人教版高中物理《电能的输送》教学设计.doc

电能的输送 【教材分析】本节内容放在变压器一节后，是对变压器内容的进一步深化，本节内容具体介绍了变压器在远距离输电中的应用，是本章中较为重要的一节内容。讲解电路上的电压损失，是本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。【学生分析】学生已经学习了变压器的结构、变压器的变压原理，在恒定电流一章中，也已经学习了纯电阻电路与非纯电阻电路消耗功率的计算。因此，在教师的合理引导之下，学生完全有能力自己设计出远距离输电的模型。能够成功地用所学知识来解决一个实际问题，对学生学习物理是一大激励。【教学目标】1、 知识和技能知道“便于远距离输送”是电能的优点之一，知道输电的过程；知道什么是输电导线上的功率损失和如何减少功率损失；知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失；理解为什么远距离输电要用高压。2、 过程和方法通过实验模拟的方法直观展示出直接通过导线进行远距离输电的弊端，通过教师的引导，学生之间的相互讨论，提出合理的远距离输电的模型。给学生提供一个运用物理原理和物理学的研究方法解决生产生活中实际问题的机会，通过这样一个过程，培养学生解决实际问题的能力和进一步学习物理知识的兴趣。3、 情感态度和价值观让学生相互讨论，不断改进设计方案，使学生具有团队合作的精神和勇于探究的科学态度。通过对北仑电厂的介绍，培养学生热爱家乡的感情。【重难点分析】1、 分清输送功率与输电线上的消耗功率的区别；2、 分清输电电压、输电线电压损失和用户输入电压的区别。【设计思想】从教材的要求来看，本课对知识技能的要求不是很高，能够分清输送功率和输电线上消耗功率的区别，会选用功率计算的公式。就能够比较准确地求解练习题目。一般的教法，我们可以先通过实验，让学生了解直接用输电线进行电能的输送，在输电线上的电能损耗非常大。然后告诉学生通过高压输电可以减小输电线的功率损耗，再通过几道例题的练习，相信大部分学生都能把这一块知识掌握起来。但是这样一来，一个让学生通过讨论、探究来解决实际问题的机会就错过了。学生会学得比较没意思。本教学设计从实际问题出发，步步深入，先让学生了解电能的优越性在于便于输送，用实验展示在远距离传输过程中电能的损耗较大。再提出问题，怎样才能减少输送过程中电能的损耗，由学生讨论解决方案。对每一解决方案进行讲评、比较，最后得出用高压输电的方式是最好的解决方案。让学生从这样的探究过程中获得解决实际问题的成功感。培养学生全面考虑问题的好习惯，对学生的思维方式是一次很不错的锻炼。【教学过程】师：电能与其他类型的能量相比，其最大的优点就是便于进行远距离的输送，今天这节课我们就来研究关于电能输送的问题。首先我们来看一个例子。（拿出实验器材：学生电源一个，打到交流4伏，小灯泡一只）现在我们要把学生电源的电能输送到小灯泡中，我们可以怎么操作？生：直接用导线将小灯泡与电源相连就可以了！师：（用两根短导线将灯泡与电源相连，灯泡亮了）看来电能的传输真的很方便，只需要用导线就可以了。如果我要把这个学生电源里的电能传输到更远地方的一个小灯泡去呢，怎么做？生：用更长的导线就可以了啊。师：（从实验篮里取出两捆导线，每捆长50m左右，用两条长导线将电源与灯泡连接起来）现在我用这两捆长度约为50m的导线将电源与灯泡相连，将电能输送到更远一点的地方，请同学们注意观察现象。（接通以后，灯泡也亮了，但是亮度明显变暗）师：同样的电源，同样的灯泡，为什么用了长度不同的导线灯泡的亮度就不一样了呢？请同学们思考一下。（学生讨论后叫一学生到黑板前分析）（生画出电路图如右）生分析如下：导线有电阻，导线的电阻跟长度成正比，第一次实验时，导线很短，导线的电阻比较小，分到的电压较小，灯泡分到的电压就较大，所以比较亮。第二次实验时，导线长了，电阻变大了。而电源的电压没变，灯泡分到的电压就小了，因此灯泡就比第一次实验时暗了。师：这位同学对实验现象产生的原因分析得非常到位。一般的用电器正常工作的时候都需要有稳定的电压，通过这个实验我们可以发现：在电源稳定的情况下，用电器得到的电压跟导线的电阻有关。因此，用导线直接输电有一个弊端：用户得到的电压不稳定。再想想，直接用导线输电，还有没有其他的弊端呢？生：导线有电阻，实际的输电线里的电流比较大，导线上会产生大量的热量，这部分热量散失到空气中去，不能为我们所利用，这是对能源的一种极大的浪费！师：对，这种输电方式还会造成较大的能源浪费。在实际的输电过程中，电能的输送是从发电厂送往各个用户。发电厂的位置有其特定的要求，用来输电的导线比我们实验用的长的多。同学们知道我国现在主要有哪些发电方式吗？生：水力发电、火力发电、核能发电、风力发电等等师：我国现在主要还是采用水力发电和火力发电。对水力发电厂的建造位置有什么要求？生：应该建在水力资源丰富的地方，比如长江三峡电站。师：火力发电厂呢，你们觉得应该建立在什么地方呢？生：靠近产煤区，或者运输方便的地方。师：我们北仑有独特的地理优势，靠近大港口，运输非常方便，非常适合于建造火力发电厂。（在投影屏幕上展示介绍北仑电厂的资料和图片，让学生对其有更具体的了解）现在假如我们要把北仑电厂发出的电能输送到宁波中心城区，应该怎么做呢？生：架设导线，将电能输送过去。师：根据刚才我们对演示实验的分析，北仑电厂发出的电能要输送到宁波市中心，需要几十公里长的导线，导线的电阻比我们刚才实验时所用导线会大得多，导线上的电压降落会更大。而且，有较大的电流流过这么长的导线，会产生大量的热量散失到空气中去。我们来看一个具体的实例：（投影展示题目）从北仑电厂到宁波市中心城区距离为30km，用横截面积为1cm2的铝导线进行输电，铝的电阻率为r2.9×10-8W·m，假设导线上通过的电流为10A，试求出一天（24小时）在导线上消耗的电能。（学生开始计算，叫一学生板演，教师巡视指导。巡视中发现一部分学生将导线的长度用30km代入，没有注意输电需要同样长度的两条导线这一事实，应及时提醒)Q= 代入具体数值计算： J师：从以上计算可以看出，在导线上消耗的电能是相当惊人的。要实现合理的输送，必须把输电线上的电能和电压的损失尽可能减小。接下来我们就来研究如何减少这两种损失，先来研究如何减少电能的损失。研究电能损失，其实只要研究输电线上的功率损失，如何来减少输电线上的功率损失。同学们能想出那些办法呢？生：要减少功率损失，根据P损=I2R，要么减小输电线上的电流，要么减小导线的电阻。当然最好两者都减小。师：先来看看如何减小导线的电阻。生：根据电阻定律，电阻的大小跟材料、长度以及横截面积有关。我们可以通过改变这几个因素来减小导线的电阻。师：好，那我们就一个一个来分析。首先看改变材料的电阻率。各种金属材料的电阻率并不相同，银的电阻率相对来说比较低，但是成本很高，不可能采用。一般用铜导线性价比比较高。再来看导线的长度，发电厂到用户的距离是确定的，我们只能在架设线路的时候尽量直一些，但是长度的变化也不可能很大。还有一个可以改变的因素是导线的横截面积。我们用一个具体的例子来研究。假设宁波市中心城区有一户人家，家里所有的用电器的总功率为10kW,现在从北仑电厂用220V的电压用铝导线送电，铝导线的电阻率r2.9×10-8W·m，两地相距30km，要求输电线上的功率损失不超过用电器总功率的10%，输电导线直径最小为多少？学生经过计算后得出满足要求的输电线的直径应该为6.42cm。（老师拿出一个直径大约为7cm的玻璃杯子）展示给学生，使学生对这样粗细的导线有一个感性的认识。生：（惊叹）不会吧师：同学们，增大输电线的横截面积可行吗？生：适当增加横截面积可以减小导线电阻，但是不可能增得太大，不然成本会大大增加，而且线路架设的难度也会大很多。师：看来用减小导线电阻的方式来减少导线上的功率损耗作用并不是很明显，同学们再讨论讨论，有没有办法来减小输电线上的电流。（学生如果没有看过书，要自行设计出高压输电模型是比较困难的，这里，老师的引导非常的重要。）学生讨论2分钟后，教师在黑板上画出右图。师：按照这样的电路图进行输电，发电厂输出的功率是确定的，发电机输出的电压也确定，要使导线上的电流减小，可以怎么做呢？（在这样的引导下，学生应该可以想出在输出功率确定的情况下，可以通过变压器提高输电电压，从而减小输电电流）生：（经过进一步的思考和讨论）可以采用升压变压器提高输电电压，在功率不变的情况下，电流就变小了啊。（在黑板上按学生的意思画出右边的图）师：按这样的方式输电，导线上的电流是变小了，但是降落在用户的电压会很大，可能会使很多用电器无法正常工作。这个方案还不够完美！生：那就再用一个降压变压器啊，不就解决问题了吗？师：很好，同学们真厉害（画出输电线路）我们只要选择合理的匝数比，就可以使用户得到合适的电压。经过大家的努力，我们设计出了利用两次变压来进行远距离输电的模型，很好的解决了一个实际问题。由P损=I2R I=P/U 可知，输电电压提高n倍，输电线上的功率损失就可以减小n2倍。我们已经解决了减小输电线上功率损失的问题，再来看看如何减小输电线上的电压损失。（师介绍电压损失太大，会影响用电设备的正常使用，介绍容抗感抗对于交流输电线路的影响。这一块内容是本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，至于容抗感抗是怎样影响交流输电线路就不需要再展开具体讨论了）师：看来采用高压输电还可以减小输电线上的电压损失，真可谓是一箭双雕啊。既然高压输电好处这么多，那么是不是输电电压越高越好呢，输电电压越高，输电线上的电能损耗就越小啊。生：不是师：你们怎么考虑？生：电压越高，对各方面的要求会更高，成本也会大大提高，说不定会得不偿失。师：说得很好，我们考虑任何问题都要从实际出发，全面通盘地考虑利弊。这是一种思考的方法，全面考虑是一种良好的思维品质，同学们在平时碰到的实际问题中要多去体会。输送距离比较远，输送功率比较大的情况下，应该采用较高的电压来输送。如果输送距离不太远，输送功率不太大，就不需要用很高的电压来输送了。（师介绍从发电站到用户的输电线路，使学生对整个输电过程有一个具体的了解。）教师事先将北仑中学从10KV高压线进电开始通过变压器传输到每个教室寝室的整个输电过程用数码相机拍成照片。在这节课结尾对学生进行了详细的介绍。从学生兴奋的表情可以看出他们对这个介绍非常感兴趣，看来把学生所学的物理知识与他身边熟悉的东西结合起来对学生有很大的吸引力。【教学总结】1电能输送有哪几种损失？2由什么原因引起？3如何减小其损失？4画出采用高压输电电路示意图理清各物理量对应关系【教学后记】上完这一节课，回顾一下，有以下几点值得思考1、 新课开头的这一个演示实验，对学生有较强的视觉冲击，当我拿出两捆导线时，学生都发出了“哇、哇”的惊叹声，而且这个实验通过灯泡亮暗的变化直观地显示出了导线长度的变化对用户电压的影响，一开头就紧紧抓住了学生的心。2、 介绍北仑电厂的时候，利用网络收集了一些北仑电厂的资料，学生饶有兴趣，使他们对北仑电厂有了更深的了解。培养了他们对家乡的自豪感。3、 如何启发学生设计出通过两次变压来减小输电线上的功率损失是本节课非常重要的一个环节，学生如果事先没有看过书本，要想到这个模型是很困难的。这节课上学生虽然顺利地设计出来了，但是还有没有更好的引导方法还要好好想一想。4、 结尾的时候把学校的整个输电过程用照片的方式给学生展示出来，学生非常有兴趣，看来要让学生真正喜欢物理课，把物理知识与学生的生活实际结合起来是一个很不错的途径，在其他章节内容的教学上，也要经常去寻找这样的结合点，来培养学生的学习兴趣。5、 通过这一节课的教学，我们还要教给学生一种思考问题的方法，即要全面考虑问题，通过这样的潜移默化，使学生在学习物理知识的同时还能学到一些思考方法。也许将来对学生影响更大的可能不是我们教他的物理知识，而是思考和解决问题的方法。