高二物理電能的輸送教案設計
第1課時
一、教學目的：
1.了解電能輸送的過程。
2.知道高壓輸電的道理。
3.培養學生把物理規律應用于實際的能力和用公式分析實際問題的能力。
二、教學重點：培養學生把物理規律應用于實際的能力和用公式分析實際問題的能力。
三、教學難點：傳輸電路中電功率轉化及電損耗的計算。
四、教學方法：討論，講解
五、教學過程：
(一)引入新課
講述：前面我們學習了電磁感應現象和發電機，通過發電機我們可以大量地生產電能。比如，葛洲壩電站通過發電機把水的機械能轉化為電能，發電功率可達271.5萬千瓦，這么多的電能當然要輸送到用電的地方去，今天，我們就來學習輸送電能的有關知識。
(二)進行新課
1.輸送電能的過程
提問：發電站發出的電能是怎樣輸送到遠方的'呢?如：葛洲壩電站發出的電是怎樣輸到武漢、上海等地的呢?很多學生憑生活經驗能回答：是通過電線輸送的。在教師的啟發下學生可以回答：是通過架設很高的、很粗的高壓電線輸送的。
出示：電能輸送掛圖，并結合學生生活經驗作介紹。
2.遠距離輸電為什么要用高電壓?
提問：為什么遠距離輸電要用高電壓呢?學生思考片刻之后，教師說：這個實際問題就是我們今天要討論的重點。
板書：(高壓輸電的道理)
分析討論的思路是：輸電 導線(電阻) 發熱 損失電能 減小損失
講解：輸電要用導線，導線當然有電阻，如果導線很短，電阻很小可忽略，而遠距離輸電時，導線很長，電阻大不能忽略。列舉課本上的一組數據。電流通過很長的導線要發出大量的熱，請學生計算：河南平頂山至湖北武昌的高壓輸電線電阻約400歐，如果輸電線的電流是1安，每秒鐘導線發熱多少?學生計算之后，教師講述：這些熱都散失到大氣中，白白損失了電能。所以，輸電時，必須要盡量減小導線發熱損失。
提問：如何減小導線發熱呢?
分析：由焦耳定律Q=I2Rt，減小發熱Q有以下三種方法：一是減小輸電時間t，二是減小輸電線電阻R，三是減小輸電電流I。
提問：第一種方法等于停電，沒有實際價值。第二種方法從材料、長度、粗細三方面來說都有實際困難。適用的超導材料還沒有研究出來。排除了前面兩種方法，就只能考慮第三種方法了。從焦耳定律公式可以看出。第三種辦法是很有效的：電流減小一半，損失的電能就降為原來的四分之一。通過后面的學習，我們將會看到這種辦法也是可行的。
板書結論：(A：要減小電能的損失，必須減小輸電電流。)
講解：另一方面，輸電就是要輸送電能，輸送的功率必須足夠大，才有實際意義。
板書：(B：輸電功率必須足夠大。)
提問：怎樣才能滿足上述兩個要求呢?
分析：根據公式P=UI，要使輸電電流I減小，而輸送功率P不變(足夠大)，就必須提高輸電電壓U。
【例】一小型水電站輸出的電功率為20KW，輸電線總電阻為5，如果發電機輸出電壓為400V，且直接進行輸電，輸電導線上損失的電功率為多少?
若改為2000V電壓輸電，則輸電導線上損失電功率又為多少?
用2000V輸電時，所使用的升壓變壓器、降壓變壓器的原副線圈匝數比為多少?
P=U1I1 I1= A=50A
P線=I12R=25005W=12500W
P=U2I2 I2= A=10A P線=I22R2=1005W=500W
教師講解時要求學生必須畫出輸電示意圖如下
分析U輸、U線、U用、P輸、P線、P用、I輸、I線、I用的關系
I輸=I線=I用U輸=U線+U用P輸=P線+P用
從本題的解答中你發現什么?
答：輸電電壓提高幾倍?輸電線上電壓損失為原來幾倍?輸電線上損失的電能為原來的幾倍?
電壓提高了5倍，輸電線上損失的電壓降為原來的五分之一，電線上的損失功率降為原來的二十五分之一。
結論：高壓輸電可以保證在輸送功率不變的情況下，減小輸電電流來減小輸電的電能損失。
3.變壓器能把交流電的電壓升高(或降低)
講解：在發電站都要安裝用來升壓的變壓器，實現高壓輸電。但是我們用戶使用的是低壓電，所以在用戶附近又要安裝降壓的變壓器。
討論：高壓電輸到用電區附近時，為什么要把電壓降下來?(一是為了安全，二是用電器只能用低電壓。)
4.引導學生看課本的最后兩個自然段，了解我國輸電電壓，知道高壓輸送電能的優越性。
(三)鞏固練習
1.發電機的輸出電壓為220伏，輸出功率為44千瓦，每條輸電線電阻為0.2歐，求用戶得到的電壓和電功率各是多少?如果發電站先用變壓比為1：10的升壓變壓器將電壓升高，經同樣輸電線路后，再經過10：1的降壓變壓器降壓后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率又各是多少?
2.輸送4.0106W的電能，若發電機輸出電壓為2000V，先用變壓器升壓后應用截面積為4.25㎝2的銅導線，把電能送到400KM遠處，線路損失的功率為5.0105W。(銅的電阻率為1.710-8m)
(1)應選用匝數比為多少的升壓變壓器?
(2)在用電區使用降壓變壓器，其原線圈兩端的電壓為多少?
3.葛洲壩電站發電功率約271.5萬千瓦，如果用1000伏的電壓輸電，輸電電流是多少?如果輸電電阻是200歐，每秒鐘導線發熱損失的電能是多少?如果采用100千伏的高壓輸電呢?
(四)課堂小結：:
1.輸電導線的功率損失分析
(1)減小電阻(受條件制約)
(2)高電壓輸電(應用廣泛)
(3)P損=P2R線/U2送
2.簡單輸送電路的計算和步驟
(1)畫出供電圖
(2)以變壓器鐵心為界線分各個回路,各回路可獨立運用歐姆定律分析.
各回路間通過線圈匝數比與電壓比賀電流比的關系,總共率不變等聯系.
(五)作業布置：1.227頁練習四(1)、(3)、(4)、(5) 2.思考227頁練習四(2)題
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