新人教版高中物理精品教案：55電能的輸送

1、高中物理教案主備人 第 8 頁 共 8 頁第五節(jié) 電能的輸送本節(jié)教材分析這節(jié)教材是學生前面所學知識綜合運用解決實際問題的一個典型例子.通過本節(jié)的學習，要注意培養(yǎng)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，然后提出一些問題引導學生思考、討論.在內容的處理上，應注意以下幾個方面：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(fā)，進行分析，得出結論.2.講解電路上的電壓損失，是本節(jié)教材新增加的.目的是希望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

2、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u=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，可引導學生進行討論，澄清認識.要注意，切不可單純由教師講解，而代替了學生的思考，否則會事倍功半，似快而實慢.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(jié)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、知識目標1.知道“便于遠距離輸送”是電能的優(yōu)點，知道輸

3、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.二、技能目標培養(yǎng)學生閱讀、分析、綜合和應用能力.三、情感態(tài)度目標1.培養(yǎng)學生遇到問題要認真、全面分析的科學態(tài)度.2.介紹我國遠距離輸電概況，激發(fā)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p與u損失. 教學難點理解高壓輸電原理，區(qū)別導線上的輸電電壓u和損失電壓u. 教學方法自學討論法. 教學用具可拆變壓器（2臺）、長導線、學生電源、小燈泡、投影儀、cai課件. 課時安排1課時教學過程一、引入新課師人們常把各種形

4、式的能（如水流能、燃料化學能、核能）先轉化為電能再進行傳輸，這是因為電能可以通過電網來傳輸，那么電能在由電廠傳輸給用戶過程中要考慮什么問題？這節(jié)課我們就來學習遠距離輸電的知識，請同學們認真仔細地閱讀教材，回答老師提出的下列問題（屏幕上打出）生閱讀并展開激烈的討論.二、新課教學1.輸電線上的功率損失師輸送電能的基本要求是什么？生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(wěn)定.經濟是指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗小，電價低.師遠距離大功率輸電面臨的困難是什么？生在輸電線上有功率損失和電壓損失.師輸電線上功

5、率損失的原因是什么？功率損失的表達式是什么？如何減小輸電線上的電壓損失？生1由于輸電線有電阻，當有電流流過輸電線時，有一部分電能轉化為電熱而損失掉了.這是輸電線上功率損失的主要原因.生2設輸電電流為i，輸電線的電阻為r，則功率損失為p=i2r.生3根據功率損失的表達式p=i2r可知，要減少輸電線上的功率損失，有兩種方法：其一是減小輸電線的電阻；其二是減小輸電電流.師如何減小輸電線的電阻呢？生根據電阻定律可知r線=，要減小輸電線的電阻r線，可采用下述方法：減小材料的電阻率.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.減小輸電線的長度l不可行，因為要保證輸電距離.增加導線的橫截

6、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.師如何減小輸電線中的電流呢？生在輸電功率一定的條件下，根據p=ui可知，要減小輸電線中的電流i，必須提高輸電電壓u，這就是采用高壓輸電的道理.2.輸電線上的電壓損失師在直流輸電時，輸電線上電壓損失的原因是什么？交流輸電呢？生1由于輸電線有電阻，電流在輸電線上有電壓損失.生2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.師在不計感抗和容抗的條件下，電壓損失的表達式是什么？生電壓損失u=u-u=ir線師如何減小電壓損失，保證輸電質量呢？生根據電壓損失的表達式u=ir線可知，要減少輸電線上的電壓損失，有兩種方法：其

7、一是減小輸電線的電阻r線；其二是減少輸電電流.方法同減少功率損失.師為了減少功率損失和電壓損失，都需要采用高壓輸電，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.3.幾種輸電模式師常用的輸電模式有幾種？各是什么？生1低壓輸電：輸電功率為100 kw以下，距離為幾百米以內，一般采用220 v的電壓輸電.生2高壓輸電：輸電功率為幾千千瓦到幾萬千瓦，距離為幾十千米到幾百千米，一般采用35 kv或110 kv的電壓輸電.生3超高壓輸電：輸電功率為10萬千瓦以上，距離為幾百千米，必須采用220 kv或更高的電壓輸電.師我國遠距離輸電采用的電壓有

8、哪幾種？生有110 kv、220 kv、330 kv、500 kv.師大型發(fā)電機發(fā)出的電壓不符合遠距離輸電的要求，怎么辦？而到達目的地的電壓也不符合用戶的要求，怎么辦？生在發(fā)電機處用升壓變壓器升高電壓，在用戶處用降壓變壓器降低電壓.師用cai課件展示我國遠距離高壓輸電情況及遠距離高壓輸電的原理.如下圖所示.設發(fā)電機的輸出功率為p，則功率損失為p=i22r用戶得到的功率為p用=p-p.電壓損失為u=i2r，則u3=u2-u.4.例題分析某交流發(fā)電機輸出功率為510.5 w，輸出電壓為u=1.010.3 v，假如輸電線的總電阻r=10 ，在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5%，用戶使用電壓u=3

9、80 v.（1）畫出輸電線路的示意圖（下圖）.（標明各部分的符號）（2）所用升壓和降壓變壓器的原、副線圈的匝數比是多少？（使用的變壓器是理想變壓器）解析：引導學生畫出電路.引導學生寫出各部分關系式uu1=n1n2i2i1=n1n2u2u用=n1n2i3i2=n1n2u1=u損+u2p=p損+p用戶p損=i22r解：i1=500 ap損=5%p=5%5105 w=2.5104 wp損=i22ri2=50 ai3=所以三、小結通過本節(jié)學習，主要學習以下問題：1.遠距離輸電線路上，p損=i2r=，其中（i=）.2.遠距離高壓輸電中，p損和u損都能減少.3.交流和直流輸電有其各自的優(yōu)點和不足.4.電站

10、輸出功率由用戶消耗功率決定.四、布置作業(yè)（略0五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計1.單相交流發(fā)電機的路端電壓為220 v，輸出的電功率為4400 w，發(fā)電機到用戶單根輸電線的電阻為2 ，求（1）用戶得到的電壓和電功率各是多少？（2）如果用變壓比為110的升壓變壓器升壓后向用戶輸電，用戶處再用變壓比為101的降壓變壓器降壓后使用，那么用戶得到的實際電壓和電功率又是多少？2.一條河的流量為q=40 m3/s，落差為h=5 m.利用它發(fā)電，單相交流發(fā)電機效率1=50%，輸出電壓u=400 v，輸電線總電阻r線=5 ，電線上允許損失的最大電功率為發(fā)電機輸出的電功率2倍,2=5%，用戶所需電壓為220

11、v，設計輸電線兩端變壓器的原、副線圈匝數比各是多少？參考答案：1.解析（1）不用變壓器，直接輸電時：干線中電流：i= a=20 a電線上損失的：u損=ir線=2022 v=80 vp損=iu損=1600 w用戶得到的：u戶=220 v-80 v=140 vp戶=p-p損=4400 w-1600 w=2800 w （2）用變壓器時，電路如圖所示.u1=10u=2200 vi線= a=2 au2=u1-i線r=2200 v-24 v=2192 v所以u戶=219.2 vp戶=p-i線2r=4400 w-44 w=4384 w2.解析：發(fā)電機將水機械能轉換為電能，其中：p輸=1qgh=50%1034

12、0105 w=106 w輸電線上損失：p損=2p輸=5104 w輸電線上允許輸送的最大電流i線= a=100 a而不用變壓器直接輸送時，輸電線上電流大小：i=2500 a100 a為減少電能損失，必須是先升壓后降壓，輸電線路如圖所示.i1=2500 ai2=100 ai3= a= a所以 備課資料求解輸電問題的思路由于發(fā)電機本身的輸出電壓不可能提高，所以采用高壓輸電時，在發(fā)電站內需用升壓變壓器升壓后再由輸電線輸出，到用電區(qū)再用降壓變壓器降到所需的電壓，在解答有關遠距離輸電問題時，首先要將整個電路分成幾段進行研究，找出跟各段電路相應的物理量；然后利用變壓器工作原理和直流電路的基本定律分段列式，最

13、后聯(lián)立求解，進行計算.另外，還需注意以下幾點：（1）因為輸電距離不變，所以輸電線長度一定.（2）發(fā)電機的輸出功率通常認為是恒定的.（3）輸電導線上的電能損失往往要求不能超過某一規(guī)定值.（4）記熟兩個基本公式：電壓關系：u升=u降+u=ir線 +u降能量關系：p出=p損+p降=i2r線+iu降=iu升備課資料汽油機點火裝置的工作原理汽車中汽油發(fā)動機的點火裝置是利用感應圈的原理制成的.感應圈是互感現象的重要應用之一.它實際上就是一個小功率的升壓變壓器.它能將十幾伏的直流低電壓變成數萬伏的高電壓，是科學實驗中經常用來取得高壓的一種電源設備.感應圈的結構示意圖如圖1所示，主體部分是在一個用許多薄硅鋼片

14、疊合而成的直條形鐵芯上套有兩個線圈的變壓器，初級線圈繞在里層，次級線圈繞在外層，層間有良好絕緣，整個變壓器經過絕緣處理后放進膠木外套筒中，空隙處灌滿了很厚的一層石蠟.圖1我們知道，恒定直流電是不能變壓的.但不斷的接通與切斷直流電路卻可以產生互感電動勢，這表明斷續(xù)的脈動直流電可以進行電壓變換.這里通斷電流的機構是采用一個最簡單的電磁式斷續(xù)器.當螺旋調節(jié)器觸點z與帶有鐵頭的彈簧片p接觸時，合上電源開關s，初級線圈中有直流電通過，于是鐵芯被磁化吸引彈簧片，但此時卻切斷了電路；鐵芯失去磁性便放開彈簧片，彈簧片又與觸點z接觸，電路再度被接通.如此不斷的重復下去，低壓恒定直流電就變成了脈動直流電.由于初級

15、線圈自感作用的結果，電流不能突然增大，也不能突然減小，因而變成上升被阻攔，下降被拖延的脈動直流.其波形如圖2（a）所示.圖中t1時間內的曲線表示電路接通時，電流上升的情形，而t2時間內的曲線則表示電路斷開時，電流下降的情形，我們知道，由于初級線圈電流的變化，在初級和次級線圈中都會感應出電動勢.電流的變化率越大，感應電動勢也就越高.由圖可見，由于電路斷開時電流的變化率比電路接通時電流的變化率要大得多，所以電路斷開時感應電動勢也比接通時高得多.圖2（b）中畫出了次級的電動勢e2的變化波形.由圖可見，在電路接通時（t1時間內），感應電動勢較小，而電路斷開時（t2時間內），感應電動勢上升至較大的數值.如果次級兩端點d、d相距較近，則感應電動勢的正向與負向的值都可使dd間的空氣擊穿而發(fā)生強烈的火花放電.這時，次級線圈中就有交變電流通過，其電流變化的規(guī)律與電動勢變化的規(guī)律相同，仍如圖2（b）所示.但是如果d、d相距較遠，則當電路接通時，次級的感應電動勢較小.不足以使空氣擊穿放電，此時次級線圈沒有電流通過；只有當電路斷開時，由于次級感應電動勢很大，dd間的空氣被擊穿放電，次