什么来定义直流电和恒定电流的？教师指导学生阅读课本完成 1、2 两题（4 分钟）【新课授课】一、交变电流学生思虑并议论右侧的1.定义：四个问题（10分钟）2.试议论交变电流与恒定电流和直流电的差异是什么？二、交变电流的产生右图为交流电发电机的表示图，线圈所在磁场为匀强磁场，设矩形线圈 ABCD 以角速度ω绕 oo'轴、从线圈平面跟磁感线垂直的地址开始做逆时针过方向转动．1．开始时，线圈可否切割磁感线？线圈中感应电动势为多大？此时磁通量多大？方向怎样？2.经过时间 t 线圈转过的角度为多大？，此时 ab 边的线速度 v 方向跟磁感线方向夹角为多大，设 ab 边的长度为 l ，bd 边的长度为 l'，线圈中感觉电动势怎么计算？电流方向怎样判断？此时磁通量多大？程方向怎样？教3.当线圈转过 T/4 时间，线圈平面转到跟磁感学生剖析解决练习一并线平行的地址，ω t=π/2，sinωt =1，ab 边和 cd 边总结思路（ 4都垂直切割磁感线，线圈中感觉电动势最大，用E m来表示， E m=NBSω．（怎样获取的？）则线圈经过任意地址时，感觉电动势的瞬市价：e =E m sinω t，可见，线圈里产生的感觉电动势是按正弦规律变化的。
选修3-2第五章第2节描述交变电流的物理量教学设计
选修3-2第五章第2节描述交变电流的物理量教学设计（3）培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力．3．情感、态度和价值观目标：（1）由用电器铭牌，可介绍我国近几年的经济腾飞，激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神．（2）让学生体会对称美．三、教学重点难点重点：交流电的有效值、最大值、频率、周期的理解难点： 1、交变电流有效值概念既是重点又是难点，通过计算特殊形式的交变电流的有效值来体会和掌握它的定义。
2、交变电流瞬时值确定使学生感到困难，通过例题分析使学生学会借助数学工具处理解决物理问题的能力。
四、学情分析学生是教学过程中的主体，这个时候的学生已经知道了交变电流的一些特点和一些描述物理量，但是大多数学生的抽象思维和空间想象能力还比较低，对物理现象和知识的理解、判断、分析、和推理常常表现出一定的主观性、片面性、和表面性，这就要求在教学过程中合理安排、指导和引导学生突出重点、突破难点，提高学生分析、归纳、及抽象思维能力。
五、教学方法1、启发式综合教学法2、学案导学：见后面的学案六、课前准备1．学生的学习准备：结合学案预习本节内容。
2．教师的教学准备：教具的准备（投影仪、交流发电机模型、演示电流表），学案的准备七、课时安排：1课时八、教学过程1、预习检查检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
2、情景导入，展示目标教师提出问题：下面各个图的不同。
大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电．如图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流．如图（b）所示．而（a）、(d)为直流，其中（a）为恒定电流．通过看图，要想知道不同类型电流不同方面的特点，需要知道描述交流电的物理量，从而引入本节内容。
3、合作探究，精讲点拨探究一：表征交变电流大小物理量指导学生阅读教材，通过小组讨论明确该问题。
①瞬时值：对应某一时刻的交流的值，用小写字母表示，e ，i ，u ．②峰值：即最大的瞬时值用大写字母表示，m E ,m I ，mU ． 注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为ωNSB E m =，即仅由匝数N ，线圈面积S ，磁感强度B 和角速度ω四个量决定．与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的．③有效值：ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量ⅱ、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值．ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是2mU U =；2mI I =. 注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有2mU U =；2mI I =的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值．即mI I =．ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值．对于交流电若没有特殊说明的均指有效值．ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值．交流电的有效值计算21Q Q =④峰值、有效值、平均值在应用上的区别． 峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义．若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值．交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的．而平均值是由公式tn E ∆∆Φ=确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的．如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为：πωnBs T Bs n E 222=⋅=，而一周期内的平均电动势却为零．在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值．在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值．在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势都是指有效值．探究二：表征交变电流变化快慢的物理量 ①周期T ：电流完成一次周期性变化所用的时间．单位：s.②频率f ：一秒内完成周期性变化的次数．单位：ＨZ .③角频率ω：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度．单位：rad/s. ④、角速度、频率和周期的关系：T f ππω22==探究三：疑难辨析交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比．当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时，0=t 时，磁通量最大，Φ应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），4T t =时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如上图（a ）（b ）所示分别是t m ωcos Φ=Φ和t E e m ωsin =．4、反思总结，当堂检测教师组织学生反思本节课的内容，并总结学到的知识。
【高中物理】选修3-2第五章第1节交变电流教学设计
选修3-2第五章第1节《交变电流》教学设计一、教材分析交变电流知识对生产和生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。
为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图5．１－３所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.关于交变电流的变化规律,教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.二、教学目标1、知识目标（1）知道什么是交变流电。
并理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面.（2）掌握交变电流的变化规律，及表示方法.（3）理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.（4）知道几种常见的交变电流。
如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
2、能力目标（1）掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）.（2）培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.（3）培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力.3、情感、态度和价值观目标结合实际情况培养学生理论联系实际的思想.三、教学重点难点重点：1、交变电流产生的物理过程的分析.2、交变电流的变化规律的图象描述。
难点：１、交变电流的变化规律及应用.２、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。
四、学情分析学生已经学习了电磁感应，理解了导体切割磁场会产生电动势。
高二物理选修3-2第五章交变电流教案
第五章 交变电流一、交变电流的几个概念1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。
2、正弦式电流：随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流 3、中性面：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零； 线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。
二、交变电流的产生和描述（考试题型多为选择题）1、 正（余）弦式交变电流的产生条件有三，缺一不可，否则就不是正（余）弦式交变电流。
1） 匀强磁场 2） 转轴垂直磁场方向 3） 线圈匀速转动正（余）弦式交变电流的变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关。
2、 两个特殊位置的特点1）线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，φ最大， tφ=0，e=0，i=0，电流方向将发生改变。
若从此时开始计时，电动势瞬时表达式e=E m sin w t2）线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ=0，tφ最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变。
若从此时开始计时，电动势瞬时表达式e= E m cos w t 3、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。
1）周期T ：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
在一个周期内，交变电流的方向变化2次。
2）频率f:交变电流在1s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz ，频率越大，交变电流变化越快。
3）关系：12w f T π== 三、交变电流的“四值”物理量 物理含义重要关系 适用情况及说明 瞬时值交变电流某一时刻的值e ＝E m sin ωt i ＝I m sin ωt 计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值最大值 最大的瞬时值E m ＝nBSωI m ＝E mR ＋r确定用电器的耐压值，如电容器、晶体管等的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E ＝E m2 I ＝I m 21）一般交变电流表直接测量值。
最新人教版高中物理选修3-2第五章《交变电流》教学设计
教学设计1交变电流本节分析交变电流是生活和生产中最常见的电流，交变电流的产生和变化规律是本章知识的重点，是变压器和远距离输电的基础，又是上一章电磁感应和楞次定律的延续和发展，具有承上启下的作用．本节内容的特点之一：通过演示实验和探究实验，使学生参与到探究物理规律的过程，体验学物理的乐趣；本节内容的特点之二：演示实验多，再加上学生的探究实验，故容量大，时间紧，需仔细安排，做到时间分配合理，条理清晰，重点突出．学情分析学生对“直流电”这一部分知识有一定的基础，但是对“交变电流”的认识仅局限于生活中的常见电器．学生已经学习了电磁感应，理解了导体切割磁感线会产生电动势．在此基础上学习交变电流，亦符合学生的认知规律．但“交变电流”是新的概念，鉴于学生的接受能力不同，讲解时还需详细，加强引导．应该采用多媒体教学的手段，以便更直观、更立体地让学生接受．Ｋ教学目标●知识与技能(1)使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面．(2)掌握交变电流的变化规律及表示方法．(3)理解交变电流的瞬时值和峰值及中性面的准确含义．●过程与方法(1)掌握描述物理量的三种基本方法(文字法、公式法、图象法)．(2)培养学生的观察能力、空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力．(3)培养学生运用数学知识解决物理问题的能力．●情感、态度与价值观通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性．教学重难点1．交变电流产生的物理过程分析．2．交变电流的变化规律及应用．教学准备手摇发电机、小灯泡、示教电流表、电压传感器(或电流传感器)、学生电源、多媒体课件等．教学设计（一）●（设计者：曲开菊第七届全国中小学互动课堂教学实践观摩活动一等奖）教学过程设计(或电流)的波形是什么形状？表示电压电压(或电流)的波形与余弦函数图象的形状相同，图甲：磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大．圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电流．(图1)图乙：磁场的方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量为零，两条边垂直切割磁感线，线圈中的感应电流最大，电流方向如图图1 图2图丙：磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大．圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电流．(图3)图丁：磁场的方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量为零，图3 图4【小组讨论】感应电流在什么位置改变方向？线圈转动一周，改变几次方向？AD＝BC＝d，则线圈的面积的线速度v与B的夹角为【归纳总结】1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式.2.正弦式交变电流的变化规律：e＝E max sin ωt，u＝U max sinsin ωt.其中，E max、U max、I max为峰值，e、u、i为瞬时值.max【反馈练习】发电机产生的按正弦规律变化的电动势最大值为E max＝311 V板书设计1交变电流一、交变电流1.交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流2.直流：方向不随时间变化的电流叫做直流3.恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流二、交变电流的产生1.线圈在与中性面垂直的位置(B∥S)，感应电流最大2.线圈在中性面位置(B⊥S)，感应电流为零，方向发生变化3.线圈转动一周，感应电流方向改变两次三、交变电流的变化规律1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流2.e＝E max sin ωt，u＝U max sin ωt，i＝I max sin ωt.其中，E max、U max、I max为峰值，e、u、i 为瞬时值教学反思1．本节课首先利用演示实验，引导学生区分交流与直流的不同之处，即交变电流的特殊之处．对于交变电流的产生，采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的方法．为了便于学生理解和掌握，让学生通过观察发电机的示意图，画出线圈通过四个特殊位置时的正视图，分析感应电动势和感应电流方向的变化，使学生熟练掌握线圈转动一周感应电动势和感应电流的变化．2．本节内容出现了许多新名词，如交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值(以及下一节的有效值)等等．通过公式推导过程、交变电流的图象的描绘等，让学生明白这些名词的准确含义，特别是对中性面的理解．教学设计（二）●（设计者：韩丽娜山东省创新大赛一等奖）教学过程设计一、引入新课【演示实验】把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端．转动手柄，两个磁极之间的线圈转动．观察发光二极管的发光情况．提出问题：实验现象说明了什么？思路点拨：观察到的实验现象是两个发光二极管交替发光．手摇发电机的手柄带动发电机的线圈转动，线圈在磁场中的磁通量变化情况不同，产生的感应电流的大小、方向发生变化，由于发光二极管并联在一起，但是正负极的方向不同，导致它们不会同时发光．我们把这种方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，简称交流．现代生产和生活中大都使用交变电流．今天我们学习交变电流的产生和变化规律．二、新课教学(一)交变电流【自主学习】引导学生阅读课本P31“交变电流”的内容，学习交变电流的相关知识．1．交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流．2．直流：方向不随时间变化的电流．3．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流．4．交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流．【演示实验】用示波器演示直流和交变电流随时间变化的图象．【反馈练习】在如图所示的几种电流随时间变化的图象中，属于直流电的是________，属于交变电流的是__________．答案：1、23、4、5、6(二)交变电流的产生【课件展示】利用多媒体课件展示交流发电机的示意图，并设置以下问题．(1)在线圈转动过程中，哪些边会产生感应电动势？(2)线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(3)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．答案点拨：(1)在线圈转动过程中，AB和CD边切割磁感线，产生感应电动势．(2)线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流由B向A流动；线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流由A向B流动．(3)当线圈转到与磁场的方向垂直的位置时，线圈中没有电流；当线圈转到与磁场的方向平行时，线圈中的电流最大．(4)【归纳总结】1．中性面：线框平面与磁感线垂直的位置．2．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零．3．线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次．【反馈练习】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是() A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大B．在中性面时，感应电动势为零C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次答案：ABD(三)交变电流的变化规律【课件展示】如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中，AB边的长度为l，BC边的长度为d，线圈的阻值为R，以AB边所在的直线为轴，以一定的角速度ω从该位置开始匀速转动．问题：(1)CD边的线速度多大？(2)如图所示，经过时间t，CD边的线速度与磁感线的夹角θ＝ωt，线圈中的感应电流的大小和方向如何？(3)如图所示，经过时间t，CD边的线速度与磁感线的夹角为θ＝ωt－π，线圈中的感应电流的大小和方向如何？答案点拨：(1)当线圈ABCD 以AB 边所在的直线为轴匀速转动时，CD 边的线速度v ＝ωd .(2)此时的感应电动势E ＝Bl v sin θ＝Blωd sin ωt ，线圈中的感应电流I ＝E R ＝Bldωsin ωt R，感应电流方向为由D 到C .(3)此时的感应电动势E ＝Bl v sin θ＝－Blωd sin ωt ，线圈中的感应电流I ＝E R＝－Bldωsin ωt R，感应电流方向为由C 到D . 公式推导：线圈在与中性面垂直的位置感应电动势最大E max ＝BSω.所以，线圈的感应电动势e ＝E max sin ωt .线圈中的电流为i ＝e R ＝E max Rsin ωt ＝I max sin ωt .CD 边切割磁感线为等效电源，CD 两端的电压u ＝U max sin ωt .【课件展示】利用多媒体展示几种常见的交变电流的波形．【归纳总结】1．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．2．正弦式交变电流的变化规律：e ＝E max sin ωt ，u ＝U max sin ωt ，i ＝I max sin ωt .其中，E max 、U max 、I max 为峰值，e 、u 、i 为瞬时值．【反馈练习】如图所示，ab 边长为20 cm ，ad 边长为10 cm 的矩形线圈，匝数N ＝10，磁场的磁感应强度B ＝0.2 T ，线圈转速n ＝100 r/s.求：(1)该线圈产生的感应电动势的最大值；(2)若从中性面计时，则经过1600s时线圈电动势的瞬时值．答案：(1)8π(2)43π三、课堂小结引导学生自主总结本节课的收获，然后小组内交流、补充．四、布置作业问题与练习：3、4、5.板书设计1交变电流一、交变电流1.交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流2.直流：方向不随时间变化的电流3.恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流二、交变电流的产生1.中性面：线框平面与磁感线垂直的位置2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零3.线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次三、交变电流的变化规律1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流2.正弦式交变电流的变化规律：e＝E max sin ωt，u＝U max sin ωt，i＝I max sin ωt.其中，E max、U max、I max为峰值，e、u、i为瞬时值教学反思1．本节课借助演示实验引入交流、直流的概念，通过电压传感器(或电流传感器)展现两种电流变化的不同情况，通过图象对比，先了解什么是交变电流，然后再学习交变电流是怎样产生的，有利于学生在感性认识的基础上再做理性分析，达到了降低教学难度的效果．2．对于交变电流的产生和变化规律，本节课采取由感性认识到理性认识，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了便于学生理解和掌握，利用了模型和多媒体动画配合讲解．通过有梯度的问题链的方式引导学生分析线圈转动过程中电动势的变化，逐步深入，降低了学习难度．3．本节课学生通过对物理规律的定性、定量的推导，体验了探究发现的乐趣，提高了探究物理规律的能力，体会到了运用数学知识解决物理问题的重要性．备课资料●交变电流与直流电“大战”19世纪末，在爱迪生的推动下，直流电已经有了相当广泛的应用．不过在实际应用中，直流电存在着很大缺点：不仅需要大量的铜线，而且不能远距离输电，每平方英里，就需要一个单独的发电机供电，很不经济．出生于克罗地亚的发明家特斯拉考虑采用交变电流来代替直流电．交变电流系统使用高电压、小电流供电，然后利用变压器调节电流、电压，来适应用户需要．它的突出优点是可以用细导线实现远距离送电．但是，这种既经济又科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对．出于竞争的需要，爱迪生声称采用交变电流比直流电危险得多．为了证明交变电流的安全性，特斯拉特地制作了一个“特斯拉线圈”，它是由一个感应线圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成的，这种装置可以产生频率很高的高压电．不过这种高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理效应．特斯拉在一次记者招待会上，让交变电流从“特斯拉线圈”通过自己的身体，点亮了电灯，甚至还熔化了电线．在场的记者个个目瞪口呆，取得了极大的宣传效果．特斯拉的胜利，加速了交变电流的推广应用．特斯拉与爱迪生之间的矛盾是如此之深，以致当他知道自己将与爱迪生一起分享1912年的诺贝尔物理学奖时，他表示不接受授奖．最后，这一年度的诺贝尔物理学奖便转发给了瑞典物理学家达伦．。
高二物理选修3-2第五章交变电流第五节电能的输送导学案设计
高二物理选修3-2第五章交变电流第五节电能的输送导学案【教学目标】1．了解从变电站到用户的输电过程。
知道远距离输电时应用高电压的道理。
2．引导学生积极主动探究，发现问题，解决问题，在学习知识的同时获得一定的成就感。
【教学重点】知道什么是导线上的功率损耗和电压损耗；知道如何减小损耗【教学难点】会设计电能输送的示意图，并理解电压损耗和能量损耗的关系【自主学习】一、降低输电损耗的两个途径设输电电流为I，输电线的电阻为r，则输电线上的功率损失为P=I2r。
据此，可以有两个途径来减小输电损失。
1．一个途径是减小输电线的电阻。
在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，如铜、铝来制造输电线。
此外，还要尽可能增加导线的横截面积。
但是导线横截面积的增加是有一定限度的。
过粗的导线会耗费太多的金属材料，而且输电线太重、太粗也给铺设工作带来困难。
2．另一个途径减少输电导线的电流。
【思考与讨论】假定输电线路中的电流是I，用户端的电压是U，两条导线的电阻是r，如图所示。
1．怎样计算输电线路损失的功率？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？在线路电阻一定的情况下，如果输电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？3．通过第2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。
4．怎样计算用户消耗的功率P？5．在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？（1）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。
现代远距离输电电压都很高。
目前我国远距离送电采用的电压有：110kV、220kV、330kV，输电干线已经采用500kV超高压，西北电网的电压甚至达到750kV。
（2）输电电压也不是越高越好。
电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。
最新人教版选修3-2高中物理第5章5-5远距离输电教学设计
第五节电能的输送●本节教材分析这节教材是生前面所知识综合运用解决实际问题的一个典型例子通过本节的习，要注意培养和提高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，可让生阅读课本，然后提出一些问题引导生思考、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，可引导生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论2讲解电路上的电压损失，是本节教材新增加的目的是希望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只一个，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3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，甚至进而得出错误结论要通过具体的例子，可引导生进行讨论，澄清认识要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了生的思考，否则会事倍功半，似快而实慢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生地、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》既可以开阔生眼界，也可以增加知识●教目标一、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、技能目标培养生阅读、分析、综合和应用能力三、情感态度目标1培养生遇到问题要认真、全面分析的态度2介绍我国远距离输电概况，激发生投身祖国建设的热情●教重点找出影响远距离输电损失的因素，使生理解高压输电可减少P与U损失●教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●教方法自讨论法●教用具可拆变压器（2台）、长导线、生电、小灯泡、投影仪、AI课件●课时安排1课时●教过程一、引入新课［师］人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化能、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？这节课我们就习远距离输电的知识，请同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）［生］阅读并展开激烈的讨论二、新课教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 =I 2R ［生3］根据功率损失的表达式ΔP =I 2R 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=ρS1，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，既不经济又架设困难［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道理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 ′=I R 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 =I R 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，这样不经济实际输电时，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 W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 V或110 V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 V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 V、220 V、330 V、500 V［师］大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？［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AI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-ΔU4例题分析某交流发电机输出功率为5×105 W ，输出电压为U =10×103 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 =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）解析：引导生画出电路引导生写出各部分关系式U ∶U 1=1∶2I 2∶I 1=1∶2 U 2∶U 用=1′∶2′I 3∶I 2=1′∶2′U 1=U 损+U 2 P =P 损+P 用户 P 损=I 22·R 解：I 1=UP=500 A P 损=5%P =5%×5×105 W=25×104 W P 损=I 22R I 2=R P 损=50 AI 3=用户用户U P =用户损U P P -=3801075.45⨯所以101500501221===I I n n125503801075.4523'2'1=⨯⨯==I I n n 三、小结通过本节习，主要习以下问题： 1远距离输电线路上，P 损=I 2R=RU 2损，其中（I =UP 总）2远距离高压输电中，P 损和U 损都能减少 3交流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 四、布置作业（略0 五、板书设计六、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4400 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 3/，落差为=5 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 =送送U P =220104.43⨯ A=20 A电线上损失的：U 损=I ·R 线=20×2×2 V=80 VP 损=I ·U 损=1600 W用户得到的：U 户=220 V-80 V=140 VP 户=P -P 损=4400 W-1600 W=2800 W（2）用变压器时，电路如图所示U 1=10U =2200 V I 线=1U P =22004400A=2 A U 2=U 1-I 线R=2200 V-2×4 V=2192 V 所以U 户′=102U =2192 V P 户′=P -I 线2×R =4400 W-4×4 W=4384 W 2解析：发电机将水机械能转换为电能，其中：P 输=η1ρQg =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=51054⨯=线损R P A=100 A 而不用变压器直接输送时，输电线上电流大小：I =400106=送输U P =2500 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=送输U P =2500 AI 2=线损R P =100 AI 3=2201095.06⨯=-户损U P P A=2210953⨯ A 所以2511221==I I n n2295023'2'1==I I nn 143●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，进行计算另外，还需注意以下几点：（1）因为输电距离不变，所以输电线长度一定 （2）发电机的输出功率通常认为是恒定的（3）输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值 （4）记熟两个基本公式： 电压关系：U 升=U 降+ΔU =I R 线 +U 降 能量关系：P 出=P 损+P 降=I 2R 线+IU 降=IU 升●备课资料汽油机点火装置的工作原理汽车中汽油发动机的点火装置是利用感应圈的原理制成的感应圈是互感现象的重要应用之一它实际上就是一个小功率的升压变压器它能将十几伏的直流低电压变成数万伏的高电压，是实验中经常用取得高压的一种电设备感应圈的结构示意图如图1所示，主体部分是在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个线圈的变压器，初级线圈绕在里层，次级线圈绕在外层，层间有良好绝缘，整个变压器经过绝缘处理后放进胶木外套筒中，空隙处灌满了很厚的一层石蜡图1我们知道，恒定直流电是不能变压的但不断的接通与切断直流电路却可以产生互感电动势，这表明断续的脉动直流电可以进行电压变换这里通断电流的机构是采用一个最简单的电磁式断续器当螺旋调节器触点与带有铁头的弹簧片P接触时，合上电开关S，初级线圈中有直流电通过，于是铁芯被磁化吸引弹簧片，但此时却切断了电路；铁芯失去磁性便放开弹簧片，弹簧片又与触点接触，电路再度被接通如此不断的重复下去，低压恒定直流电就变成了脉动直流电由于初级线圈自感作用的结果，电流不能突然增大，也不能突然减小，因而变成上升被阻拦，下降被拖延的脉动直流其波形如图2（）所示图中Δ1时间内的曲线表示电路接通时，电流上升的情形，而Δ2时间内的曲线则表示电路断开时，电流下降的情形，我们知道，由于初级线圈电流的变化，在初级和次级线圈中都会感应出电动势电流的变化率越大，感应电动势也就越高由图可见，由于电路断开时电流的变化率比电路接通时电流的变化率要大得多，所以电路断开时感应电动势也比接通时高得多图2（b）中画出了次级的电动势2的变化波形由图可见，在电路接通时（Δ1时间内），感应电动势较小，而电路断开时（Δ2时间内），感应电动势上升至较大的数值如果次级两端点D、D′相距较近，则感应电动势的正向与负向的值都可使DD′间的空气击穿而发生强烈的火花放电这时，次级线圈中就有交变电流通过，其电流变化的规律与电动势变化的规律相同，仍如图2（b）所示但是如果D、D′相距较远，则当电路接通时，次级的感应电动势较小不足以使空气击穿放电，此时次级线圈没有电流通过；只有当电路断开时，由于次级感应电动势很大，DD′间的空气被击穿放电，次级线圈中才有电流通过所以这时次级的电流是脉冲的直流电，如图2（c）所示图2由于初级线圈的自感系数较大，当电路断开时，电流的变化率又很大，所以此时可产生约几百伏的自感电动势，比直流电的电压要高得多而且，因为次级线圈的匝数N2约为初级线圈匝数N1的300倍左右，次级线圈的电压将比初级线圈的电动势高约300倍，所以，次级线圈的电动势可以达到一万伏乃至几万伏的高压因为生已经知道自感电动势的大小与电流的变化率有关，所以上述内容可适当的进行补充，以利于生理解自感及变压器。
高中物理选修3-2教学设计2：5.5电能的输送教案
5电能的输送一、教学目标知识目标：1、知道输电的过程．了解远距离输电的原理2、理解各个物理量的概念及相互关系3、充分理解P=U2/R；P=I2R；P=UI中的物理量的对应关系4、知道什么是输电导线上的功率和电压损失和如何减少功率和电压损失5、理解为什么远距离输电要用高压.能力目标：1、培养学生的阅读和自学能力2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考3、通过远距离输电原理分析，具体计算过程，使学生学会分析解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算实践情感目标：教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯二、教学重点、难点、疑点及解决办法1、重点：（l）理论分析如何减少输电过程的电能损失（2）远距离输电的原理2、难点：远距离输电原理图的理解3、疑点：P=U2/R；P=I2R；P=UI的对应关系理解4、解决办法通过自学、教师讲解例题分析来逐步突破重点，解决难点，解释疑点三、教学过程引入新课：复习引入教学过程：1、输电线上的功率损失（1）、为什么输电线上有电能损失？由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同时输电线上有电压降，故又损失一部分电压.（2）、如何减少电能损失？A 、减少导线电阻，由电阻定律知B 、减小输电线中的电流阅读并回答教材“思考与讨论”中的问题例1：输电导线的总电阻为R ，输送电功率为P .现分别用U 1和U 2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )A ．U 1∶U 2B ．U 21∶U 22C ．U 22∶U 21D ．U 2∶U 1[答案] C结论：提高输电电压，是减少电能损失的行之有效的办法2、远距离输电原理图例2、发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)(1)画出上述输电全过程的线路图；(2)若发电机的输出功率是100kW ，输出电压是250V ，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(3)在(2)中条件下，若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；(4)计算(3)中降压变压器的输出功率．[解析] (1)或(2)6250V16AS L R ρ=(3)15.6Ω6000V(4)96kW3、电网供电4、小结：处理远距离输电的基本思路（1）画远距离输电原理图（2）、原理图中各物理量的关系①功率关系：P1=P2P3=P4P2=P损+P3②电流电压关系：U2=U线+U3I2=I35、布置作业：课后题1、2、3。
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第五节电能的输送●本节教材分析这节教材是学生前面所学知识综合运用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.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只一个，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.3.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.要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，似快而实慢.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.●教学方法自学讨论法.●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●教学过程一、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）［生］阅读并展开激烈的讨论. 二、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 =I 2R.［生3］根据功率损失的表达式ΔP =I 2R 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=ρS1，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，既不经济又架设困难. ［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道理.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 ′=I R 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 =I R 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，这样不经济.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，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？［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5×10.5 W，输出电压为U=1.0×10.3 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=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）解析：引导学生画出电路.引导学生写出各部分关系式U∶U1=n1∶n2 I2∶I1=n1∶n2U2∶U用=n1′∶n2′I3∶I2=n1′∶n2′U1=U损+U2P=P损+P用户P 损=I 22·R 解：I 1=UP=500 A P 损=5%P =5%×5×105 W=2.5×104 W P 损=I 22R I 2=R P 损=50 AI 3=用户用户U P =用户损U P P -=3801075.45⨯所以101500501221===I I n n 125503801075.4523'2'1=⨯⨯==I I n n 三、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=R U 2损，其中（I =UP 总）. 2.远距离高压输电中，P 损和U 损都能减少.3.交流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. 四、布置作业（略0 五、板书设计六、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4400 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 =送送U P =220104.43⨯ A=20 A电线上损失的：U 损=I ·R 线=20×2×2 V=80 VP 损=I ·U 损=1600 W用户得到的：U 户=220 V-80 V=140 VP 户=P -P 损=4400 W-1600 W=2800 W（2）用变压器时，电路如图所示.U 1=10U =2200 V I 线=1U P =22004400 A=2 A U 2=U 1-I 线R=2200 V-2×4 V=2192 V 所以U 户′=102U =219.2 V P 户′=P -I 线2×R =4400 W-4×4 W=4384 W2.解析：发电机将水机械能转换为电能，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=51054⨯=线损R P A=100 A而不用变压器直接输送时，输电线上电流大小： I =400106=送输U P =2500 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=送输U P =2500 AI 2=线损R P =100 AI 3=2201095.06⨯=-户损U P P A=2210953⨯ A 所以2511221==I I n n2295023'2'1==I I n n 143●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.另外，还需注意以下几点：（1）因为输电距离不变，所以输电线长度一定. （2）发电机的输出功率通常认为是恒定的.（3）输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值. （4）记熟两个基本公式：电压关系：U 升=U 降+ΔU =I R 线 +U 降 能量关系：P 出=P 损+P 降=I 2R 线+IU 降=IU 升●备课资料汽油机点火装置的工作原理汽车中汽油发动机的点火装置是利用感应圈的原理制成的.感应圈是互感现象的重要应用之一.它实际上就是一个小功率的升压变压器.它能将十几伏的直流低电压变成数万伏的高电压，是科学实验中经常用来取得高压的一种电源设备.感应圈的结构示意图如图1所示，主体部分是在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个线圈的变压器，初级线圈绕在里层，次级线圈绕在外层，层间有良好绝缘，整个变压器经过绝缘处理后放进胶木外套筒中，空隙处灌满了很厚的一层石蜡.图1我们知道，恒定直流电是不能变压的.但不断的接通与切断直流电路却可以产生互感电动势，这表明断续的脉动直流电可以进行电压变换.这里通断电流的机构是采用一个最简单的电磁式断续器.当螺旋调节器触点Z与带有铁头的弹簧片P接触时，合上电源开关S，初级线圈中有直流电通过，于是铁芯被磁化吸引弹簧片，但此时却切断了电路；铁芯失去磁性便放开弹簧片，弹簧片又与触点Z接触，电路再度被接通.如此不断的重复下去，低压恒定直流电就变成了脉动直流电.由于初级线圈自感作用的结果，电流不能突然增大，也不能突然减小，因而变成上升被阻拦，下降被拖延的脉动直流.其波形如图2（a）所示.图中Δt1时间内的曲线表示电路接通时，电流上升的情形，而Δt2时间内的曲线则表示电路断开时，电流下降的情形，我们知道，由于初级线圈电流的变化，在初级和次级线圈中都会感应出电动势.电流的变化率越大，感应电动势也就越高.由图可见，由于电路断开时电流的变化率比电路接通时电流的变化率要大得多，所以电路断开时感应电动势也比接通时高得多.图2（b）中画出了次级的电动势e2的变化波形.由图可见，在电路接通时（Δt1时间内），感应电动势较小，而电路断开时（Δt2时间内），感应电动势上升至较大的数值.如果次级两端点D、D′相距较近，则感应电动势的正向与负向的值都可使DD′间的空气击穿而发生强烈的火花放电.这时，次级线圈中就有交变电流通过，其电流变化的规律与电动势变化的规律相同，仍如图2（b）所示.但是如果D、D′相距较远，则当电路接通时，次级的感应电动势较小.不足以使空气击穿放电，此时次级线圈没有电流通过；只有当电路断开时，由于次级感应电动势很大，DD′间的空气被击穿放电，次级线圈中才有电流通过.所以这时次级的电流是脉冲的直流电，如图2（c）所示.图2由于初级线圈的自感系数较大，当电路断开时，电流的变化率又很大，所以此时可产生约几百伏的自感电动势，比直流电源的电压要高得多.而且，因为次级线圈的匝数N2约为初级线圈匝数N1的300倍左右，次级线圈的电压将比初级线圈的电动势高约300倍，所以，次级线圈的电动势可以达到一万伏乃至几万伏的高压.因为学生已经知道自感电动势的大小与电流的变化率有关，所以上述内容可适当的进行补充，以利于学生理解自感及变压器.。