高中人教物理選擇性必修二3.4 電能的輸送（教學(xué)設(shè)計(jì)）-同步備課

1、第3章交變電流第4節(jié)電能的輸送本節(jié)課程是對(duì)于電路上的功率損失，可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，引導(dǎo)學(xué)生自己從已有的直流電路知識(shí)出發(fā)，進(jìn)行分析，得出結(jié)論。提及電路上的電壓損失，目的是希望學(xué)生對(duì)輸電問題有更全面、更深人和更接近實(shí)際的認(rèn)識(shí)，知道影響輸電損失的因素不只一個(gè)，分析問題應(yīng)綜合考慮，抓住主要方面。學(xué)生常常容易將導(dǎo)線上的電壓損失面 與輸電電壓混淆起來，甚至進(jìn)而得出錯(cuò)誤結(jié)論?？梢龑?dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，澄清認(rèn)識(shí)這里要注意，切不可代替了學(xué)生的思考，否則會(huì)事倍功半。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(xué)生科學(xué)地、全面地認(rèn)識(shí)問題，逐步樹立正確地分析問題、認(rèn)識(shí)問題的觀點(diǎn)和方法

2、?！疚锢碛^念】了解電能的輸送過程中電壓與功率都存在著必然的損耗?！究茖W(xué)思維】知道降低輸電損耗的兩個(gè)途徑要從控制輸電電阻，提高輸電電壓作為出發(fā)點(diǎn)來進(jìn)行研究，提升根據(jù)理論公式指導(dǎo)實(shí)際的思維能力?！究茖W(xué)探究】培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律和公式分析解決實(shí)際問題的能力?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】養(yǎng)成利用理論公式知道實(shí)際的學(xué)習(xí)態(tài)度，通過對(duì)課本拓展知識(shí)的學(xué)習(xí)了解電能輸送技術(shù)的發(fā)展歷史，不斷提升理論結(jié)合實(shí)際解決問題的能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】高壓輸電的基本工作原理及降低電能消耗的兩種途徑?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】高壓輸電的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程及各物理量之間的相互關(guān)系?！疽胄抡n】引導(dǎo)學(xué)生回憶變壓器的構(gòu)造示意圖 2符號(hào)變壓器的工作原理： 1、互感現(xiàn)象：變

3、壓器只能改變交流電的電壓和電流 2、能量轉(zhuǎn)化：電能磁場(chǎng)能電能 3、理想變壓器功率：P入P出理想變壓器的變壓、變流規(guī)律：， 【進(jìn)行新課】探究點(diǎn)一 電能的輸送【思考】為了合理利用能源，發(fā)電廠要建在靠近能源的地方，而用電的地方卻分布很廣，大部分地方離發(fā)電廠很遠(yuǎn)，故需要把電能輸送到很遠(yuǎn)的地方遠(yuǎn)距離輸電。而在遠(yuǎn)距離輸電中，面臨的就是如何輸送電能？如何減少損耗、節(jié)約電能？ 風(fēng)力發(fā)電 高壓輸電老師引出：1、電能的突出優(yōu)點(diǎn)便于遠(yuǎn)距離輸送2、輸送電能的基本要求可靠：保證供電線路可靠地工作,少有故障和停電保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量（電壓和頻率穩(wěn)定）經(jīng)濟(jì)：輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低,電能損耗小探究點(diǎn)二、 降低輸電損耗的兩

4、個(gè)途徑1、電壓損失2、電功率損失 【思考與討論】1.怎樣計(jì)算輸電線路損失的功率?2.在輸電電流一定的情況下,如果線路的電阻減為原來的一半,線路上損失的功率減為原來的幾分之一? 在線路電阻一定的情況下,如果輸電電流減為原來的一半,線路上損失的功率減為原來的幾分之一?3.通過第2步的兩項(xiàng)計(jì)算，你認(rèn)為哪個(gè)途徑對(duì)于降低輸電線路的損耗更為有效？4.怎樣計(jì)算用戶消耗的功率P用？ 三、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑如果輸送的電功率為P，輸送電壓為U，輸電線的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，電阻率為 。則輸電線損耗功率為多少呢？則功率損耗為可表示為：如何減少電能損失?(1)減小輸電線電阻R(2)減小輸電電流I途徑一、減小輸

5、電線電阻R：減小材料的電阻率：用銅或鋁減小輸電線的長(zhǎng)度L：不可行可適當(dāng)增大導(dǎo)線橫截面積S. 有一定限度途徑二、提高輸電電壓，減小輸電電流I提高輸電電壓UP一定，R一定U提高到原來的n倍，P損將為原來的倍。說明輸電電壓也不是越高越好。電壓越高，對(duì)輸電線路絕緣性能的要求就越高，線路修建費(fèi)用就會(huì)增多。輸電電壓越高，變壓器上的電壓也越高，對(duì)變壓器的要求也相應(yīng)提高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮各種因素，如輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，依照不同情況選擇合適的輸電電壓。四、遠(yuǎn)距離輸電原理圖引導(dǎo)學(xué)生觀察電路原理圖，得出各物理量之間的相互關(guān)系。功率關(guān)系：P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3電壓

6、關(guān)系：電流關(guān)系：輸電電流：損耗功率：五、電網(wǎng)供電要求學(xué)生自學(xué)，并回答以下問題什么是電網(wǎng)供電？現(xiàn)在世界各國(guó)都不采用一個(gè)電廠與一批用戶的“一對(duì)一”的供電方式，而是通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國(guó)性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)，這就是電網(wǎng)。電網(wǎng)供電有什么好處？1、次能源產(chǎn)地使用大容量的發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益；2、可以減小斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡；3、可以根據(jù)火電、水電、核電的特點(diǎn)，合理地調(diào)度電力。六、輸電技術(shù)的發(fā)展要求學(xué)生自學(xué)，認(rèn)識(shí)輸電技術(shù)的發(fā)展歷史1882年，愛迪生在美國(guó)修建了第一個(gè)電力照明系統(tǒng)；每隔3 km 左右就要建立一個(gè)發(fā)電廠

7、，否則燈泡因電壓過低而不能發(fā)光；1882年，一個(gè)法國(guó)工程師修建了第一條遠(yuǎn)距離輸電電路，將一個(gè)水電站發(fā)出的電送到57 km之外的慕尼黑；1891 年，德國(guó)建成170 km 的1530 kV 的高壓輸電線路，效率高達(dá)70% 80%。1893年，國(guó)修建尼亞加拉水電站時(shí)，經(jīng)過反復(fù)論證，決定采用交流供電系統(tǒng)。1909至1912年，美國(guó)、德國(guó)建造100 kV的高壓輸電線路，從此高壓輸電技術(shù)迅速普及?，F(xiàn)代，直流輸電技術(shù)。在送電端有專用的“整流”設(shè)備將交流變換為直流，在用戶端也有專用的“逆變”設(shè)備再將直流變換為交流。提問：為什么要使用直流輸電技術(shù)呢？長(zhǎng)距離輸電時(shí)，線路上的電容、電感對(duì)交變電流的影響也不能忽略，

8、有時(shí)它們引起的電能損失甚至大于導(dǎo)線電阻引起的電能損失，為了減少感抗和容抗，在輸電這個(gè)環(huán)節(jié)可以使用直流。直流輸電需要專門的“整流設(shè)備”與“逆流設(shè)備”。七、課堂重點(diǎn)知識(shí)小結(jié)一、電能的輸送輸送電能的基本要求：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)二、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑1)減小輸電線電阻R2)減小輸電電流I三、遠(yuǎn)距離輸電原理圖隨堂練習(xí)例1、（多選）遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電，我國(guó)正在研究用比330 kV高得多的電壓進(jìn)行輸電，采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A可節(jié)省輸電線的銅材料B可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C可減少輸電線上的能量損失D可加快輸電的速度【答案】：AC【解析】：由PIU得，IU(P)，當(dāng)輸送功率P一定時(shí)，采用高壓

9、輸電，U大則I小，輸電線中的電流就小，由P線I2r，在要求輸電線損耗一定的情況下，就可選電阻率略大一點(diǎn)的材料做導(dǎo)線若輸電線確定，則可以減少輸電線上的能量損失，故A、C正確交流電的頻率是固定的，不需要調(diào)節(jié)輸電的速度就是電磁波的傳播速度，是一定的，故B、D不正確例2、（單選）遠(yuǎn)距離輸電，輸電功率一定，當(dāng)輸電電壓為U0時(shí)，輸電線上的電流為I0，損失的電功率為P0.則當(dāng)輸電電壓提高為2U0時(shí)()A由IU/R得，輸電線上的電流變?yōu)?I0B由IP/U得，輸電線上的電流變?yōu)镮0/2C由PU2/R得，輸電線上損失的電功率為4P0D由PIU得，輸電線上損失的電功率為2P0【答案】B【解析】設(shè)輸電線的電阻為R，當(dāng)

10、輸電線上的電流為I0時(shí)，損失的電功率為P0I02R.當(dāng)輸電電壓提高為2U0時(shí)，由可知輸電線上的電流變?yōu)?(I0)，輸電線上損失的電功率為P損(2I0)2R4(P0).故選項(xiàng)B正確引導(dǎo)學(xué)生思考當(dāng)輸電電壓變化時(shí)，輸電線上的電流發(fā)生變化，輸電線上損失的電功率發(fā)生變化，計(jì)算出輸電線上的電流，就能計(jì)算出輸電線上損失的電功率例3、某交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V，輸出功率為4400W，輸電線總電阻為4，求：（1）輸電導(dǎo)線中的電流是多少？（2）輸電線中損失的電壓和功率各是多少？（3）用戶得到的電壓和功率各是多少？【答案】（1）120A、（2）80V、1600w、（3）14000V，2800W。【解析】例4、

11、圖甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，理想升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為11000，理想降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1 0001，輸電線的總電阻為1 000 ，若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示，用戶端電壓為220 V。下列說法正確的是()A輸電線中的電流為3 AB電站輸出的功率為7 500 kWC輸電線路損耗功率為90 kWD用戶端交變電流的頻率為100 Hz【答案】B【解析】由題圖乙知升壓變壓器輸入端電壓的最大值為Um250eq r(2) V，有效值為U1eq f(Um,r(2)250 V，根據(jù)eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)，得副線圈兩端的電壓U2eq f(n2,n1)U1eq f(1 000,1)250 V2.5105 V；用戶端電壓為220 V，根據(jù)eq f(U3,U4)eq f(n3,n4)，得降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3eq f(n3,n4)U4eq f(1 000,1)220 V2.2105 V，故輸電線上損失的電壓為UU2U33104