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1、电能的输送探究性教学设计山东省邹平县第一中学李进1 教学背景及教学任务简介本节内容是人教版普通高中课程标准实验教科书物理 选修 3-2第五章交变电流的第 5 节，是学生综合运用所学知识，解决实际问题的典型课例。课程设计力求将理论分析与实验验证相结合，使学生理解高压输电原理，培养和提高学生运用物理知识综合分析、解决实际问题的能力，动手能力和合作探究的能力。2 教学目标21 知识与技能（1）了解降低输电损耗的两个途径及电网输电过程；（2）知道高压输电的原理，理解高压输电过程中电压、电流及功率的关系，能够正确分析相关问题。22 过程与方法（1）让学生体验理论分析与实验探究远距离高压输电的过程与方法；
2、（2）让学生运用所学知识分析高压输电过程，总结归纳相关物理量之间的关系。23 情感、态度与价值观（1）通过分析降低输电损耗的途径，引导学生全面地、辩证地看问题；（2）通过分析讨论及模拟实验激发学生求知欲望，提高学生学习物理的兴趣。3 教学重点与难点31 教学重点理论分析减小输电损耗的途径及远距离输电的原理32 教学难点对远距离输电原理图的理解4 教学流程图 5 教学资源和器材准备多媒体课件、视频材料；J1202 型学生电源、电阻定律演示仪、小灯座（带小灯泡）、导线、J2425 型变压器原理说明器、自制高压输电演示器等6 教学过程61 情景引入师：举世瞩目的世博会即将在上海开幕，这是记者拍摄的一
3、组上海夜景。课件展示：上海夜景图片（图 1、图 2）师：这样华光璀璨的美景，需要强大的电力支持。据报道，世博会期间上海三分之一以上的电能要靠外省区电网输送。其中包括三峡、葛洲坝和四川电网。课件展示：长江流域水电站分布图（图 3）师：三峡、葛洲坝距离上海 1000 公里，四川距离上海 2000 公里，这么远的距离，电能是如何输送的呢？接下来我们就一起探讨电能的输送问题。62 降低输电损耗的两个途径 621 实验探究输电损耗实验器材（图 4）：学生电源、电阻定律演示仪（使用其中的镍铬丝）、小灯座（带灯泡）师（实验指导）：学生电源输出 4V 至 6V 的交流电，用电阻定律演示仪中的两根镍铬丝做输电线
4、，通过导线将小灯泡接入电路。一名同学拿稳小灯泡，另一名同学从电流输入端沿导线缓慢滑动导线的绝缘夹，直至导线另一端，请大家观察灯泡亮度的变化。学生分组实验 3 分钟师：大家观察到什么现象？生：随着输电线长度的增长，小灯泡逐渐变暗。师：为什么会出现这种现象呢？生：输电线上有电阻，因此有电能损失。线路越长，电能损失越大，小灯泡获得的电能也就越少。师：很好。如果设输电线电流为 I，输电线总电阻为 R，那输电线上损失的电功率如何计算呢？生：师：根据这个公式，我们可以采取什么措施降低输电损耗呢？生：减小 I，减小 R。 师：这正是减小输电损耗的两个途径。622 探讨降低输电损耗的两个途径师：首先，我们来分
5、析减小输电线电阻。根据电阻定律 ，我们可以从几方面考虑呢？这些方面是否都可行呢？学生讨论后回答：输电距离一定，减小 l 不可行；我们可以使用超导体代替现在的铜线和铝线；我们也可以适当增大导线的横截面积。师：同学们分析的很好。刚才大家提出使用超导体输电，在现有的条件下可行吗？播放近日中央电视台一则关于超导输电技术的新闻报道：日前，日本一个技术团队进行的超导输电技术实验进行到最后环节，并将在本月开始耐久性的实验。团队的组织者东京电力公司透露，这项技术成果已经接近于实际应用。一旦实验取得突破，将率先在东京市区安装地下超导电缆。目前，正在实验的超导电缆长 30 米，技术团队通过向电缆的内部注射液氮，实
6、现零下二百摄氏度的超导状态，电力传输可以实现无电阻、零损耗。这个技术团队计划明年春季在横滨变电站安装一条长达 250 米的超导电缆，如果实验成功将刷新目前 200 米超导电缆的世界纪录。师：下面我们分析如何减小输电电流。思考与讨论：设输电电压为 U，输电电流为 I，线路总电阻为 r（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，如何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
7、的功率？（5）在保证用户电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？通过分析以上问题得出：在保证一定输送功率的前提下，可以通过提高输电电压来减小输电电流。63 电网输电631 电网师：电能的输送是一个系统工程，为保证电能输送的可靠、保质、经济，人们设计建造了电网，采用电网供电。我们来认识一下电网输电的过程。展示电网输电示意图（图 5）电厂的发电机发出的交流电先送到升压变电站，将电压升高到 220kV 以上，由高压输电线向远处输送；在用户区，先由第一级变电站，将电压降到 110kV，再输送到第二级变电站，将电压降到 10kV，送给工业用户。如果用户使用的是普通照明等生活用的，则还要用变压器进一步降到
8、220V。由各家发电厂、各级变电站和高压输配线路组成的全国性或区域性的输电网络称为电网。632 高压输电师：请大家回顾一下电网输电的全过程，分析高压输电过程都经历了哪些环节？生：先升压，经输电线后再降压师：用到什么设备呢？生：升压变压器和降压变压器师：大家能否画出高压输电的原理图呢？引导学生交流讨论，一起画出高压输电的原理简图（图 6），并让学生搭建电路，模拟高压输电过程，给小灯泡供电。4 分钟后，各组都顺利完成实验。教师在讲台上用自制的高压输电演示器（电路如图 7）进行对比演示，可以明显地并观察到实验现象经高压输电的灯泡比常压输电时亮的多。从而得出结论：高压输电降低了输电损耗。64 实例分析
9、让学生根据所学知识分析下面的习题：一台发电机输出的电功率为 100kW，输出电压为 250V。现欲向远处输电，若输电线总电阻为 8，要求输电线上损失的电功率不超过输电功率的 5，并向用户输送 220V 的电压。求输电时所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别是多少？点评学生的解题思路后，引导学生总结出高压输电过程中电压、电流和功率的关系，并做课堂小结（见下表）。65 设疑激趣演示：关闭高压输电演示器中的常压输电电路，接通高压输电线路，小灯泡发光。让同学们凭直觉猜想：如果给该小灯泡再并联一个小灯泡，它的亮度如何变化。观察到的现象是小灯泡变暗。让学生课下讨论该现象产生的原因，写出分析思路。7 教学反思本节课将理论分析与实验验证有机结合，教学设计的指导思想是：以观察实验为基础，以创设情景为切入点，做好课堂演示和学生实验是成功的关键。本节课以上海世博会的电力供应引入课题。然后，通过模拟实验让学生认识到常压输电时输电线上电能损失很大，调动他们探究的积极性。学生提出超导输电后，通过新闻报道让他们了解科技动态，并顺利转入高压输电的教学。随后，通过模拟高压输电，让学生感受科学的神奇，品尝成功的喜悦，获得感知。进一步通过分析习题，引导学生总结规律。最后，通过演示实验再次激发学生探究的欲望。
