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1、电能的远距离传输教学设计沿河县民族中学物理组 冯健三维教学目标1、知识与技能（1）了解变电站到用户的输电过程；（2）知道降低输电损耗的两个途径；（3）理解为什么远距离输电要用高压，弄清输电线上的电功率损失和电压损失中各因素的制约关系，充分理解公式 ， ，P=UI 中的物理量的对应关系；2UPR2I（4）了解高压交流和高压直流输电的优缺点及两种系统的区别和联系。2、过程与方法(1)、通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合应用能力。（2） 、通过建立物理模型和确立研究对象，使学生学会分析解决实际问题的基本方法：理论分析，计算与实验。3、情感、态度与价值观（1）培养学生遇到问题要认真、全面分
2、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；（3）结合生活实践，介绍个别违法犯罪分子偷盗电线造成的危害，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民。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。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 U 。教学方法：自学讨论法、阅读法、讲解法、强化训练等。教学手段：多媒体课件（一）引入新课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
3、学们认真仔细地阅读教材，思考问题。（二）进行新课【由学生阅读课文 P75、P76 页的知识】提出问题：（用课件将问题投影在屏幕上）（1）输送电能的基本要求是什么？（2）远距离大功率输电面临的困难是什么？（3）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？降低输电损耗的两个途径是什么？（4）如何减小输电线的电阻呢？（5）如何减小输电线中的电流呢？学生分组讨论，老师点拨：问题（1）：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。问题（2）：在输电线上有功率
4、损失。问题（3）：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。引导学生拿出草稿纸推导功率损失的表达式：设输电电流为 I，输电线的电阻为 r，则功率损失为 P=I 2r。根据功率损失的表达式 P=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。问题（4）：根据电阻定律可知 ，要减小输电线的电阻 r，可采用下述方法：LrS减小材料的电阻率 。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。减小输电线的长度 L 不可行，因为要保证输电距离。增加导线的横截面积，可适当增大横截
5、面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。问题（5）：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。思考与讨论：以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？【学生讨论，再抽学生回答】老师归纳：采用高压输电。在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的一半 ，在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的四分之一。提出问题：【用课件投影在屏幕上，让学生联系生活讨论交流】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
6、求，怎么办？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。 【老师引导，板书于黑板】：设发电机的输出功率为 P，则功率损失为：P=I 2R，用户得到的功率为：P 用 =P 送 -P，输电线路上的电压损失为：U=IR，则 U 用 =U 送 -U。【介绍目前我国常用的远距离输电采用的电压】有 110 kV、220 kV、330 kV，输电干线采用 500 kV 的超高压，西北电网正在建设750kV 的线路。【拓展一步】1、是不是输电电压越高越好？为什么？不是，电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要
7、求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。2、采用电网供电的优点是什么？可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。高压直流输电:【老师讲述】1、让学生阅读 P79 页知识，介绍高压直流输电系统原理图；2、介绍高压直流输电的优点；3、介绍我国高压直流输电取得的成就。（三）实例探究【1、用课件展出，学生读题审题；2、学生独立做题；3、小组或同桌交流答案，先行释疑；4、展示结果剩疑，全班解决；5、师生归纳概括方法、思路。 】1、输送 4800kW 的电功率，采用 110kV 高压输电，若不考虑电抗
8、的影响，输电导线中的电流是多少安？如果用 110V 电压输电，输电导线中的电流将是多少？2、指出下面的一段叙述错在那里，并说明原因.将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率. 设输电电压为 U，则功率损失为P 损 = UI. （1） 而 U = I R（2）将（2）式代入（1）式，得到 P 损 = U2 / R （3）由（3）式可知，要减小功率损失 P 损，就应当用低压送电和增大输电线的电阻 R。.3、从发电站输出的功率为 200kW，输电线的总电阻为 0.05，用 110V 和 11kV 两种电压输电，输电线上电阻造成的电压损失各是多少伏？4、如果用 220V 和 11kV 两种电
9、压来输电，设输送的电功率、输电线上的功率损失、导线的长度和电阻率都相同，求导线的横截面积之比。（四）课堂小结、点评通过本节学习，主要学习以下问题：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，P 损=I 2r，其中 ；采用高压输电可以达到减小输电电流的目PIU的。2、电网供电的优点。3、高压直流输电。（五）板书设计1、为什么要采用高压输电(1) 电功率损失：P 损 =I2r P 送 =P 用 +P 损减小输电线电阻的方法：（2）电压损失：U=Ir U 送 =U 用 +U（3）高压输电：P 损 =I2r= ，输送功率 P 一定，提高输送电压
10、 U，可降低损失功率()r2、高压直流输电（1）高压直流输电的优点（2）困难与展望（六）教学后记本节是交变电流知识的综合运用，是解决实际问题的典型例子。教学中，本人充分引导学生自己阅读课文，提出一系列问题引导学生思考和讨论，让学生从技术和经济这两个层面去考虑为什么要高压输电。有的学生搞不清输送功率的含义，在求解流过导线的电流时，往往将输送电压除以导线自身电阻，所以，本人在讲解时，重点从建立物理模型和确定研究对象的角度进行说明，抓住输送电压与输送功率是以导线、用户组成串联电路为研究对象的，而导线损失功率，导线损失电压是以导线为研究对象的，各部分的物理量中只有输送电流是相同的。这样尽可能让学生理解
11、各物理量的意义，不乱套用公式，利用适当典型的例题分析，规范学生解题，逐步巩固和掌握本节知识。巩固练习【试题如下，发给学生课后练习】1、在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是 （ ）A.使输电线粗一些 B.减短输电线长度C.减少通电时间 D.采用高压输电2、远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设 750kV 线路。采用高压输电的优点是 （ ）A.可节省输电线的铜材料 B.可根据需要调节交流电的频率C.可减少输电线上的能量损耗 D.可加快输电的速度3、远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的 n 倍，则下列说法中正确的是 （ ）A.输电线上的
12、电流变为原来的 n 倍B.输电线上的电压损失变为原来的 1/n2C.输电线上的电功率损失变为原来的 1/nD.若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的 n2 倍4、输电线的电阻共计 r，输送的电功率为 p，输电电压为 U，则用户能得到的电功率是：（ ） A. P B.P( UP) 2r C.I2R D. (P) 2r 5、下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是 （ ）A.因为热功率 P=UI ，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗B.因为热功率 P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗C.因为热功率 P=I2R，所
13、以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D.以上说法均不正确6、山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后再输送至各用户设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器总功率的增加将导致（ ）A升压变压器初级线圈中的电流变小 B升压变压器次级线圈两端的电压变小C高压输电线路的电压损失变大 D降压变压器次级线圈两端的电压变小7、发电厂发电机的输出电压为 U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为 R，通过导线的电流为 I，学校得到的电压为 U2，则输电导线上损耗的功率
14、可表示为 （ ）A. B. C.I2R D.I（U 1-U2）RU211)(8、输送 10kw 的电功率，采用 400V 的电压输电，输电线的总电阻为 10，求（1）输电线中的电流？输电线中损失的电压是多少？用户得到的电压是多少？（2）输电线损失的功率是多少？用户得到的功率是多少？（3）如果采用 4000V 电压输电，输电线损失的功率是多少？ 9、有一条河流，河水流量为 4m3/s，落差为 5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为 50，发电机输出电压为 350V，输电线的电阻为 4，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的 5，而用户所需要电压为 220V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比变压器为理想变压器输电线路如图所示9、有一台内阻为 1 的发电机用高压输电的方法给一学校供电，已知升压变压器的匝数比为 14，降压变压器的匝数比为 41，输电线的总电阻为 4，全校共有 22 个班，每班有“220V，40W”的电灯 6 盏。若保证全部电灯都正常发光，试求：（1）发电机的输出功率；（2）发电机的电动势；（3）高压输电的效率。
