远距离输电教学设计.doc

(完整版)(完整word)远距离输电教学设计
课题： 电能的输送

本节教材分析
这节教材是学生前面所学知识综合运用解决实际问题的一个典型例子。通过本节的学习,要注意培养和提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力。教材写得比较详细、通俗，可让学生阅读课本，然后提出一些问题引导学生思考、讨论.但是课本没有内容能体现远距离输电设计的思路，或者说,没有把设计过程很好的体现出来,那就是说,课本只体现了其然，没有体现其所以然。在内容的处理上，应注意以下几个方面：
1。通过远距离输电遇到的问题,引导学生来思考解决这个问题的方法.首先要保证用电器能够正常工作，稳定工作,然后要尽量减小导线上面的功率损失和电压损失, 达到 经济、稳定、可靠的目的。
2.对于电路上的功率损失，可引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论。
3.讲解电路上的电压损失，是本次备课新增加的。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只一个,分析问题应综合考虑,抓住主要方面。但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深入讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析.
4。课本中的科学漫步介绍发电机的发展,尤其是三相交流发电机和变压器的发明，是交流输电得到了长足的发展。影响交流输电的因素较多，感抗、容抗、尤其是相位的问题，导致用电出现问题。由此，发展了高压直流输电。
学生学情分析
1．学生前两节学习了变压器的变压原理和变压规律,已经明确了升高电压可以减小电流,降低电压可以增大电流.
2．学生已经掌握了电压的表达式，电功率的表达式，能够用电路的知识进行分析和计算。
3．学生常常容易将导线上的电压损失ΔU=U-U′与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论.要通过具体的例子，可引导学生进行讨论，澄清认识。要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，似快而实慢。
4．学生对高压输电的过程了解较少，也不了解输电过程中的一些问题。所以要求课后学生阅读材料《直流输电》既可以开阔学生眼界，也可以增加知识。
5．课本中的没有出现远距离输电的设计思路,只是灌输式的介绍了减小电能输送过程中应该注意的问题。所以学生不能自觉地去设计电路，不利于学生思维能力的提高.高中生，已经具备了一定的逻辑思维能力.只要我们提出合理合适的问题，学生是能够设计出远距离输电的电路图的。

课程设计思路
情景引入
(生活走向物理）从两段视频引出生活用电中出现的问题和我国高压输电的研究成果。
展望未来
1、智能电网的建设以及在国民生产生活中的应用。
2、能源撬动第三次工业革命。
分析问题
（物理理论研究)分析远处用电器不能正常工作的原因。
解决问题
（物理理论研究）通过分析问题，找出让用电器正常工作的方法。设计出远距离输电的电路图.
知识应用
(物理走向生活)实际远距离输电中电压损耗和能量损耗的计算方法，以及实际远距离输电中的注意事项。

教学目标（三维目标渗透在教学目标当中)
(1) 通过观察实验、理论分析，明确远距离输电的需要解决的问题，
(2) 找出让远处用电器能够正常工作的途径，发现为了正常工作出现的问题，能够设计出合理的输电电路图。
(3) 通过分析导线上的电压损耗和功率损耗;掌握减小电压损耗和功率损耗的方法。
(4) 通过电能输送的示意图，能够用表达式写出电压损耗和功率损耗的关系。
(5) 通过我国超高压输电的实施，激发学生的爱国热情.
重点:分析用电器不能正常工作的原因,明确用电器不能工作的原因的是输电线上的电压损耗和能量损耗的太大,如何减小输电线上的电压损失和功率损失，设计电能输送的示意图.
难点：根据理论分析和实验探究设计远距离输电的电路图。
疑点：；；的对应关系理解．
教法：引领式教学 ,分组讨论，实验合作探究,实验对比探究
教具：多媒体，远距离输电的自制演示器，小型变压器，铜导线，电阻丝（替代长导线)，小灯泡
课型：新授课
教学资源：我们的生活经历/教材、案例、新闻视频、图片、课件、教具、教室内的基础设施

教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
一:新课引入

（从生活走向物理)
上课,同学们好,请看一段新闻.
(师生共同观看视频，居民生活用电遇到的一些问题。)
为了解决这个问题，就学习今天的课程：电能的输送。（板书：电能的输送）
请看一组图片：
各种电厂一般在这些不同的地方,而用户一般离电厂都比较遥远，这就需要我们把电厂的电能输送到比较遥远的用户端去.
提出问题：如何输送电能呢？

有兴趣地观看，

回答：用输电导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了。

引起学生的疑问与好奇.
二：进行新课

（物理理论分析与实验探究)
观察远处灯泡较暗的现象，分析远处灯泡较暗的原因。

提出让灯泡能正常工作的方案。

分析远处灯泡较暗的原因，找出解决灯泡较暗的办法.

如何让远处的灯泡正常发光（解决如何让远距离处的用电器正常工作）

通过分析，让同学完成这个远距离输电的电路图，分析电功率和电压的损耗，验证电路的工作情况.

对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”这样的顺序,或从“用电器”倒推到“发电机"一步一步进行分析．

（从物理走向生活)

教师说明：我们要尽量减小电功率的损失，一般要求这种损失不超过输送功率的10%。

生活中高压输电的一些常识。了解我们身边的一些好压输电的特点。

我们就以6V的交流电源作为电厂，电阻丝来代替长导线，以灯泡为用户来模拟一下输电过程，探究怎样才能更加合理的输送电能。请同学们设计电路，来完成远距离输电。要求同学们观察并按照思考出现现象的原因。
（走动检查学生连接的情况，表扬连接正确的。发现有的同学把灯泡直接用导线与电源连接了起来。)
为什么这样连接？
看到同学们有两种连接方式，部分同学把灯泡与电源直接用导线连接起来.并且我们看到:用导线直接连接电源的灯泡较亮,用了电阻丝连接电源的灯泡较暗。即：近处的灯泡较亮，远处的灯泡较暗。
请同学们思考:同是用6V的电源对灯泡进行供电,为什么远处的灯泡较暗呢？

（教师提出电压损失的概念)：输电导线有电阻，则电流流过导线时,导线上分担电压，致使输电线路的末端得到的电压U’比起始端电压U低,（电阻造成的电压降ΔU=IR）这个差值叫输电线路的电压损失ΔU=U-U'

那我们如何让这个远处的灯泡正常发光呢？有几种方案？（板书：如何让远处的灯泡正常发光）

分析方案一:减小导线的电阻来减小导线上的电压损失。请同学们讨论分析这种方案是否可行,并形成统一结论，由小组代表发言，并完成相应的板书。
分析的非常漂亮，掌握了电阻定律的规律，还能应用.

下面我们就来分析方案二：（提高电压输电）
发电厂发出的电能的电压一般为定值并且不能和用户直接匹配。就需要通过变压器变压之后对用户供电。请同学们设计电路图,讨论，比较,然后拿出更为合理的方案.请＊*＊＊**说明选择方案的原因。

＊**＊*同学回答的很好，对变压器的工作情况和欧姆定律的应用掌握的很到位。

现就用刚才选择的方案提高电压直接对灯泡进行供电。
请同学们仔细观察灯泡、电压表、导线来思考出现这些现象的原因。
(教师完成实验，让部分用电器正常工作，打开另外的用电器;然后再关闭一些用电器）

请同学思考讨论，回答问题，并完成相应的板书。
感谢**＊*＊＊同学,观察的非常仔细，分析的条理和逻辑关系也特别清楚。这种都不行，那另一种就更不可以了。

通过刚才的分析和实验，我们可以看到：发电站的输送功率取决于用户消耗的功率，不是由发电站输出的功率决定用户和线路消耗的功率.所以我们就从用户端入手来分析这个输电过程。由于我们输电的基本目的首先是让用电器正常工作，也就是说要让用户端的功率为定值，其次就是要让导线上的电压损失和功率损失减小。请同学们从这个角度思考想办法完成输电电路图。

同学们已经按照输电的需要完成了输电电路图，这个方案是否可行,请同学们分析，讨论，看这个电路能不能减小导线上的电压损失和功率损失，能不能保证用电器正常工作。

（指导学生模拟远距离输电过程.）通过分析发现高压输电可以减小输电电流，从而减小输电线上的电压损失和功率损失。现在我们用一对等比匝数的变压器来验证一下这个输电过程。实验桌上我们提供了一对匝数比为6:220的变压器，请一组同学们完成这个实验，用电阻丝来代替远距离导线。和前面没有进行高压远距离输电的实验进行比较。同学们发现了什么?说明了什么？

为了研究输电电压高低对用户端的影响情况，下面我们就改变输电电压对灯泡进行供电.请同学们仔细观察实验现象，并分析原因。(自制远距离输电演示器演示高压输电：第一次输电电压较低，第二次输电电压较高,第三次再次提高电压）
现在我们就清楚了真正的高压输电的含义：我们平时所说的高压输电，不是提高电压直接对用电器进行供电,实质上说的是一个过程，发电，电厂端升压，输送,用户端降压，用电。这样一个完整的过程。

为了能准确的掌握高压输电能减小输电线上的电压损失和功率损失，我们就通过设计的电路图进行功率关系、电压电流关系、输电电流和输电线上的电压损失和功率损失方面的分析。

同学们看看，自己写的怎么样?？

现在我们请同学们来思考老旧小区“中午还稳定的电压，到晚上就不行了”。
无论通过前面的分析还是我们刚才的实验验证，都可以看出高压输电的好处：那就是用户端电压稳定，导线上的能耗较小,输电线也不需要特殊的处理，换一句话说，就是我们保质,经济，可靠地输送着电能。

下面我们通过例题分析来巩固我们的学习成果。
例题分析
远距离输电时，原来的输出电压为U0，输电线上功率损失为P0,要使输电线上的功率损失降为原来的1％，则输出电压为 U0，此时输电线上的电压损失将变为原来的多少倍.

通过前面的分析以及刚才的计算，发现高压输电确实能让用电器正常工作还能减小导线上的电压损失和功率损失，所以远距离输电采用高压输电的方式.所以（一段新闻视频）

阅读课本回答问题：
一：是不是输电电压越高越好呢？
二:自主阅读课本知识，回答如下几个问题：
1．交流输电的优缺点是什么？
2．过去的直流输电与现在的直流输电有何不同?
3．什么是超导电缆输电？有何好处？

就是将来我们制造出常温超导，也不能满足能所有的用户对电能的需求，因为发电机的额定功率是一定的，又由于用户分布的地域不同，用电的时间不同,为了能合理的分配电能，就需要建设强大的国家智能电网。

展望未来,我们对电能越来越依赖。由此，有人提出了第三次工业革命的构想。以能源为杠杆撬动的第三次工业革命，将会影响到我们每一个生活和办公的角落,改变我们对能源的合理利用。
（ 学生按照老师提出的要求作实验，会出现以下两种连接方案。）

学生回答:有的用户还离电厂比较近，所以就用导线直接连接起来了。

灯泡B不能正常工作的原因时灯泡两端的电压较小，低于额定电压.因为远处的需要的导线长，电阻较大,所以长导线上面分得了一部分电压！

学生回答：方案一：减小导线的电阻输电
方案二:提高电压输电

由于导线的电阻，根据电阻定律R=ρ ，所以减小电阻的方案,有三种方法：（板书内容）
1、换电阻率小的材料
2、增大导线的横截面积
3、让输电距离缩短
（学生回答）对以上的方案分析判断会出现的结果：一是昂贵，稀缺，材料无法充足供应，并且也不能让电阻减小很多;二是耗费材料，浪费资源，架线困难;三是距离问题无法实现。

由于长导线电阻较大,会分得较多的电压，所以要用升压变压器。
第一种方法比较合理，因为提高电压可以减小电流,如果是第二种方案，就会导致输电线上的电流过大，让导线产生大量的热.

（学生回答）确实可以让用电器正常工作,但是出现了输电线变红、冒烟说明通过导线的电流太大，导线两端的电压太大，导致导线发热的电功率很大，浪费了电能，还可能让导线熔断。 也出现了开关关闭后，用户端的电压明显升高，并且高于用户的额定电压,多开一个用电器，用户端的电压减小，说明用户端的电压不稳定.
造成的结果（板书内容）
1、 提高电压确实可以让用电器正常工作。
2、 通过导线的电流过大功率损失太大。
3、 导线上的电压损失太大.
4、 用户端的电压不稳定。
通过以上分析发现,提高电压直接对用电器进行供电，不可取！

学生按照刚才的思路想办法画出用户端的电路图，然后再结合前面电厂端的输出电路画出完整的电路图。

学生回答问题：由于要保证用户端的用电器都能正常工作,所以需要的电功率为定值.那么电厂的输出电能也为定值。根据P=UI，电厂端的电能输出后,经过升压变压器,提高了输电电压，减小了输电电流，就减小了导线上的电压损失和功率损失，到用户端经过降压变压器，使电压降到用户需要的额定电压，这样用电器就可以正常工作了。所以这是一个合理的输电电路图。

（让学生分两组完成这两个实验，进行比较。)

直接远距离供电灯泡较暗，说明导线上面损失的电压较多。

高压输电的灯泡较亮,说明了高压输电的确可以减少输电导线上的电压损失和功率损失。

发现输电电压越高，大功率灯泡开启与关闭时其他灯泡明暗程度变化越不明显,说明了输电电压越高，灯泡（用户)两端的电压越稳定.

学生在练习本上面完成：
(1)功率关系:P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3.
（2)电压、电流关系:＝＝，＝＝，
U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．
（3）输电电流：I线＝＝＝。
（4)输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝IR线＝(）2R线．
当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的。

给老旧小区供电的输电电压较低,所以当大功率用电器开启时，通过输电线的电流变大，功率消耗变大，电压损耗较大,用户端变压器的输入电压变低，导致用户的电压变低，低于额定电压。于是就出现了，“中午还稳定的电压，到晚上就不行了”。

学生在练习本上书写。

P损＝I线ΔU＝IR线＝(）2R线．

不能无限制提高电压,电压越高，对输电线路绝缘的要求越高；线路修建费用越高;变压器的电压也越高，制造变压器是在绝缘、结构等方面的要求也越高.

1.优点：容易制造高压、大功率的发电机，并通过变压实现高压甚至超高压输电。缺点：①输电线路的导线不但有电阻，还有电感、电容产生的感抗和容抗，有时其作用会超过电阻，影响输电。②联网供电的同步技术难实现。
2．过去制造高电压、大功率的直流发电机很困难，且电压不能直接升高，实现高压输电困难.现在解决了制造大功率的整流和逆变设备难题，仅在输电环节使用直流,有一定的发展。
3．许多导体在温度特别低时电阻可降为零,这个现象叫超导现象。利用超导体材料做成的电缆进行输电叫超导电缆输电。在很多场合下，都可在原有的电缆管道内把旧电缆更换为超导电缆,能使供电容量提高三至五倍。

教师创设发现问题的情景

目的是电阻定律的知识：导线的电阻与导线的长度、横截面积、材料的关系。通过分析面积增大后的结果，增强学生的节约意识，环保意识。

学生通过实验探究，发现问题
通过问题设置和过程推理，提高学生的推理能力。

通过分析，讨论，培养学生的合作能力,分析能力,和逻辑推理能力。

引导学生从电压和能量的角度来思考问题,掌握远距离输电的基本方法。

实验探究，解决问题

巩固学生的分析,加强印象。

让同学们了解我国超高压输电的研究成果，并且走出实验,走向生活,为我国的经济发展做好了充分的的准备。

了解一些科普知识。让同学知道还有一些在高压输电方面 还有一些未知的知识，唤醒学生的好奇心。

三、小结
通过本节学习，主要学习以下问题:
1.体会并理解远距离输电的设计思路与方法:即让用电器能正常工作的方法。
2.提高输电电压让用电器能正常工作后，产生了两个问题，一是减小导线电阻,不可行，二是导线上的电压损失和功率损失太多和用户端的电压不稳定，找出减小的方法。
3。输电的目的是为了让用电器正常、稳定地工作，所以就从用户端入手进行分析，减小导线上面的输电电流。就可以完成完整的高压输电电路图.
4。分析输电过程并进行验证,发现这种高压输电确实可以让用户稳定、可靠地工作，还能减小能耗，达到经济的目的。

四、布置作业
1.阅读本节教材.
2。练习四写在作业本上。
五、板书设计
如何让远处的用电器正常工作
1、减小 导线电阻
增大S
减小 无法实现
减小
1. 导线上功率损失太多
2. 导线上电压损失过多
3. 用户端电压不稳定

2、提高电压输电
处理方法：减小导线上的电流（变压器处理）

3、

特别提醒：
发电站的输送功率取决于用户消耗的功率,不是由发电站输出的功率
决定用户和线路消耗的功率。
教学反思：
1. 在本节课的教学设计上能体现出课改精神,重在过程，重在发现，而不是象以前只重结论。
2。  采用探究式教学法、类比分析法。体现了学生的主体地位。让学生主动参与其中而不是被动接受教师的结论。
3。  实验设计能令学生直观地看到高压输电的效果，也能更近一步的进行反思。

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